Исследование качественных характеристик льноволокна в зависимости от конструкции очесывающего аппарата

Конкурентоспособность льняного комплекса России во многом зависит от возможности льносеющих и льноперерабатывающих предприятий обеспечить потребности отечественного и международного рынка в качественном длинном волокне, что возможно не только за счет повышения урожайности льна, но и за счет увеличения качества льнопро-дукции [1–2]. В процессе уборки льна происходит активное взаимодействие растения и рабочих органов льноуборочных машин, что может негативно сказываться на выходе и качестве волокна и семян [3]. Наиболее распространенная в льносеющих хозяйствах комбайновая технология уборки предполагает использование льноуборочных комбайнов типа ЛК-4А, осуществляющих теребление льна одновременно с очесом коро-бочек1. Это позволяет в ограниченные сроки формировать как волокнистую, так и семенную части урожая. Разработка технических средств и рабочих органов льноуборочных машин обусловлена стремлением максимально возможного сохранения сортового потенциала выращенного льносырья на каждом этапе уборки2.

В процессе комбайновой и раздельной технологий уборки льна-долгунца после основной операции («теребление») проводится следующая по важности технологическая операция – «очесывание семенных коробочек»3. Эффективность очеса влияет на количественные и качественные характеристики урожая льна-долгунца4. Однако конструктивные особенности рабочих органов, используемых для очеса в российских и зарубежных уборочных машинах (льнокомбайнах, подборщи-ках-очесывателях), при выполнении технологической операции могут оказывать дополнительное механическое воздействие на стебель растения, что опосредованно снижает качественные и количественные характеристики получаемого льносырья.

Обзор литературы

Очес – технологическая операция по отделению листьев, семян, соцветий (в т. ч. коробочек) от стеблей при убор-

MORDOVIA UNIVERSITY BULLETIN 1^1 ке сельхозкультур; применяется в технологиях производства лубяных, лекарственных и др. растений. В льноводстве для отделения семенной части растения от стебля используются многочисленные методы^5–6 и разнообразные устрой-ства⁷ [4]. Рациональный баланс между достоинствами и недостатками каждого из известных очесывающих аппара-тов^8–9 позволяет находить свою нишу в использовании всего многообразия технических средств при уборке культур и учитывать особенности технологического процесса.

• 1.    Плющильные и клавишные . Достоинства: незначительные повреждения стеблей и семян, количество потерь минимально; недостатки: ограничения по влажности убираемого льна.

• 2.    Вальцово-дековые . Достоинства: компактность конструкции и высокая производительность; недостатки – ограничения по влажности убираемого льна.

• 3.    Однобарабанные гребневые . Достоинства: высокая надёжность, независимость от характеристик влажности сырья, одновременный очес и транспортирование вороха; недостатки: повреждения и потери стеблей.

• 4.    Двухбарабанные гребневые . Достоинства: высокая чистота отделения

• 5.    Щеточные . Достоинства: мягкое воздействие на части растения; недостатки: низкая чистота и надежность технологического процесса.

• 6.    Роторно-щелевого типа с динамически активными рабочими органами . Достоинства: незначительные повреждения стеблей и семян, количество потерь минимально; недостатки: сложность конструктивной схемы, а также сбора и транспортирования продуктов очеса.

• 7.    Роторно-бильные, роторнопланчатые . Достоинства: незначительные повреждения и потери стеблей; недостатки: низкая степень чистоты очеса, сложность сбора и транспортирования продуктов очеса, зависимость от влажности сырья.

• 8.    Вальцово-битерные . Достоинства: высокая производительность, незначительные потери семян; недостатки: высокая зависимость от влажности сырья, сложность вывода продуктов очеса к последующим рабочим органам.

• 9.    Вальцово-гребневые . Достоинства: высокая чистота процесса выделения семян, независимость от влажности; недостатки: большие габариты, материалоемкость, сложность транспортирования продуктов очеса.

