Разработка ресурсосберегающей технологии и технических средств для производства и комплексного использования семян льна-долгунца в условиях северо-западного региона Российской Федерации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени

Разработка ресурсосберегающей технологии и технических средств для производства и комплексного использования семян льна-долгунца в условиях северо-западного региона Российской Федерации

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

доктора технических наук

Оробинский Дмитрий Федорович

Санкт-Петербург,2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина» и в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет».

Научный консультант доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, академик Международной академии аграрного образования Сечкин Василий Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии в области науки и техники, заслуженный деятель науки РФ Жалнин Эдуард Викторович;

доктор технических наук, профессор, Катченков Сергей Александрович;

доктор технических наук, профессор, Попов Александр Александрович

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации льноводства Россельхозакадемии.

Защита состоится «___» _______________2009 г. в ____ час на заседании диссертационного совета Д 006.054.01 при ГНУ «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук» по адресу: 196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское шоссе, 3, факс (812) 466-56-66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.

Автореферат разослан «_____»______________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Черей Н.Н.

Общая характеристика работы

долгунец технологический влажность сушка

Актуальность проблемы. В Северо-Западном регионе России производится около 15% льноволокна. В регионе за последние 15 лет резко сократились посевы льна-долгунца, снизился объем производства льнопродукции. Это обусловлено низкой рентабельностью этой культуры. Давно наметившийся диспаритет цен на технические средства и льносырье затрудняет воспроизводство этой культуры.

Льносеющие хозяйства из-за низких цен на сдаваемое сырье неспособны закупить высококачественные районированные сорта семян, внести необходимое количество удобрений на планируемую урожайность, получить высокий урожай. Отсутствие специальных адаптированных высокопроизводительных технических средств не позволяет проводить уборочные работы в сжатые сроки без потерь и снижения качества.

Лен - культура двойного назначения. Она дает высокий урожай льноволокна и семян. Урожай семян при высокой культуре земледелия и минимальных потерях, как показывает опыт передовых льносеющих хозяйств, может по доходности достигать 56…61% урожая льноволокна. Без хорошо налаженного производства районированных семян невозможно дальнейшее развитие льняного подкомплекса.

В РФ создалось такое положение, когда не каждый год осуществляется простое воспроизводство посевного материала. В связи с этим разработка энергосберегающей технологии и технических средств, значительно снижающих затраты и позволяющих получать высокие урожаи семян и льноволокна при минимальных потерях выращенного урожая, является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с научной программой «Механизация, электрификация и автоматизация» задание 09.01 «Разработать конкурентоспособные наукоемкие машинные технологии и технику нового поколения для производства сельскохозяйственной продукции» согласно «Программы фундаментальных приоритетных и прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на период 2006-2010 гг.» Российской академии сельскохозяйственных наук.

Цель и задачи исследований. Исходя из состояния вопроса по созданию современной, адаптированной к условиям Северо-Западного региона РФ, машинной технологии производства семян льна-долгунца поставлена цель - разработать ресурсосберегающую технологию и технические средства для производства и комплексного использования семян льна-долгунца.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработать методику комплексной оценки климатических условий возделывания льна-долгунца.

2. Исследовать и предложить интенсивную энергосберегающую технологию производства семян льна-долгунца.

3. Исследовать потери семян льна-долгунца в технологической цепочке уборочных работ, предложить методику определения потерь семян при уборке урожая.

4. Разработать методику исследования процесса сушки семян в слое льновороха.

5. Разработать техническое средство, обеспечивающее контроль влажности льновороха в процессе сушки.

6. Модернизировать рабочие органы очесывающего барабана льнокомбайна ЛК-4А, позволяющие существенно снизить потери семян.

7. Обосновать энергосберегающие приемы сушки льновороха.

8. Разработать и предложить технологию, технические средства переработки семян льна-долгунца на масло.

9. Исследовать основные технологические параметры технологии производства льняного масла на пищевые и технические цели.

10. Исследовать и проверить в производственных условиях полезность скармливания льняных жмыхов.

11. Дать экономическое обоснование предлагаемой энергосберегающей технологии производства семян льна-долгунца и продуктов их переработки.

