Актуальність теми. Льон олійний є однією із безвідходних сільськогосподарських культур широкого спектра використання. До останнього часу його вирощували переважно у південному регіоні України як культуру для отримання насіння, яке переробляють на олію.

Господарчу придатність має і солома льону олійного, що залишається після обмолоту насіння. У ній міститься в середньому 10-20 % волокна 4-5 - го номерів, яке є натуральною сировиною для текстильної промисловості. Волокно також придатне для виготовлення шпагату та іншої потрібної для народного господарства продукції технічного призначення. Окрім цього, солома, яка містить до 50 % целюлози, є сировиною для виробництва різних сортів паперу: цигаркового, банкнотного, фільтрувального, картону. У середньому з кожного гектара льону можна отримати до 300 кг паперової сировини, що забезпечить збереження цінної деревини. З відходів первинної переробки стебел льону олійного, костриці, виготовляють меблеві й будівельні плити, утеплювачі, гранулят для будівництва доріг та іншу продукцію.

Аналіз світового досвіду використання продукції з льону олійного свідчить, що важливим і актуальним завданням на сьогоднішній день є використання всього закладеного в рослині потенціалу із найменшими втратами волокна, насіння та відходів у вигляді полови та костриці. У той же час збирання льону олійного за традиційною технологією зернозбиральними комбайнами призводить до втрат волокнистої частини урожаю у стерні, яка залишається на полі висотою 10-20 см, а зібрана солома пошкоджується та засмічується половою і залишками розгалуженої частини стебел, які важко відділити під час первинної переробки трести на волокно. Також застосування існуючих технологій переробки стебел льону-довгунця для льону олійного не забезпечують потрібної якості отриманого волокна у зв'язку з невідповідністю анатомічної та морфологічної будови стебел льону олійного і льону-довгунця.

З огляду на це, удосконалення технології збирання та первинної переробки стеблової частини льону олійного, вирощеного в умовах Західного Полісся України, є актуальним завданням, оскільки воно спрямоване на підвищення якості отримання волокнистої маси та зниження втрат цінної льоносировини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у Луцькому національному технічному університеті відповідно до "Пропозицій щодо розширення посівних площ льону-кудряшу (олійного) ", Міністерства аграрної політики України № 37-13-1-12/20068 від 30 жовтня 2009 р., "Галузевої програми розвитку льонарства в України на 2006-2010 роки", програми "Льон Волині 2007-2010" і згідно з тематичним планом науково-дослідних робіт Луцького національного технічного університету, зокрема теми "Дослідження процесів і засобів післязбирального обробітку неоднорідних рослинних матеріалів" (№ д/р 0104U000535).

Мета роботи й завдання досліджень. Метою роботи є одержання лляного волокна з покращеними технологічними характеристиками за рахунок удосконалення технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

здійснити порівняльний аналіз морфологічних характеристик різних груп льону;

дослідити вміст волокна за довжиною стебла льону олійного;

дослідити фізико-механічні показники соломи, трести і волокна льону олійного, вирощеного в умовах Західного Полісся, які обумовлюють особливості організації технології збирання та первинної переробки цієї культури, а також визначити галузі подальшого застосування отримуваного продукту;

теоретично обґрунтувати і розробити конструкції робочих органів для первинної переробки стеблової частини льону олійного та експериментально встановити їх оптимальні робочі режими;

удосконалити технологію збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного;

дослідити вихід волокна льону олійного при різних технологіях збирання;

здійснити техніко-економічну оцінку ефективності удосконаленої технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного.

Об'єкт дослідження - технологічний процес збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного.

Предмет дослідження - солома, треста, волокно льону олійного, робочі органи обладнання для первинної переробки стеблової частини льону олійного.

Методи дослідження. Завдання, поставлені в роботі, вирішувалися за допомогою сучасних теоретичних та експериментальних методів досліджень.

Теоретичні дослідження проводились з використанням основних положень вищої математики, теоретичної механіки, теорії механізмів і машин.

Експериментальні дослідження проводились на основі системного підходу, статистичного опрацювання інформації, математичного планування багатофакторного експерименту.

Оцінку якості лляної соломи, трести та волокна здійснювали за допомогою загальноприйнятих методик відповідно до ГОСТ-28285-89 "Солома льняная. Требования при заготовках", ДСТУ 4149: 2003. "Треста лляна. Технічні умови" та ДСТУ 5015: 2008 "Волокно лляне коротке. Технічні умови".

