The relative position of the flax plant strip and stripping apparatus during separate cleaning

Full Text

Введение В технологии возделывания льна уборка является самым ответственным, фондоемким и трудоемким комплексом работ. В мировой практике наибольшее распространение получили комбайновая и раздельная (двухфазная) технологии уборки. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Неоспоримыми преимуществами раздельной технологии являются возможность получения одновременно волокнистой продукции наивысшего качества за счет более ранних сроков уборки и семян, пригодных для посева, а также существенное сокращение расхода топлива на искусственную сушку льновороха за счет предварительного удаления из него влаги в естественных условиях под воздействием солнечной радиации. Из сказанного следует, что в настоящее время при остром дефиците высококачественного сырья для текстильной промышленности и значительном подорожании энергоносителей внедрение в производство технологии раздельной уборки льна становится особенно актуальным. Однако применение этой технологии сдерживается более высокой зависимостью от погодных условий и, главным образом, отсутствием полного комплекса надежной и недорогой техники. В настоящее время не вызывает каких-либо сомнений техническая обеспеченность и возможность реализации только первой фазы раздельной технологии. Для этого можно использовать множество различных машин отечественного производства: теребилки ТЛН-1,5А, ЛТС-1,65, ТЛП-1,5К и др. или, в крайнем случае, льноуборочные комбайны ЛК-4А со снятыми или отключенными очесывающими аппаратами. Все машины имеют высокую производительность и хорошие показатели качества работы. Наибольшую сложность для механизации представляет вторая, самая ответственная, фаза раздельной уборки, которая в наибольшей мере зависит от погодных условий. Уровень этой зависимости всецело обусловлен особенностями конструкции льноуборочной машины для отделения семенной части урожая от стеблей. Для выполнения такой операции служат подборщики-очесыватели, подборщики-молотилки или оборачиватели-очесыватели. Однако до настоящего времени ни одна из известных машин данного назначения не нашла широкого применения в производстве по причинам их низкой работоспособности и высокой стоимости. Главным рабочим органом подборщика-очесывателя, отвечающим за количество сбора продукции и возможность работы с увлажненными растениями, является аппарат для отделения семенной части урожая от стеблей. Поэтому в конструкции подборщика должен быть использован рабочий орган, который уже зарекомендовал себя положительно в широком диапазоне эксплуатационных условий и при работе на льне любой спелости и влажности. Производственный опыт показал, что из всех известных аналогов самым надежным и эффективным устройством указанного назначения является гребневой очесывающий аппарат с поступательно-круговым движением зубьев. Аппараты подобного типа успешно применяются уже более 50 лет на отечественных льноуборочных комбайнах ЛК-4Т, ЛК-4А, «Русь», «Русич» и др. Основными показателями качества работы гребневого аппарата являются чистота очеса семенных коробочек и отход стеблей в путанину. На основании анализа литературных источников [1, 2, 3] было выяснено, что количество семенных коробочек, оставшихся на стеблях после работы льноуборочного комбайна, зависит от ширины hк зоны расположения коробочек в ленте растений, ее положения ув относительно зажимного транспортера очесывающего аппарата и от количества стеблей на одном погонном метре ленты ρ (плотности растительной массы, ст./м). Наибольший интерес для раскрытия зависимости качества очеса от взаимного расположения гребневого очесывающего аппарата и ленты стеблей представляют исследования, проведенные во ВНИИЛ в 1968-1975 гг. Н.Н. Быковым [4]. С учетом полученных результатов был разработан передвижной очесывающий аппарат с возможностью его перемещения в направлении осей стеблей в зависимости от длины последних. Такая конструкция была рекомендована к использованию на льноуборочных комбайнах. Совершенно очевидно, что данная рекомендация будет также справедлива по отношению к подборщику-очесывателю. Однако полученные Н.