Объект и предмет исследований. Объектом исследований являются различные варианты технологии производства семян льна-долгунца. Предметом исследований является выбор рационального варианта получения семян льна-долгунца, выбор параметров и режимов работы технических средств.

В процессе исследований разработаны методы рациональных технологий и параметров получения качественных семян, с использованием метода механико-математического моделирования, в частности, разработан графо-аналитический метод, метод определения составляющих процесса сушки и сепарирования льновороха, оптимизации параметров процесса сушки семян и льновороха, получения льняного масла на пищевые и технические цели, определения коэффициентов выхода масла и жмыха. Использовались специально разработанные приборы, приспособления.

Научную новизну работы составляют:

- методика комплексной оценки периодов возделывания культуры;

- обоснование времени производства уборочных работ для получения семян и льноволокна высокого качества;

- обоснование энергосберегающей технологии производства семян льна-долгунца;

- обоснование возможности сокращения потерь льнопродукции, в т.ч. семян льна-долгунца;

- обоснование комплексного использования семян льна-долгунца;

- обоснование основных параметров технологии и технических средств для получения льняного масла на пищевые и технические цели.

Достоверность основных положений и выводов подтверждена данными экспериментальных исследований, лабораторными и производственными испытаниями.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработана технология получения семенного материала льна-долгунца с дозариванием; предложены энергосберегающие технологии получения семян льна; разработана технология производства льняного масла на пищевые и технические цели; дано обоснование потерь семян при уборочных работах, предложены технические устройства, обеспечивающие их снижение. Результаты испытаний были реализованы в льносеющих хозяйствах региона.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Критерии и оценочные показатели климатических условий основных периодов возделывания и уборки льна-долгунца.

2. Критерии выбора рациональных вариантов машинной технологии производства семян льна-долгунца.

3. Математические модели модернизированных технологий и технических средств производства семян льна-долгунца.

4. Методика определения потерь семян в технологической цепочке уборочных работ, их экономическая оценка.

5. Критерии оценки технологии производства льняного масла на пищевые и технические цели.

6. Комплексная оценка эффективности производства и переработки семян льна-долгунца.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международной конференции «Лен-1999», г. Вологда, 1999 г., 2000 г., 2005 г. в г. Вологда, на научно-производственной конференции г. Вологда, 1969 г., 1972 г., научных конференциях ЛСХИ г. Пушкин 1980 г., СПГАУ г. Пушкин 1994, 2008 гг., всесоюзной научно-технической конференции г. Ленинград 1971 г., на межвузовской научно-методической конференции г. Ярославль, 1994 г., на научных конференциях НИИПТИМЭСХ Северо-Запада, 1968-1977 гг., на научно-практических конференциях ВМИ-ВГМХА им. Н.В. Верещагина 1990-2007 гг.

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 64 научных работы, из них 11 - в журналах, рекомендованных ВАК, получено 3 авторских свидетельства РФ. Опубликовано 2 монографии, 2 учебных пособия.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов, заключения, общих выводов и рекомендаций. Содержит 386 страниц, 77 рисунков, 55 таблиц, в том числе 284 страницы основного текста. Список использованных литературных источников содержит 159 наименований отечественных и зарубежных авторов. В приложениях на 102 страницах приведены программы, таблицы, документы, отражающие уровень использования результатов исследований, копии авторских свидетельств и патентов.

Основное содержание работы

Диссертационная работа выполнена автором самостоятельно. Научные исследования лично проводились автором в соответствии с тематическими планами ВГМХА им. Н.В. Верещагина в 1967-2008 гг.

Большой вклад в разработку технических средств по уборке льна внесли российские ученые: Быков Н.Н., Ковалев М.М., Черников В.Г., Сизов В.И., Хайлис Г.А., Шрейдер М.А., Петухов Б.С.

Существенный вклад в разработку и формирование адаптивных технологий внесли наши отечественные ученые В.Г. Еникеев, В.Д. Попов, В.С. Сечкин и др. Их разработки методов формирования адаптивных технологий послужили основой для нашей дальнейшей работы по совершенствованию рациональных вариантов технологии на современной технической основе.