продуктов очёса и надёжность; недостатки: значительные повреждения стеблей и высокий уровень потерь в виде путанины.

Попытки использовать для уборки льна-долгунца метод кошения, адаптируя технологии уборки зерновых или масличных культур с применением зерновых комбайнов и жаток [5–7] обусловлены стремлением снизить затраты на специализированную технику и ускорить процесс уборки. Однако итоговые потери волокна (при средней высоте стерни 7–10 см) могут составлять до 15–18 %, что даже при высоком биологическом урожае льна-долгунца является неблагоприятным результатом. Полученная после приме-

Том 28, № 3. 2018

нения зерноуборочного комбайна дезориентированная волокнистая льнопро-дукция может быть использована лишь для ограниченного спектра продукции: нетканые материалы, изоляционные изделия и др. [8].

Таким образом, для уборки льна-долгунца наиболее эффективным является однобарабанный гребневый аппарат, характеризующийся универсальностью, высокой чистотой очеса и независимостью от влажности сырья. Он используется в большинстве типов льноуборочных машин, в т. ч. наиболее популярном в России и странах ближнего зарубежья льнокомбайне ЛК-4А [9]. Очесывающий барабан данного типа имеет четыре гребня, снабженных лопастями, которые обеспечивают отрыв коробочек от стебля и их вывод в тракторный прицеп.

Недостатком используемой конструкции является повышенный уровень повреждений и потерь стеблей (отход в путанину), что обуславливает необходимость его совершенствования.

Цель данной работы – экспериментальное обоснование конструктивных изменений очесывающих рабочих органов, характеризующихся снижением ударного воздействия на стебли льна-долгунца в процессе очеса коробочек и сохранением урожайных характеристик льносырья.

Материалы и методы

Исследования проводились на экспериментальной базе ФГБНУ ВНИИМЛ (г. Тверь) и опытном поле ВНИИ льна (Торжокский р-н, Тверская обл.). Влияние скорости уборочного льнокомбайна ЛК-4А на выход и качество волокна определялось как минимальное и максимальное, исходя из рекомендаций завода-изготовителя и типа оче-сывающе-транспортирующего барабана. Объект исследования – лен-дол-гунец сорта Алексим. Густота стояния растений перед уборкой составила 1 256 шт./кв.м. Уборка льна в желтой фазе (полной спелости) проводилась согласно СТО АИСТ 1.13-201110. Продолжительность вылежки льносоломы в тресту составила 25 сут. Технологическая оценка льносырья проведена по методике ВНИИЛ и действующих ГОСТ 10330-76 «Лен трепаный. Технические условия»11 и ГОСТ 24383-89 «Треста льняная. Требования при заго-товках»12 с использованием следующего оборудования: мяльно-трепального станка СМТ-200М, трепальной машины ТЛ-40А, мялки КЛ-25А, разрывной машины РМ-30-1. Повторность опытов – трехкратная.

Схема исследования предполагала следующие варианты:

I – трехгребневый очесывающе-транспортирующий барабан, скорость агрегата υ_M = 1,5 м/с;

• II    – трехгребневый очесывающе-транспортирующий барабан, скорость агрегата υ_M = 3,4 м/с;

• III    – четырехгребневый очесы-вающе-транспортирующий барабан, скорость агрегата υ_M = 1,5 м/с;

• IV    – четырехгребневый очесыва-юще-транспортирующий барабан, скорость агрегата υ_M = 3,4 м/с.

Результаты исследования

Оценка процесса очеса и качества работы четырехгребневого очесывающего барабана льнокомбайна показала, что при очесе семенных коробочек на стебли льна одновременно воздействуют два гребня: первый завершает прочес верха стеблей с коробочками, а второй в это время начинает входить в натянутый первым гребнем слой (рис. 1, а). Это дополнительное механическое воздействие второго гребня, не улучшающее процесс очеса, приводит к увеличению повреждений, перекосу стеблей в слое и их выдергиванию в путанину.