Розрахунки виконували із застосуванням сумісних програмних пакетів "MathCAD", "Microsoft Office Excel 2007 (11.5612.56050)", та "Microsoft Office Word 2007 (11.5604.5606) "

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

вперше визначено вміст волокна в різних частинах стебла льону олійного та досліджено фізико-механічні властивості соломи, трести і волокна, отриманих у кліматичних умовах Західного Полісся України;

теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено ефективність застосування удосконаленої технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного;

встановлено, що удосконалення робочих вузлів для м'яття, тіпання і трясіння та поєднання процесів м'яття з тіпанням і трясіння з вібрацією інтенсифікує процес отримання однотипного волокна із стебел льону олійного та підвищує ефективність роботи обладнання;

вперше на основі досліджень деформації стебел льону олійного у процесі первинної переробки визначено умови руйнування деревини без пошкодження волокна, які є основою удосконалення м'яльних вальців та їх взаєморозташування в агрегаті;

в результаті проведення багатофакторного експерименту вперше отримано математичну модель оптимізації технологічних параметрів робочих органів агрегату для отримання однотипного волокна льону олійного за удосконаленою технологією.

Практичне значення отриманих результатів. Впровадження удосконаленої технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного дозволяє зменшити втрати і покращити якісні показники однотипного волокна.

Удосконалену технологію збирання льону олійного перевірено в умовах Західного Полісся у фермерському господарстві "Гримікс" (акт виробничих випробувань технології роздільного збирання льону олійного від 15 вересня 2010 року).

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень встановлено оптимальні режими роботи робочих органів, які використовуються у конструкціях машин під час збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного.

Очікуваний економічний ефект від впровадження удосконаленої технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного складає 161692,96 грн у цінах 2010 року.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно обґрунтував та сформулював завдання дослідження, провів критичний аналіз науково-технічної літератури з проблем сучасних технологій збирання та первинної переробки стеблової частини льону олійного. Самостійно виконав основні теоретичні і експериментальні дослідження за темою дисертації, здійснив планування експерименту, забезпечив математичну обробку отриманих результатів та проаналізував і узагальнив їх. Запропонував удосконалену технологію збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного.

У працях, які опубліковано у співавторстві, частка здобувача складає 60-75 %. Здобувачеві належать проведення теоретичних та експериментальних досліджень, теоретичне обґрунтування результатів, аналіз отриманих експериментальних даних та формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації. Результати та основні положення дисертації було представлено та обговорено на ІІ міжнародній науково-практичній конференції "Інноваційні технології в АПК та лісовому комплексі" (м. Луцьк, 2009 р.), ХVІІ міжнародній науково-технічній конференції ННЦ "ІМЕСГ" "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" (смт. Глеваха. 2009 р.), міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми легкої і текстильної промисловості України" (м. Херсон, 2009 р.), науково-практичній конференції молодих вчених "Інноваційні напрямки в селекції, технології вирощування та переробки технічних культур" (м. Глухів, 2009 р.), міжнародній науково-практичній конференції "Науково-технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" (м. Мінськ, 2010 р.), науковому семінарі "Порівняльна оцінка насіннєвої продуктивності льону-довгунця і льону олійного та експертиза технологій вирощування, збирання і первинної обробки" (смт. Магерів, 2010 р.), міжнародній науково-практичній конференції "Шляхи відродження галузей льонарства і коноплярства та підвищення ефективності їх наукового забезпечення" (м. Глухів, 2011 р.), ХХV науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу (технічний напрямок), (м. Луцьк, 2010 р.), наукових семінарах кафедри обладнання переробних виробництв Луцького національного технічного університету 2008-2010 рр. Дисертаційна робота була заслухана на науковому семінарі кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету (м. Херсон, 2011 р.).