Научным обоснованием конструктивных параметров и режимов работы очесывающих устройств льноуборочной техники занимались в разное время М.И. Шлыков, М.Н. Летошнев, П.Ф. Прибытков, П.К. Шрамко. Исследования продолжены Б.П. Можаровым, Г.А. Хайлисом, Л.Ю. Гурвичем, Н.Н. Быковым, А.Ф. Еругиным, М.М. Ковалевым, А.Н. Зинцовым и др.

Научную основу сушки сельскохозяйственных культур и пищевых продуктов составили работы Лурье М.Е., Гинзбурга А.С., Лыкова А.В.

Дальнейшему развитию процесса интенсификации сушки семян и льновороха послужили работы Карпова Б.А., Копьева И.П., Птицына С.Д., Толковского В.А., Паузы М.А., Зеленко В.И. и др.

Решение отдельных частных задач выполнялось совместно с сотрудниками «Лаборатории растительных масел» при ВМИ доктором технических наук Игнатьевским Н.Ф., доктором сельскохозяйственных наук Москвиным Н.А., кандидатами технических наук Макарьиным И.М., Парфеновым Н.С. Всем им и в целом коллективу ВГМХА им. Н.В. Верещагина автор выражает искреннюю благодарность.

Введение раскрывает актуальность рассматриваемых вопросов, в нем изложены научные проблемы, сущность выполняемой работы, цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние производства и использование семян льна-долгунца. Цель и задачи исследования» на основе анализа научно-технической литературы, производственного опыта, статистических данных рассмотрены основные технологии производства льна-долгунца в стране и за рубежом; проанализированы основные технологии и технические средства производства льнопродукции; рассмотрены проблемы технологических процессов производства семян льна-долгунца и пути их решения; сформулированы задачи исследования.

В Северо-Западном регионе производится в последнее время до 13,0% производимого льноволокна, обеспеченность собственными семенами в регионе составляет 41,6…71,4%.

До конца XVIII века льняное волокно занимало ведущее место среди экспортных товаров и составляло основную статью доходов России. В XIX и начале XX века Россия продолжала оставаться основным поставщиком льносырья. От продажи льна за рубеж российская казна получала до 90 млн. руб. золотом.

Ряд исследователей считает, что основной причиной стагнации льняного комплекса России является практическое отсутствие системы продуктивного семеноводства. Решение проблемы семеноводства - в создании системы зонального семеноводства.

Проблему семеноводства нельзя решить без разработки более совершенных технологий и технических средств, включая и энергосберегающие приемы выращивания, способы уборки.

В России на современном этапе основной технологией уборки льна является комбайновая, недостаток которой состоит в противоречии между двумя целями: получением льноволокна и семян высокого качества.

При уборке льна в стадии желтой спелости в льноворохе содержится до 60% путанины с влажностью до 80%. Влажность коробочек не превышает 30%. При сушке такого льновороха повышен расход электроэнергии, топлива, людских ресурсов. Поэтому возникает первоочередная проблема совершенствования технологического процесса сушки, направленного на снижение материальных ресурсов.

Для сохранения выращенного урожая льна-долгунца в условиях Северо-Запада, снижения затрат необходимо совершенствование технологии уборки и технических средств. Решение этой проблемы имеет большое научное и практическое значение.

Внедрение раздельного способа уборки льна в условиях Вологодской области, как показал опыт 2006-2008 гг., даже с применением высокопроизводительной уборочной техники (самоходных теребилок U-22 и оборачивателей-очесывателей U-23) не обеспечил получение гарантированного урожая семян и льноволокна. В процессе вылежки льносоломки происходит прорастание слоя ленты травой, что затрудняет процесс подъема и очеса головок.

Большинство льносеющих хозяйств сеют лен с целью получения льнотресты. Семена в ранней желтой спелости становятся невостребованы, остаются в поле.

Исследованиями ряда ученых Смирновым Н.А., Зинцовым А.Н. и др. установлено, что раздельный способ уборки на семена по сравнению с комбайновым способом повысил скорость подсушивания стеблей в ленте в 1,5...3 раза.

Кроме того, ускорился процесс дозревания семян в ленте, улучшилась структура семенного вороха за счет увеличения удельного веса свободных коробочек, уменьшилась в 2 раза их влажность.