Для устранения данного недостатка было предложено использовать в очесывающем барабане три гребня вместо четырех [10], когда в слое стеблей находится только один гребень, а второй не входит в этот момент в слой (рис. 1, b). При этом условия для выдергивания стеблей из зажимного устройства, а также повреждения стеблей и их отход в путанину минимальны. Для более детального анализа степени повреждения необходима инструментальная оценка льносырья и волокна.

На рис. 2 схематически изображены силы, действующие на стебли льна в процессе очеса семенных коробочек при входе гребней в слой стеблей (I зона) и выходе из него (II зона). При работе четырехгребневого барабана сила воздействия ( P ) зубьев гребней на ленту льна была отмечена как в зоне I, так и в зоне II; у трехгребневого барабана данное сложение сил отсутствует. Таким образом, воздействие гребней на стебли минимизировано, а значит, уменьшается повреждение и отход стеблей в путанину.

Инструментальная оценка льносо-ломы показала, что уменьшение числа очесывающих гребней влияет на разрывную нагрузку стеблей, которая по вариантам составила: I – 26 Н, II – 26 Н, III – 22 Н, IV – 22 Н, что показывает увеличение качества и пригодности льносоломы в вариантах с трехгребневым барабаном по сравнению с четырехгребневым. Показатель пригодности – 0,94–0,96 ед., где пригодность в варианте с тремя гребнями – 0,96. Все это подтверждает уменьшение воздействия трехгребневого барабана на стебли по сравнению с серийным четырехгребневым барабаном.

а)

b)

Р и с. 1. Схемы очеса льна очесывающе-транспортирующими барабанами: а) четырехгребневый; b) трехгребневый ( 1 – зажимной транспортер; 2 – диски барабана;

• 3 – гребни; 4 – лопасти; 5 – выходное окно камеры очеса; 6 – растения льна;

7 – транспортер вороха)

F i g. 1. Schemes of fiber flax deseeding by combing-conveying drums:

• а) four-ridged; b) three-ridged ( 1 – clamping conveyor; 2 – discs of the drum;

• 3 – combing ridge; 4 – blades; 5 – outlet window of deseeding chamber;

6 – plants of fiber flax; 7 – heaps conveyor)

а)

b)

Р и с. 2. Схема сил, действующих на стебли при очесе семенных коробочек в первой (а) и второй (b) зонах: 1 – зажимной транспортер; 2 – гребни с зубьями; 3 – диск очесывающего барабана ( G – сила тяжести; N – сила нормального давления зубьев на стебли; F _ТР – сила трения;

Р – сила воздействия зубьев гребней на ленту льна; М _КР – крутящий момент; r – радиус барабана; r _п – радиус прочеса; γ – угол между нормалью к поверхности зуба и направлением воздействия зубьев на стебли; φ – угол поворота барабана; β – угол наклона зубьев гребня)

F i g. 2. Scheme of forces acting on stems during deseeding (seed bolls removing) in first (a) and in second (b) zones: 1 – clamping conveyor; 2 – combing ridge; 3 – disc of the combing drum ( G – force of gravity; N – force of normal pressure of teeth on stalks;

F _TP – friction force; P – force of the ridge teeth on the flax stems; M _KP – twisting moment;

r – radius of the drum; r _П – radius of the deseeding; γ – angle between the normal to the surface of the tooth and the direction of the action of the teeth on the stems; φ – angle of drum rotation; β – angle of inclination of ridge teeth)

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

Результаты инструментальной оценки качества льнотресты Results of flax straw quality tests

Номер варианта / Number of option	Вариант / Options	Выход длинного волокна со станка СМТ-200, % / Outlet of long fiber CMT-200 testor, %	Проценто-номер волокна / Percentage number of flax fiber	Номер льнотресты / Number of flax retted straw
				По ГОСТ / According to GOST	Интерполированный / Interpolation
I	Трехгребневый барабан, υi = 1,5 м/с / Three-ridged drum, υi = 1,5 m/sec	14,64	146	1,00	1,09
II	Трехгребневый барабан, υi = 3,4 м/с / Three-ridged drum, υi = 3,4 m/sec	13,40	134	0,75	0,97
III	Четырехгребневый барабан, υi = 1,5 м/с / Four-ridged drum, υi = 1,5 m/sec	11,56	116	0,75	0,81
IV	Четырехгребневый барабан, υi = 3,4 м/с / Four-ridged drum, υi = 3,4 m/sec	10,91	109	0,75	0,78