Публікації. Основні положення дисертації викладено у 12 наукових працях, у тому числі статей у фахових наукових виданнях України - 7, статей у фахових виданнях Республіки Білорусь - 1, патентів України на корисну модель - 2, матеріалах доповідей на конференціях - 2.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 135 найменувань, з яких 24 іноземною мовою та 13 додатків. Основна частина роботи викладена на 137 сторінках, містить 58 рисунків і 23 таблиці.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання досліджень, які розв'язуються в роботі, об'єкт, предмет, методи досліджень, висвітлено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі подано загальну характеристику льону олійного та проаналізовано світовий досвід його комплексного використання. Встановлено, що льон олійний є однією із найбільш цінних і високопродуктивних культур, а тому перспективною культурою для народного господарства. До недавнього часу льон олійний вважали культурою південного регіону України, але окремі дослідження вказують, що і в зоні Полісся можна отримувати високі врожаї, як насіння, так і волокна льону олійного. Саме тому зростання виробництва льону олійного за рахунок розширення посівних площ у зоні Полісся, підвищення якості та зменшення втрат льонопродукції в господарствах України слід вважати державним завданням, що має стратегічне значення для країни.

Проаналізовано результати досліджень властивостей стебел і волокон льону олійного, які виконані вітчизняними та закордонними науковцями. Результати таких досліджень наведено у роботах Маркова В.В., Вировця В.Г., Гілязетдінова Р.Н., Городова В.В., Чурсіної Л.А., Кузьміної Т.О., Тіхосової Г.А., Горач О.О., Клєвцова К.М., Ляха В.О., Пашина Є.Л., Федосової Н.М. та інших вчених.

Визначено, що анатомічна будова стебел, хімічний склад та технологічні характеристики волокна льону олійного мають значні відмінності від аналогічних показників льону-довгунця. Внаслідок цього технологічні параметри, режими та способи збирання і переробки стеблової частини льону-довгунця не можна застосовувати для отримання волокна із стебел льону олійного.

Особлива увага приділялася вивченню існуючих технологій збирання і первинної переробки стеблової частини льону на однотипне волокно. Аналіз стану галузі показав, що для отримання однотипного волокна високої якості і низької собівартості, потрібно забезпечити якісне приготування трести, яке в кліматичних умовах Західного Полісся України забезпечується біологічним способом, високу інтенсивність механічних дій під час переробки трести, а також зменшити енергоємність і металомісткість обладнання.

Виходячи з вищевикладеного, сформульовано тему роботи, визначено її мету та завдання.

льон олійний первинна переробка

У другому розділі сформульовано експериментальні та організаційні напрями реалізації програми дослідження, які представлено на загальній схемі (рис. 1).

Рис. 1. Загальна схема проведення досліджень

Лабораторні і польові досліди проводили із сортами льону олійного Лірина, Південна ніч, Блакитно помаранчевий, які занесені до державного реєстру сортів рослин, в зоні Західного Полісся України у Волинському інституті АПВ НААНУ і в господарстві "Гримікс" Любешівського району Волинської області. Під час вирощування льону використовувалася типова для даної зони технологія. На дослідних ділянках агроприйоми з підготовки ґрунту, сівби, догляду за посівами, збирання врожаю льоносоломи виконували в один день однаковими знаряддями з дотриманням високої якості роботи.

Відбирання лляної соломи з метою формування матеріалу для проведення дослідів проводили згідно з ГОСТ-28285-89 "Солома льняная. Требования при заготовках". Процес приготування трести здійснювався з використанням біологічного росяного мочіння. У процесі вилежування лляної соломи ретельно слідкували за її перетворенням в тресту. Контроль здійснювали шляхом визначення показників відокремлюваності волокнистого шару від деревини через 10, 14, 18, 22, 25 діб розстилу. Для визначення відокремлюваності трести використовували пристрій ООВ.

Дослідження коефіцієнта тертя, деформаційних характеристик та сили злому проводили за розробленими методиками зі спеціально виготовленими для цього пристосуваннями.

Оцінку трести та волокна здійснювали за допомогою загальноприйнятих методик відповідно до ДСТУ 4149: 2003 "Треста лляна. Технічні умови" та ДСТУ 5015: 2008 "Волокно лляне коротке. Технічні умови".

У третьому розділі наведено результати теоретичних досліджень за темою дисертації. Висвітлено передумови удосконалення технологічного процесу збирання стеблової частини льону олійного та недоліки технології первинної переробки трести льону олійного на однотипне волокно. Основними механічними діями для первинної переробки трести на однотипне волокно визначено м'яття, тіпання, трясіння з вібрацією.