В связи с закупкой высокопроизводительной уборочной техники для раздельной уборки льна в хозяйства региона возникла необходимость доработки технологии применительно к климатическим условиям региона. Суть доработки заключается в том, что очес стеблей начинается через 5…6 дней, когда головки на 60% бурые, семена должны пройти дозревание на установках принудительного вентилирования.

По мнению д.т.н. Петухова Б.С., современная технология уборки льна-долгунца в условиях региона должна быть комбинированной. В начальный период лен следует убирать раздельным способом, а с фазы окончания ранней-желтой и в начале желтой спелости использовать комбайновую уборку.

Анализ сушильных установок для льновороха показал, что энергозатраты на послеуборочную обработку и хранение семян достигают 25…30% от общих затрат, а на сушку - около 60…70%. Так, сушилка СКМ-1 расходует более 160 кг условного топлива на 1 га льна. Сравнительно большой расход топлива объясняется тем, что попутно сушке подвергаются 43% балласта, состоящего из стеблей льна, обрывков стеблей, сорняков, примесей. Кроме того, происходит значительная потеря тепла.

Для получения льноволокна высокого качества сельские товаропроизводители начинают уборку в период ранней желтой спелости. Семена в головках в этот период еще не созрели. Наблюдается: неоднородность созревания головок на стеблях разной высоты, верхних и нижних головок даже одного стебля. Поэтому необходимо принудительное вентилирование льновороха, которое является важным технологическим приемом сохранения и улучшения качества семян, что отражено в работах Анискина В.И., Шибаева Д.Н., Карпова Б.А., Птицына С.Д., биологов - Новацкого В.П., Свешникова И.Н., Ашкритова М.А.

Во втором разделе «Исследование влияния технологических процессов по подготовке почвы и семян на урожайность льна-долгунца» определены критерии оценок климатических условий и осадков, влияющих на величину и качество льнопродукции.

В анализируемых работах даны общие критерии отдельных факторов, влияющих на результаты производства. Нами дана комплексная оценка каждого периода возделывания льна-долгунца для Северо-Западного региона. Считаем, что это необходимо для принятия стратегических и оперативных решений по выбору вариантов уборочных работ.

Состояние климатических условий посевной отразим через комплексный показатель (КП_пос):

КП_пос = _пвпп, (1)

где _п- коэффициент отклонения температуры почвы от среднего значения; _в - коэффициент отклонения температуры воздуха от среднего значения; _п- коэффициент выпадения осадков в период посевной; _п - коэффициент влагонасыщения почвы.

Состояние климатических условий вегетации представим через комплексный показатель климатических условий периода вегетации - коэффициент вегетации (КП_вег):

КП_вег = F_в О_св, (2)

где F - коэффициент фотосинтетически активной радиации стеблей льна; _в - коэффициент осадков в период вегетации, мм; О_св - коэффициент освещенности в период вегетации, лкс.

Знание параметров комплексной оценки уборочного периода позволит объективно оценить влияние важнейших факторов на ход уборочных работ, разработать необходимые управленческие и технические решения по получению запланированного урожая.

Целью комплексной оценки уборочного периода является объективное прогнозирование урожайности льнопродукции, в соответствии с которой нужно решить ряд задач:

- выбрать технологию уборки льна для конкретных условий;

- разработать организационно-технические мероприятия по сбору выращенного урожая.

Количество солнечных (без осадков) дней оказывает решающее значение на скорость уборки. Объективную оценку влияния солнечных дней можно выразить через коэффициент погодных условий:

, (3)

где К_с - количество дней без осадков; К_кл - календарный срок уборки.

Однако само количество осадков в полной мере не может характеризовать состояние погодных условий, поэтому необходимо ввести показатель фактической интенсивности осадков (И_ос.ф.):

, (4)

где q_ос.ф - количество осадков в период уборки, мм; К_ос - количество дней с осадками.

Показатель фактической интенсивности осадков (И_ос.ф) необходимо сравнить со средним значением этого показателя, полученным расчетным путем за последние 20 лет.

Наличие солнечных дней и интенсивность осадков отражается на состоянии почвы. Она может быть в мягкопластичном или сухом состоянии, что влияет на ход уборочных работ.

Далее необходимо определить среднюю фактическую относительную влажность воздуха в уборочный период:

, (5)

где W_ф - суммарная влажность воздуха, %; n_у - продолжительность уборочного периода, дн.