Н. Быковым результаты не дают ответа на вопрос об оптимальных значениях факторов hк, ув и ρ. Кроме того, при работе подборщиков ордината ув изменяется в более широких пределах из-за появления дополнительного входного процесса в виде систематических ошибок копирования ленты льна в ее плоскости подбирающим рабочим органом. Указанные ошибки достигают ±0,11 м [5]. Поэтому вопрос оптимальности взаимного расположения очесывающего аппарата и ленты льна с точки зрения минимизации потерь семян и стеблей при раздельной уборке нуждается в дополнительном исследовании и обосновании. Цель исследований Исследовать процесс отделения семенной части урожая от стеблей гребневым очесывающим аппаратом для обеспечения максимального сбора продукции при раздельной уборке льна. Материалы и методы Для реализации опытов применили математический метод планирования экспериментов с использованием трехуровневого плана 2-го порядка Бокса-Бенкина для трех факторов. Поскольку основными видами продукции в льноводстве являются семена и стебли, то критериями эффективности были приняты потери семян Qсем. от недоочеса и потери стеблей Qст. в виде отхода в путанину. Факторное пространство исследуемого процесса ограничили значениями (табл. 1), выбранными на основании предварительных сведений об условиях работы гребневых очесывающих аппаратов. Для технического обеспечения программы опытов была разработана и изготовлена экспериментальная лабораторная установка (рис. 1), состоящая из гребневого очесывающего аппарата 4 с зажимным транспортером 3, питающего ленточного конвейера 1 с вариатором 6 частоты вращения ведущего вала, приемника продуктов очеса 2, системы привода и блока управления 5. Рис. 1. Лабораторная установка для проведения опытов Опыты проводили с использованием растений льна, характеристика которого представлена в табл. 2. Ленты растений формировали в полевых условиях льноуборочным комбайном ЛК-4А со снятым очесывающим барабаном. При этом для создания плановых значений ширины hк зоны расположения коробочек в ленте, взяв за основу результаты исследований, представленные в работах [6, 7], изменяли высоту теребления растений и скорость движения льноуборочного агрегата по полю. Для транспортировки с поля к лабораторной установке и сохранения при этом полученных уровней фактора hк разостланную на поле ленту пятиметровыми отрезками заворачивали в рулоны с разделением слоев растений путем прокладки бумаги между ними. Вторая фаза раздельной технологии предполагает взаимодействие рабочих органов подборщика-очесывателя с подсушенным льном. Поэтому для обеспечения реальных условий работы очесывающего аппарата рулоны лент растений просушивали в развернутом состоянии в течение восьми суток. Перед проведением опытов подсушенные отрезки ленты взвешивали и обсчитывали их исходную плотность. Далее лен укладывали на поверхность конвейера 1 так (рис. 1), чтобы вершинная часть ленты растений льна находилась от верхней кромки зажимного транспортера 3 на плановом расстоянии ув. При необходимости выполняли вручную корректировку фактора hк. Управление фактором ρ осуществляли скоростью движения питающего ленточного конвейера 1. С этой целью в конструкцию привода конвейера был введен вариатор 6 частоты вращения ведущего вала. Необходимую скорость движения конвейера лабораторной установки вычисляли с учетом исходной плотности растительной массы и ее планового значения по формуле: , где Vконв. - скорость конвейера лабораторной установки, м/с; Vз.т. - скорость ремней зажимного транспортера, Vз.т. = 1,54 м/с; ρпл. - плотность растительной массы по плану эксперимента, ст./м ленты (см. табл. 1); ρисх. - исходная плотность растительной массы, ст./м ленты. Скорость движения конвейера контролировали с помощью тахометра часового типа ТУ-10Р. Каждый опыт проводили в пяти повторностях, количество которых определили по результатам предварительного эксперимента с учетом доверительной вероятности Рд = 0,90. После пропуска отрезка ленты растений льна через очесывающий аппарат собирали полученные при этом продукты очеса и очесанные стебли в отдельные упаковки. По завершению опыта определяли по стандартной методике потери семян от недоочеса Qсем. и отход стеблей в путанину Qст.. Результаты и обсуждение Обработку экспериментальных данных проводили на ЭВМ по программе множественного регрессионного анализа с применением программы STATGRAPHICS Plus for Windows 3.0. В итоге были получены следующие регрессионные уравнения зависимостей потерь семян Qсем. и стеблей Qст. от исследуемых факторов hк, ув и ρ: (1) (2) Коэффициенты уравнения (1) убедительно свидетельствуют о том, что потери семян от недоочеса обусловлены главным образом ординатой ув вершин растений в ленте относительно зажимного транспортера и шириной hк зоны расположения семенных коробочек. Графическая интерпретация указанной зависимости в виде ее двумерного сечения изображена на рис. 2. Рис. 2. Двумерное сечение поверхности отклика Qсем. = f(hк; ув) Анализ полученного изображения показывает, что гребневой очесывающий аппарат может работать без потерь семян только при минимальном значении hк и ув = 55 см. Прогрессивный рост потерь семян (до 23 %) происходит при увеличении растянутости зоны расположения коробочек hк → maxплан. и приближении ее к зажимному транспортеру yв → minплан.. В этом случае потери