Встановлено, що для ефективної переробки трести льону олійного у процесі м'яття доцільно застосовувати вальці планчатого типу. Вони характеризуються більшою висотою рифлів порівняно із кроком та меншим радіусом заокруглення вершин рифлів порівняно із радіусом заокруглення западин. Також такі вальці забезпечують необхідну обробку грубостеблової сировини та сировини, яка важко піддається м'яттю. Процес промину у вальцях такого профілю характеризується наявністю явищ поперечного стиснення, зсуву і особливо вигину-злому.

Рис. 2. Розміщення стебла у полі м'яття

Процес м'яття забезпечується, якщо із стеблом одночасно взаємодіють не менше трьох рифлів, дві рифлі одного вальця і одна спареного вальця. Також при м'ятті для порушення зв'язку між деревиною і волокном потрібно забезпечити такий злом стебла, щоб довжина костринок була меншою від критичної довжини, тобто l_к?АВ=ВС (рис. 2).

Враховуючи дану умову, залежність між зовнішнім діаметром кола, яке описують вершини рифлів, і числом рифлів вальця буде мати вигляд

(1)

де l_к - критична довжина частинок стебла, мм; в - кут злому стебла, град; z - число рифлів, шт.

На основі аналізу встановлено, що більш якісно буде проходити процес м'яття при одночасній взаємодії із стеблом п'яти рифлів, як зображено на рис.2. Тоді співвідношення між зовнішнім діаметром кола, яке описують вершини рифлів, і числом рифлів вальця визначиться за формулою

(2)

де і - глибина заходження рифлів, мм; z_м - число рифлів, які одночасно взаємодіють із стеблом, шт.

Для якісного забезпечення процесу м'яття потрібно, щоб D_зz? D_з.

Проведені розрахунки дозволили побудувати графічні залежності D_з (z) і D_зz (z), при z_м=5, для різної критичної довжини l_к (рис. 3), за якими встановлюються раціональні геометричні параметри вальців.

Рис. 3. Графічна залежність між зовнішнім діаметром вальців D та числом рифлів z: 1 - при l_к=10 мм; 2 - при l_к=20 мм; 3 - при l_к=30 мм; 4 - гранична крива для визначення мінімального діаметра вальців

Важливим параметром процесу м'яття є швидкість переміщення матеріалу у м'яльних парах. Вона визначається швидкістю обертання, розмірами і профілем вальців, а також глибиною заходження рифлів. Щоб підвищити інтенсивність м'яльних дій при переробці трести льону олійного, яка має більш міцний зв'язок між волокном і кострицею у порівнянні з трестою льону-довгунця, доцільно збільшувати на швидкість руху матеріалу у кожній парі вальців.

Тобто, повинна виконуватися умова

(3)

де х₁, х₂, х₃,…, х_п - швидкість руху матеріалу у парах м'яльних вальців, м/с, п - число пар м'яльних вальців, шт., k_м - відношення швидкостей руху матеріалу у сусідніх парах м'яльних вальців.

Таке збільшення швидкості забезпечить ефект скобління пром'ятої трести, паралелізацію стебел при переході з одної пари вальців на наступну і потоншення шару матеріалу. Збільшення швидкості руху матеріалу повинно бути таким, щоб розтяг волокна при переході із однієї пари вальців на наступну не перевищував межу, при якій відбувається його розрив. Згідно з дослідженням деформаційних властивостей стебел трести відношення швидкостей руху матеріалу у сусідніх парах м'яльних вальців необхідно забезпечити на рівні k_м=1,05-1,10.

Рис. 4. Схема для визначення умови затягування шару сир-цю в щілину між вальцями

При переробці трести льону олійного встановлення на виході м'яльної частини плющильних вальців з хвилястою поверхнею дозволяє максимально порушити зв'язок між кострицею і волокном. Робота таких вальців забезпечується активним затягуванням шару сирцю в щілину між рухомими поверхнями (рис. 4). Під час роботи вальців шар сирцю піддається деформації стиску в радіальному напрямку вальців, а також відбувається його розтягування і зміщення в осьовому напрямку за рахунок хвилястої поверхні вальців, що значно послаблює зв'язок між волокном і кострицею. Одночасно внаслідок різних колових швидкостей поверхонь вальців внаслідок сил тертя створюється умова для процесу тіпання. Сирець буде затягуватися у щілину між вальцями, якщо рівнодійні сил, які діють на матеріал, будуть направлені в сторону напрямку обертання вальців. Умова затягування

(4)

де ц - кут тертя між сирцем і поверхнею вальців, град; r₁ - радіус виступів рифлів вальців, мм; r₂ - радіус впадин рифлів вальців, мм; а - висота щілини між вальцями, мм; h_п - початкова товщина шару сирцю, мм.