Знание периода с влажностью воздуха, меньшей равновесной, важно для определения возможной продолжительности вентилирования льновороха и льнотресты с целью подсушки. Если влажность воздуха будет меньше равновесной влажности, то это позволяет сушить льноворох и льнотресту без подогрева воздуха в течение дня, т.е. экономить топливо и электроэнергию.

Состояние влажности воздуха в течение уборочного периода определим по коэффициенту влажности:

, (6)

где , - фактическая и средняя влажности воздуха, %.

Определив среднюю температуру воздуха по периодам уборки и среднюю температуру уборочного периода региона, можем охарактеризовать погодные условия через температурный коэффициент уборочного периода:

. (7)

Среднюю фактическую температуру воздуха определим по формуле:

. (8)

Средняя нормативная температура воздуха t_ср.н уборочного периода определяется по данным за последние 20 лет.

Необходимую температуру подогрева воздуха на каждый день работы сушильщика можно найти из выражения:

t_пгр= t_р - t_ф, (9)

где t_р - температура воздуха при равновесной влажности, С; t_ф - фактическая температура воздуха, С.

Комплексную оценку условий уборки можем выразить уравнением:

. (10)

Знание комплексной оценки уборочного периода позволит руководителю и специалистам правильно спланировать и реализовать необходимые мероприятия по снижению потерь льнопродукции.

На примере двух хозяйств (к-за им. XII годовщины Октября и к-за «Искра» Вологодской области) проведены исследования влияния севооборота на урожайность льноволокна и семян.

Анализируя деятельность этих хозяйств можно сделать вывод, что несмотря на то, что в колхозе «Искра» внесено удобрений больше, из-за отсутствия освоенных севооборотов льноволокна получили на 25%, а льносемян вдвое меньше, чем в колхозе XII годовщины Октября.

В стране наметилась стратегия применения современных комбинированных почвообрабатывающих агрегатов, глубокорыхлителй , дискаторов, блочно-модульных культиваторов, позволяющих обеспечить оптимальные условия для роста и развития льна.

Предпосевная обработка почвы позволяет создать выровненную поверхность поля с мелкокомковатым структурным составом, что позволяет равномерно заделать семена льна на заданную глубину (1,5…3 см) в зависимости от типа почвы.

Учитывая природно-климатические условия Северо-Запада, ввиду избытка влаги в почве, рекомендуется проводить ранней весной обработку почвы дисковыми культиваторами на глубину 7…8 см с последующей предпосевной культивацией (через 10…12 дней) в двух направлениях, в агрегате с зубовыми боронами.

Ресурсосберегающая технология внесения минеральных удобрений под лен-долгунец предусматривает локальное внесение удобрений раздельно от высеваемых семян со смещением от рядков и глубину их заделки на 3…5 см по полной и стартовой дозам, использование комбинированных сеялок с раздельными системами высева семян и удобрений.

Применение технологии обеспечивает экономию минеральных удобрений до 50% при одинаковом и даже более высоком урожае волокна и семян за счет более высокого коэффициента использования азота, фосфора и калия, сохранения всходов растений; снижение эксплуатационных затрат до 45%; уменьшение вредного воздействия ходовых систем агрегатов на почву.

Для получения научно обоснованного планируемого урожая семян и льноволокна необходимо составить баланс выноса питательных веществ и того количества элементов питания, которое восполняют вносимые удобрения.

Величина доз удобрений под планируемый урожай определяется по следующим формулам:

, (11) , (12), (13)

где Д - доза удобрений, кг д.в.; В - вынос питательных веществ, кг д.в.; П_х - содержание подвижных соединений (Р₂О₅ или К₂О) в почве, кг д.в.; к_п - коэффициент использования подвижных питательных веществ (Р₂О₅ или К₂О) из почвы, %; к_у - коэффициент использования питательных веществ из туков, %.

Для производства льнопродукции, отвечающей мировому уровню урожайности нужно добиться урожайности 10…15 ц/га льноволокна и семян 5…6 ц/га. Для этого необходимо внесение минеральных удобрений в условиях, например, ЗАО «Шексна» Шекснинского района не менее 10 ц, в т.ч. 3,1 ц аммиачной селитры, суперфосфата - 3,8 ц, хлористого калия - 2,3 ц, аммофоса - 0,8 ц.