Из табл. 1 видно, что в вариантах I–II качество льнотресты составило 0,97–1,09 номера, что на 0,19–0,28 номера выше, чем в вариантах III–IV.

Последующая технологическая оценка тресты подтвердила более высокие показатели качества в вариантах с использованием трехгребневого барабана: выход длинного волокна и качество льнотресты на 1,27–1,54 % (абс.) выше, чем у серийного (табл. 1–2).

Различие результатов по выходу длинного волокна между рассматриваемыми барабанами статистически доказуемо. Критерий Фишера: F факт = 10,2 > >  F табл = 3,0.

Изменения номера длинного волокна по вариантам были меньше, чем изменения показателя выхода волокна (табл. 2). Инструментальная оценка трепаного волокна указывает на его более высокое качество при очесе в опытных барабанах.

Обсуждение и заключения

Конструктивные изменения очесывающих барабанов, снижающие дополнительные воздействия на стебли льна, положительно влияют на выход и качество длинного волокна. Характеристики параметров технологического процесса (чистота очеса, потери семян) у опытного барабана были несколько ниже, чем серийного, однако соответствовали агротехническим требованиям, предъявляемым к данной машине. Улучшения были отмечены по следующим параметрам: разрывная нагрузка и номер льносоломы, номер льнотресты и длинного волокна, процент выхода длинного волокна.

Т а б л и ц а 2

T a b l e 2

2 Й _ ° «2 Й о 2 g s н о Я (D Q (D S Я m о ° n S ^ m
о Щ Я !l CL^ s	• о Рнй 2 о н Р Р S б а Я Рн я	9	*4	я.	О\ 'О
	Ч is S’ 2 Й g u g^g	m	m	m	m
	Д у О' m go о	V	2
о m сз U> ^Я 5 ы> я u ч 4	о н о о Рн щ о Я С о 53^ Я ^ Я Рн   я	Cxf О\	ОО	2)	о
	Ч >Я S’ &S 2 g	О\	О\	О\	оо"
	3 ®\ ^ °. m go о	оо О\		ОО оо"	оо"
X S S ® 5 ° Й я Д A Д 2) о 2 g я о 4 § g 2				ОО Р1
m°		5^8 ■я 2 g 17^ VO -~т5 Я X Я р 2VO S II Рн       _ Н РнН я	vo g И ю И а"	сЗ ю ” s 8 3 = g VO «е о & я" ; А я Ь Р о у рр р	ю ™ S ю    о А сЗ Ь m Н я о ^ ДРн Р
g Рн H Я О О О сЗ К У См Д и й£ о		НН	у	у	>

Полученные результаты свидетельствуют о перспективе использования традиционного метода уборки льна-долгунца (теребления с последующим очесом) и возможностях его совершенствования для увеличения урожайности и качества длинного волокна.

В целом экспериментальные данные подтвердили, что дополнительные воздействия на стебли льна, возника-

MORDOVIA UNIVERSITY BULLETIN 1^1 ющие при использовании четырехгребневого очесывающего аппарата, могут быть уменьшены за счет улучшения конструкции барабана путем изменения количества очесывающих гребней. Применение трехгребневого барабана позволяет увеличить выход длинного волокна на 1,27–1,54 % (абс.), а качество – на 0,3 номера по сравнению с четырехгребневым.

Поступила 09.04.2018; принята к публикации 29.05.2018; опубликована онлайн 20.09.2018

Об авторах:

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Recieved 09.04.2018; revised 29.05.2018; published online 20.09.2018