Розв'язавши нерівність (4), при затягуванні шару сирцю початковою товщиною h_п=6 мм в робочу щілину між вальцями а=1мм і мінімальним кутом тертя між сирцем і поверхнею вальців ц=12° побудовано графічну залежність, яка зображена на рис. 5.

Для забезпечення необхідної ефективності тіпальних дій під час переробки трести льону олійного доцільно використовувати однобарабанний тіпальний апарат, у якому бильні планки чергуються із гребінками.

Рис. 5. Графічна залежність, що встановлює раціональні співвідношення між радіусами вальців плющильно-ті-пального апарата (заштрихована частина) при ц=20є, h_п=6 мм і а=1 мм

При обертанні тіпального барабана з великою швидкістю відбувається складна взаємодія робочої кромки била (рис. 6), яке здійснює рівномірний обертальний рух із лінійною швидкістю х, і пасма сирцю. При такій взаємодії пасмо, що обробляється, здійснює рух разом з кромкою била тіпального барабана з переносною швидкістю х_п і відносний рух по кривизні заокруглення кромки била з швидкістю х_в (у набігаючій частині х_вн, у збігаючій частині х_вз). Внаслідок цього на матеріал діють такі сили: сила натягу пасма на кромці бильної планки; сила нормального тиску на пасмо; сила тертя пасма по кромці бильної планки і сила інерції. Сили нормального тиску і тертя впливають на процес тіпання в основному негативно, оскільки вони можуть пошкодити волокно.

Рис. 6. Взаємодія кромки бильної планки і пасма волокна: 1 - пасмо волокна; 2 - бильна планка

Найбільше позитивне значення для процесу тіпання має сила інерції

(5)

де т_п - маса пасма, яке знаходиться в обробці, кг; х_в - швидкість відносного руху бильної планки, м/с; r - радіус кромки бильної планки, м.

Із формули (5) видно, що чим менше значення r, тим більше значення сили інерції і відповідно краще буде проходити процес тіпання. Але, коли радіус кромки бильної планки буде наближатися до гостроти леза ножа, то наступить механічне пошкодження волокна, що є недопустимим.

Інтенсивність тіпання також залежить від кількості дій на оброблюваний матеріал. Кількість дій, які сприймає оброблюваний матеріал, залежить від швидкості його подачі і визначається за формулою

(6)

де т - кількість бильних планок на барабані, шт; п_б - частота обертання барабана, об/с; l - довжина зігнутої ділянки, м; х_ж - швидкість подачі, м/с.

При меншій швидкості подачі зростає кількість дій на матеріал і відповідно підвищується якість обробки. Проте при досить низькій швидкості подачі матеріалу значно знижується пропускна здатність машини.

Більший ефект очищення волокна від насипної костриці в трясильній машині одержується при наданні вібраційних дій робочій гілці голчатого транспортера за допомогою важільно-роликового вібраційного механізму (рис. 7). При встановленні вузла вібрації планки голчатого транспортера не тільки забезпечують переміщення матеріалу у горизонтальному напрямку, але й періодичне його підкидання. Таке поєднання процесів трясіння і вібрації забезпечує підвищення інтенсивності виділення вільної костриці із зони обробки.

Ефективність роботи трясильно-вібраційного вузла залежить від швидкості переміщення матеріалу в гребеневому полі, частоти коливання роликів вібраційного механізму, частоти коливань голчатих гребенів, кута випередження і розмаху голок, положення решітки відносно кінчиків голок та щільності завантаження матеріалу.

Швидкість переміщення матеріалу визначається кутом випередження, величиною заходження трясильних голок між голками транспортера і швидкістю полотна транспортера. У загальному випадку швидкість переміщення повинна бути такою, щоб матеріал не нагромаджувався між тіпальною і трясильною частинами, а також не розривався.

Частота коливань роликів визначається із умови забезпечення відривання матеріалу від поверхні голчатого полотна транспортера. Під час удару ролика по полотні транспортера матеріал спочатку притискається до полотна. Відривання матеріалу відбудеться після того, як швидкість піднімання полотна зменшиться і сила інерції F_і стане більшою від сили ваги матеріалу G_м (рис. 7).