Применение энергосберегающей технологии при посеве обеспечивается, например, сеялкой «Fastliner» с шириной посева 3, 4, 6 м.

В третьем разделе «Обоснование технологии производства семян льна-долгунца» дано обоснование сроков уборки льна-долгунца с целью получения семенного фонда и наилучших качеств льноволокна путем применения комбинированного способа уборки.

На примере Вологодской области по важнейшим факторам (теплообеспеченности, средней декадной температуре воздуха, числу ясных и пасмурных дней, относительной влажности воздуха, гидротермического коэффициента) определена наилучшая зона производства семян.

На основе данных метеорологических условий вегетационного периода юго-западной зоны области пришли к выводу - продолжительность активной вегетации (123…158 дн.) позволяет получать качественные семена (количество ФАР = 1769С).

Имея современные районированные сорта льна-долгунца с коротким вегетационным периодом можно получать урожай семян и льноволокна на европейском уровне. Так сорта «Лидер», «Восход» по урожайности семян (8…9 ц/га) и льноволокна (17,5…18,5 ц/га) превосходят европейский сорт «Мерилин» с урожаем семян 7,5 ц/га и льноволокна 16,25 ц/га.

Имея данные о сорте льна с учетом вегетационного срока специалисты могут выбрать направление специализации, вариант ресурсосберегающей технологии уборочных работ.

В качестве примера рассмотрим возможные варианты различных способов уборки льна в условиях Вологодской области (рис. 1).

Рис. 1. Сроки уборки льна-долгунца при различных способах уборки (при посеве до 5 мая)

Из рисунка 1 видно, что при раздельном способе уборки льна в стадии ранней желтой спелости уборку льна можно начинать с 20…25 июля. Продолжительность уборки должна составлять не более 8…9 дней. Тогда вылежка льносоломки будет длиться 16 дней (до 20…25 августа). Заканчиваться уборка может 10 сентября, т.е. в более благоприятных условиях.

В случае недополучения фонометрический активной радиации (ФАР) в период вегетации, применив активную вентиляцию льновороха (подогретым или неподогретым воздухом) в течение 5…8 дней, можно добиться созревания семян. Такие семена можно использовать на семенные или технические цели.

Основополагающим технологическим процессом получения семян является процесс отделения коробочек льна от стеблей. От уровня его совершенства зависит величина урожая, размер потерь, качество льнопродукции, трудоемкость и энергоемкость сушки и обработки льновороха.

Научным обоснованием конструктивных параметров и режимов работы очесывающих устройств в разное время занимались М.М. Шлыков, М.Н. Летошнев, П.Ф. Прибытков, П.К. Шрамко, Г.А, Хайлис, Л.Ю. Гурвич, Н.Н. Быков.

Отсутствие общей теории процесса очеса не дает возможности разрабатывать более эффективную технологию очеса, совершенствовать рабочие органы. Исследованиями Черникова В.Г., Хайлиса Г.А., Порфирьева С.Г. заложены основы теории очеса стеблей и отдельных важных узлов льнокомбайна.

Исследованиями Хайлиса Г.А., Быкова Н.Н., Катченкова С.А., Петухова Б.С., Зинцова Л.Н. и др. были установлены значительные потери семян при работе льнокомбайна.

Отсюда можно сделать вывод, что применяемый способ очеса в льнокомбайне ЛК-4А не вполне отвечает современным требованиям и нуждается в улучшении или замене на более прогрессивный.

Иные очесывающие устройства для льна применяются на Западе. Так фирмой Union (Бельгия) для отделения коробочек от стеблей используется комбинированный способ очеса, обеспечивающий иной состав льновороха (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема очесывающего устройства подборщика-очесывателя U-22: 1 - зажимной транспортер; 2 - лента льна; 3 - регулируемый плющильный барабан; 4 - нижний барабан; 5 - очесывающие валы; 6 - решето; 7 - желоб; 8 - вентилятор; 9 - воздуховод; 10 - бункер

Процесс отделения коробочек от стеблей проходит в несколько этапов.