семян, оставшихся на стеблях в неочесанных коробочках, обусловлены неполным захватом зоны расположения коробочек в ленте гребнями очесывающего барабана. Существенную ценность в урожае льна-долгунца составляет волокнистая часть, потери которой также зависят от перечисленных факторов. Из уравнения (2) видно, что наибольшее влияние на отход стеблей в путанину оказывает ордината ув расположения их вершин относительно зажимного транспортера (коэффициент регрессии 1,369). Наиболее ярко отмеченное влияние можно проиллюстрировать с помощью двумерного сечения поверхности отклика (рис. 3). Рис. 3. Двумерное сечение поверхности отклика Qст. = f(hк; ув) Представленное сечение наглядно демонстрирует негативное влияние увеличения ординаты ув на потери стеблей Qст.. Удаление зоны расположения коробочек от зажимного транспортера всего на 20 см, то есть с 40 до 60 см, приводит к росту отхода стеблей в путанину в 4 раза. Отмеченное явление объясняется тем, что при этом очесывающий барабан начинает входить своими гребнями в слой растений на значительном удалении от зоны hк расположения семенных коробочек и тем самым, совершая лишнюю работу, обрывая и выдергивая стебли из зажимного транспортера, выбрасывать их в отход. Анализ зависимостей Qсем. = f(hк; ув; ρ) и Qст. = f(hк; ув; ρ) показал, что качество очеса в наибольшей мере будет зависеть от правильности подачи стеблевой массы в очесывающий аппарат и от размера зоны расположения коробочек. Причем влияния указанных факторов на исследуемый процесс имеют различные знаки, то есть стремление к полноте сбора семян приведет к увеличению отхода стеблей в путанину и наоборот - желание сохранить волокнистую часть урожая вызовет недобор семенных коробочек. С учетом сказанного логичным и главным агротехническим требованием ко второй фазе раздельной уборки является наиболее полный сбор семенной части урожая с минимальными потерями стеблей. Для выполнения этого требования необходимо найти компромисс между причинами возникновения двух видов потерь. Результаты решения обозначенного компромисса показали, что поставленное требование выполняется при минимальном размере зоны расположения коробочек ≤ 30 см и ее удаленности от верхней кромки зажимного транспортера на 53 см. В этом случае все семенные коробочки попадают в зону действия гребней очесывающего аппарата, а потери стеблей не превышают 3 %. Стабилизировать оптимальное положение ленты стеблей относительно очесывающего аппарата можно с помощью ориентирующего устройства [8] (рис. 4). Рис. 4. Устройство для ориентирования ленты льна относительно очесывающего аппарата Предлагаемое устройство 3 представляет собой систему конвейеров, расположенных под наклоном α к горизонтали. Принцип работы ориентирующего устройства основан на смещении ленты растений льна под действием гравитации до касания комлевой частью поверхности ориентирующего конвейера 5. Устройство 3 выполнено с возможностью перемещения конвейера 5 в направлении осей стеблей, снабженного кинематической связью в виде тросовой системы 4, 6 с передвижным очесывающим аппаратом 1. Тросовая система 4, 6 и гидроцилиндр 7 обеспечат перемещение указанных рабочих органов в противоположные стороны. Кроме того, машину целесообразно оснастить системой автоматического передвижения очесывающего аппарата 1 и соединенного с ним кинематической связью 4, 6 устройства 3 в противоположные стороны в зависимости от изменения длины растений в ленте [9]. При этом щупы 2 и управляемые ими контакты автоматической системы установлены на раме очесывающего аппарата 1. Применение такой конструкции обеспечит подачу льна в зажимной транспортер 8 очесывающего аппарата 1 всегда в оптимальном положении и позволит исключить влияние случайных значений входных факторов на результаты очеса. Заключение Таким образом, как показали проведенные исследования, для достижения наибольшего сбора продукции необходимо формирование достаточно узкой зоны расположения коробочек в ленте: hк ≤ 30 см. Минимальный размер зоны расположения коробочек может быть обеспечен только при высоком качестве выполнения всех предшествующих технологических операций. Таблица ١ Границы факторного пространства исследуемого процесса Фактор Значения и уровни факторов Интервалы варьирования -1 0 +1 hк, см 30 40 50 10 ув, см 40 50 60 10 ρ, ст./м ленты 1200 1800 2400 600 Таблица ٢ Характеристика исходного материала Показатель Значение показателя Сорт льна П-359 Густота стеблестоя, ст./м2 1156 Полеглость стеблестоя, балл 4…5 Средняя длина растений, см 76,4 Средний диаметр стеблей, мм 1,1 Головчатость растений, шт./растение 3,1

About the authors

A. N Zintsov

Kostroma State Agricultural Academy

Email: zintsov_a@mail.ru
DSc in Engineering Kostroma, Russia

References

Supplementary files