Рис. 7. Схема для розрахунку параметрів важільно-роликового вібраційного механізму

Умова підкидання мате-ріалу на полотні транспортера буде мати вигляд

(7)

При цьому нормальна складова прискорення визначається за формулою

(8)

де щ - кутова швидкість кривошипа О₁А, с^-1;

е - кут повороту двоплечого важеля DЕ, град; r - радіус кривошипа, м; CD і BC - довжина важелів, м.

Мінімальна частота обертання кривошипа, при якій буде забезпечуватися підкидання частинок лише у крайніх положеннях двоплечого важеля DE, тобто при щt=р/2, дорівнює

(9)

Щоб запобігти дотиканню голок голчатих гребенів до елементів полотна транспортера під час його коливань, потрібно узгодити частоту коливань голок з частотою обертання кривошипа вібраційного механізму. Полотно транспортера має підніматися вверх у момент, коли голки гребенів відхиляються на максимальний кут від вертикального положення. Також для забезпечення потрібної швидкості переміщення матеріалу відповідно до прийнятої частоти коливання голчатих гребенів встановлюється швидкість переміщення полотна транспортера. Швидкість переміщення полотна транспортера повинна бути такою, щоб товщина матеріалу на транспортері не збільшувалася, оскільки це погіршить відділення костриці.

У четвертому розділі викладено результати експериментальних досліджень фізико-механічних властивостей соломи, трести і волокна льону олійного згідно з розробленою програмою і обґрунтовано значення оптимальних технологічних режимів роботи робочих органів обладнання для первинної переробки стеблової частини урожаю. Такі дослідження соломи, трести і волокна льону олійного, вирощеного в умовах Західного Полісся України, проводилися вперше.

Коефіцієнти тертя соломи визначалися на час скошування стеблестою льону олійного (вологість 48 %) та після підсихання стрічок (вологість 15 %), а коефіцієнти тертя трести - при вологості 12 %. За такої вологості трести здійснюють її первинну переробку. Результати досліджень з визначення коефіцієнта тертя наведено в табл. 1.

Таблиця 1. Статичні коефіцієнти тертя соломи і трести льону олійного

Також встановлено, що із збільшенням швидкості ковзання коефіцієнт тертя зростає. Аналітична залежність коефіцієнта тертя від швидкості ковзання х має такий вигляд:

а) для стебел вологістю 48 %

по гумі

(10)

по сталі

(11)

б) для стебел вологістю 15 %

по гумі

(12)

по сталі

(13)

в) для трести вологістю 12 %

по гумі

(14)

по сталі

(15)

Тут f_01г, f_01с, f_02г, f_02с, f_0тг, і f_0тс - статичні коефіцієнти тертя, значення яких вибираються за табл.1.

Аналіз отриманих експериментальних значень дозволив встановити, що режими роботи робочих органів в значній мірі залежать від міцнісних характеристик стеблової маси. Міцність стебел має двозначний зміст: з однієї сторони бажана мінімальна міцність (наприклад, для руйнування конструкції стебла, руйнування поздовжніх зв'язків в лубі і волокні), а з другої сторони - матеріал, який відділяється, повинен мати достатній запас міцності (луб, волокно), щоб максимально зберегти його цілісність для отримання більш якісного продукту.

У результаті дослідження було встановлено фізико-механічні характеристики соломи і трести льону олійного, вирощеного в умовах Західного Полісся, які наведено у табл. 2 і 3.

Під час дослідження розтягу трести зі збільшенням відносного видовження спостерігалося відшарування волокна від деревини. Таке явище свідчить, що в процесі механічної переробки трести її доцільно піддавати деформації розтягу. Таку дію можна забезпечити у м'яльному вузлі шляхом підвищення швидкості обертання вальців у напрямку руху матеріалу. Але для запобігання пошкодження волокна, підвищення швидкості обертання має бути в таких межах, щоб відносне видовження не перевищувало видовження, при якому відбувається його розрив.

Порушення зв'язку волокна з деревиною у м'яльних вальцях відбувається за рахунок згину-злому стебел. Щоб забезпечити максимальне руйнування деревини і мінімальне пошкодження волокна м'яльними вальцями, важливо знати фізичну суть процесу руйнування конструкції стебла при згині.