На первом этапе зажатая горизонтальным транспортером (1) лента льна (2) с головками проходит через регулирующую щель, образуемую плющильными валиками (3, 4). Величина щели (1,5…2 мм) обеспечивает сохранность семян и образование трещин.

На втором этапе верхняя часть стеблей движется между двумя конусными рифлеными очесывающими валами (5), имеющими зазор 2…3 мм, подвергается изгибу, с помощью которого происходит отрыв плющеных коробочек.

На третьем этапе оторванные плющеные головки и свободные семена опускаются на решето (6), проваливаясь через него, попадают в желоб (7), а затем в приемник вентилятора (8) и по воздуховоду (9) оказываются в бункере (10).

Такое устройство комбинированного очесывающего аппарата почти не имеет путанины, что повышает эффективность сушки семян.

Ранее уже отмечалось, что в работе льноуборочной техники наблюдаются значительные потери семян. Однако до сих пор отсутствует методика определения потерь льнопродукции. В данной работе мы предлагаем дать объективную оценку потерь льнопродукции в течение уборочного цикла.

По нашему мнению, при групповой работе комбайнов качество убранного поля должно оцениваться по количеству оставшихся в поле семян, неочесаных головок в стеблях ленты с площади 1 м² поля.

Перед уборкой определяется биологическая урожайность:

а) льносоломки БУ_сл =10 000 М_ст К_ст К_ос К_з (14)

б) льносемян БУ_с =10 000 М_с Г К_ст К_п К_ос (15)

где М_ст - масса стебля без головок, г; К_ст - количество стеблей на 1 м²; К_ос, К_з- коэффициенты полноценности стеблей, потерь; М_с - масса 1000 семян, г; К_п - коэффициент выхода зрелых семян в головке (К_п = 4…8,3); Г - головчатость стебля.

Величину потерь льносоломки (П_лс ) определим из выражения:

П_лс=10 000(К_ст.п - К_ф) М_ст (16)

где К_ст.п, К_ф - количество стеблей на 1 м² до и после уборки, шт.

Размер потерь семян (П_сл ) определим по формуле

П_сл=10 000 К_з М_с (К_с + К_гК_п). (17)

Общий размер потерь урожая определим из выражения:

П_общ=10 000 [(К_ст.п - К_ф) М_ст + К_з М_с (К_с + К_гК_п)]. (18)

Тогда относительная общая величина потерь (П_отн) определяется из выражения:

(19)

В процессе работы льноуборочного комбайна ЛК-4А, да и разработанного нового ЛТ-1,65 неизбежны потери семян и льноволокна из-за несовершенства работы очесывающего аппарата.

В проведенных в течение ряда лет исследованиях работы льнокомбайнов производственных условиях нами было установлено, что происходят большие потери семян и стеблей льна. Например, потери семян льна составляют от 23 до 43% от выращенного урожая семян.

Изучив динамику движения семян и головок льна в очесывающем барабане с целью снижения отхода стеблей льна в путанину и снижения потерь семян льна при очесе стеблей льна нами проведено усовершенствование очесывающего барабана льнокомбайна (рис. 3).



а) заводской б) модернизированный

Рис. 3. Принцип действия очесывающего аппарата: 1 - гребенка; 2 - регулируемое днище; 3 - корпус; 4 - ремень прорезиненный; 5 - гайка регулировочная; 6 - шпилька

Предложена конструкция барабана с регулируемым днищем (2), которое изготовляется из листовой стали толщиной 2…2,5 мм и в верхней части кожуха барабана крепится болтами.

В нижней части регулируемого днища привариваются две шпильки М8 (6) длиной 110 м с регулируемыми гайками (5) и вставляются в отверстия днища кожуха барабана.

Для лучшего прилегания регулируемого днища к боковым стенкам барабана приклепываются уплотнения из прорезиненного ремня. Такая конструкция днища позволяет отрегулировать необходимый зазор (а) между днищем и зубьями гребня. Семенные коробочки захватываются зубьями барабана и перемещаются на выкидной транспортер.

Для лучшей транспортировки головок и семян прорезиненные ремни (4) заменяются более толстыми (4…6) мм и удлиненными на 40 мм.