Таблиця 2. Фізико-механічні характеристики соломи льону олійного

Таблиця 3. Фізико-механічні характеристики трести льону олійного

Процес згину для соломи і трести проходить по-різному. При згині соломи спочатку спостерігається зминання у верхній частині стебла. Потім стебло сплющується і розтріскується деревина стебла. На кінцевому етапі злому деревина руйнується, а луб'яні волокна у нижній частині натягуються, частково зміщуються відносно деревини, але не відшаровуються. Під час злому трести спостерігається повне розтріскування деревини і відшарування волокна від деревини. Це свідчить про те, що у трести зв'язок між волокнистим шаром і деревиною слабший, тому треста краще піддається механічній переробці для отримання волокна. Результати досліджень згину трести наведено на рис. 8.

Сорт Лірина Сорт Південна ніч

Сорт Блакитно помаранчевий

Рис. 8. Залежність згинальної сили Р_зг від кута згину в трести льону олійного вологістю 12 %: 1 - верхня частина стебла; 2 - середня частина стебла, 3 - прикоренева частина стебла

Важливими показниками цінності стебел льону олійного є вміст волокна та його технологічні властивості (розривне навантаження і лінійна щільність). Отримані результати дослідження свідчать, що більші числові значення розривного навантаження має волокно середньої і нижньої частини стебел (табл.4). Для сортів льону олійного Південна ніч і Блакитно помаранчевий волокно середньої частини відповідає 6-му номеру, а прикореневої - 4-му номеру згідно з ДСТУ 5015: 2008. Для сорту Лірина волокно прикореневої і середньої частини відповідає 4-му номеру. Волокно верхньої частини стебел льону олійного досліджуваних сортів відповідає 3-му і 2-му номерам. Також встановлено, що значення показника лінійної щільності технічного волокна льону олійного майже не відрізняється від короткого волокна льону-довгунця і може використовуватися в якості сировини для текстильної промисловості.

Таблиця 4. Значення вмісту і основних властивостей волокна льону олійного

Вибір технологічного обладнання для первинної переробки обґрунтовується також середньою масодовжиною волокон. За даними дослідження середня масодовжина волокон для льону олійного сорту Блакитно помаранчевий становить 191 мм, при чому найбільший відсоток (20,90 %) мають волокна довжиною 125 мм. Для льону олійного сорту Південна ніч середня масодовжина волокон становить 185 мм, найбільший відсоток (21,40 %) мають також волокна довжиною 125 мм. А для льону олійного сорту Лірина середня масодовжина волокон становить 215 мм, найбільший відсоток (17,89 %) мають волокна довжиною 125 мм. Волокно довжиною більше 400 мм виявлено в незначній кількості у сортах: Блакитно помаранчевий 3,15 %, Південна ніч 3,87 % та Лірина 8,92 %.

Згідно із проведеними дослідженнями середньої масодовжини волокон, технологія переробки стебел олійного льону за класичною схемою отримання тіпаного лляного волокна на м'яльно-тіпальних агрегатах типу МТ-100Л є непридатною, тому що ці агрегати призначені для виділення довгого волокна, довжина якого більша 410 мм.

У п'ятому розділі наведено аналіз та узагальнення результатів дослідження з метою розробки удосконаленої технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного. Згідно з проведеними теоретичними та експериментальними дослідженнями технологій збирання льону олійного встановлено, що найкращі результати із найменшими втратами біологічного врожаю соломи і насіння можна отримати при застосуванні удосконаленої технології збирання, яка представлена на рис. 9.

Використання під час збирання льону олійного високопродуктивних машин загального призначення (жниварок, зернозбиральних комбайнів, обертачів валків, рулонних пресів та іншої техніки) призводить до хаотичного розміщення стебел у рулонах трести. Первинна переробка такої трести потребує значної кількості механічних дій на стебла, щоб забезпечити ефективне очищення волокна від костриці та інших неволокнистих домішок. Вирішується поставлене завдання шляхом застосування таких основних механічних дій на стебла трести: потоншення шару стебел, м'яльно-тіпальних дій на стебла з одночасним скоблінням, інтенсивного тіпання сирцю, трясіння волокна з вібрацією. Схему розробленого у даній роботі технологічного процесу одержання однотипного неорієнтованого волокна наведено на рис.10.

Для реалізації удосконаленої технології одержання однотипного неорієнтованого волокна льону олійного в роботі розроблено технологічну схему агрегата (рис. 11).

Рис. 9. Технологічна схема отри-мання трести льону олійного за удосконаленою технологією

Рис. 10. Технологічна схема отримання однотипного волокна з трести льону олійного за удосконаленою технологією

Рис. 11. Схема агрегата для отримання однотипного волокна із льону олійного: 1 - сушарка рулонів, 2 - розмотувач рулонів, 3 - м'яльно-тіпальний вузол, 4, 6 - трясильно-вібраційний вузол, 5 - вузол інтенсивного тіпання

Кількість та якість однотипного волокна, отриманого в процесі переробки за удосконаленою технологією, оцінюється відсотком його виходу і вмістом костриці у ньому. Чим більший вихід однотипного волокна і менша недоробка його (вміст костриці), тим раціональніше організований процес. Ступінь впливу технологічних режимів роботи обладнання на процес виділення волокна із трести льону олійного у вигляді однорідної маси визначали за допомогою повнофакторного експерименту. Аналіз процесу первинної переробки показав, що основними показниками, які впливають на кількість і якість отриманого волокна, є: глибина заходження рифлів м'яльних вальців і, мм, відношення кутових швидкостей обертання плющильно-тіпальних вальців k, частота обертання тіпального барабана п, об/хв, висота відхилення верхньої вітки голчатого транспортера h, мм.

У результаті обробки експериментальних даних отримали наступне рівняння регресії комплексного показника, який враховує кількість та якість виробленого однотипного волокна льону олійного в натуральному вигляді:

(16)

Графічну інтерпретацію результатів представлено на рис. 12.

Рис. 12. Поверхні відгуку комплексного показника, який враховує кількість та якість отриманого волокна залежно від глибини заходження рифлів і, відношення кутових швидкостей обертання плющильно-тіпальних вальців k, частоти обертання тіпального барабана n та висоти відхилення голчатого транспортера h: а) п=300 об/хв, h=0 мм; б) п=400 об/хв, h=5 мм; в) п=500 об/хв, h=10 мм.

Аналіз отриманих результатів показує, що всі розглянуті фактори мають значний вплив на процес отримання однотипного волокна з льону олійного за удосконаленою технологією. Згідно з проведеним дослідженням найкращі результати досягаються при глибині заходження рифлів і=10 мм, відношенні кутових швидкостей обертання плющильно-тіпальних вальців k =1,4, частоті обертання тіпального барабана п=500 об/хв. і висоті відхилення верхньої вітки голчатого транспортера h=10 мм.

При порівняльному аналізі встановлено, що із трести, отриманої зі стебел льону олійного, вирощеного в умовах Західного Полісся і зібраного за удосконаленою технологією, шляхом застосування оригінальних прийомів переробки пристроями, запропонованими у даній дисертаційній роботі, за урожайності соломи 40 ц/га виробляється 4,4 ц/га однотипного волокна 4-го номера із прикореневої і середньої частини стебел та 2,2 ц/га лубу із верхньої частини стебел. У той же час при традиційній технології збирання зернозбиральним комбайном стебла льону пошкоджуються і засмічуються залишками пагонів суцвіть. При первинній переробці трести, приготовленої із такої соломи, волокно має досить високу засміченість і оцінюється не вище 2-го номера за ДСТУ 5015: 2008 "Волокно лляне коротке. Технічні умови".

Технологічні показники однотипного волокна, отриманого за удосконаленою технологією, наступні: вміст костриці - 10-15 %, лінійна щільність - 5,1-6,8 текс, середня масодовжина - 60-90 мм. Таке волокно придатне для виробництва кручених виробів, нетканих матеріалів, а також після його додаткової обробки на чесальних машинах у суміші з бавовною, вовною і хімічними волокнами - для виготовлення модних тканин і літнього верхнього трикотажу.

Техніко-економічне обґрунтування удосконаленої технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного здійснювалося у порівнянні з базовою технологією, при якій льон олійний скошується і обмолочується зернозбиральним комбайном і отримана треста з обмолоченої соломи переробляється на волокно куделеприготувальним агрегатом КПАЛ. Річний економічний ефект від впровадження удосконаленої технології збирання і первинної переробки стеблової частини льону олійного становить 161692,96 грн за умови переробки 2000 тонн трести.

Висновки