Гребенки очесывающего барабана (рис. 4) срезаются на 2/3 ширины под углом 18…20є. Это обеспечивает постепенный прочес головок, снижает отход стеблей в путанину.



Рис. 4. Гребенка с переменной длиной зуба

Производственные исследования потерь семян и стеблей льна-долгунца проводились в колхозе «Шексна» Шекснинского района Вологодской области.

В результате исследований были обнаружены следующие каналы потерь: потери в зоне теребильных секций, потери в зоне выкидного транспортера, потери в ленте вытеребленных стеблей.

Основные потери семян, головок и стеблей льна наблюдаются в результате действия гребневого очесывающего барабана ЛК-4А.

Результаты исследований представлены в табл. 1.

Таблица 1 Сравнительные потери льнопродукции при работе комбайнов ЛК-4А

Ф., и., о. механизатора	Повторность	Количество стеблей на 1 м ленты	Величина потерь	Количество недоочесанных головок	Потери головок	Количество свободных семян	Всего потерь, кг/га
			стеб- лей	%		сверху ленты	под лентой
1. Портнов Н.	1	1840	230	16	67	6	78	572	65
	2	2001	124	8,6	227	8	217	959	160,3
	3	2022	282	13,9	49	4	126	813	82,9
в среднем		1954	212	10,8	114	6	140	781	102,5
2. Соловьев А.	1	1677	337	20,0	221	17	140	766	132,2
	2	1607	383	23,8	182	26	252	804	155,4
	3	1693	401	23,7	206	14	186	916	146,5
в среднем		1659	374	22,5	203	19	193	928	144,8
3. Ботин В. (переоборудованный комбайн)	1	2037	102	6,9	0	7	0	52	4,2
	2	2018	116	5,7	12	5	17	38	10,52
	3	1998	132	6,6	17	8	22	42	3,1
в среднем		2017	116	5,8	9	7	10	44	8,2

Вывод: из приведенных данных (табл. 1) видно, что величина потерь стеблей на непереоборудованных комбайнах колеблется от 8,6 до 23,8 %, а семян - от 65 до 160 кг/га. Переоборудование льнокомбайна снижает потери стеблей в 2…3 раза, а семян - в 12…17,6 раза.

Были проведены исследования определения потерь семян и головок льна при транспортировке льновороха до пункта сушки.

Для этого по брезенту проезжал трактор с нагруженным льноворохом прицепом. Подсчитывали размер потерь с площади 2,2 м².

Масса потерь семян на 1 км пути будет равна:

, (20)

где К_с - количество семян на 1 м пути, шт.; К_г - количество головок на 1 м пути, шт.; К_п - коэффициент полноценных головок; М_с - масса 1000 семян, г.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что размер потерь при транспортировке льновороха в прицепах с уплотнением составляет примерно 0,3% урожая семян.

Однако транспортировка льновороха на неподготовленных старых прицепах может привести к необоснованным (в 3…7 раз) потерям семян, поэтому необходим ремонт прицепов, наращивание и уплотнение бортов.

Величину потерь семян льна-долгунца при работе молотилки МВ-2,5А определяли по массе семян в 1 м³, выносимой льняной мякины, из выражения:

М_с = m · V_лм , (21)

где m - содержание семян в 1 м³ льняной мякины, кг; V_лм - объем мякины с 1 га, м³.

Согласно проведенным исследованиям, 1 м³ льняной мякины имеет объемную массу, равную 82…100 кг/м³, а соотношение массы семян к массе льняной половы равно (0,75…0,8) : 1.

Зная величину урожая семян урожай льняной мякины можно определить из выражения:

У_м = 0,75 · Ус, (22)

Объем льняной мякины с 1 га определяется по формуле:

V_м = V_о · У_м , (23)

где V_о - объемная масса 1 м³ мякины, кг.

С целью исключения неквалифицированной рабочей силы при разравнивании льновороха в прицепе нами предложена установка на ЛК-4А автосцепа [а.c. 1551278] с регулируемой длиной (рис. 5).



Рис. 5. Льнокомбайн с регулируемой длиной автосцепа: 1 - поперечная балка; 2 - цилиндр; 3 - автосцеп

Рис. 6. Гидросистема агрегата: 1 - насос; 2 - гидроцилиндр передвижения прицепа; 3 - гидробак; 4 - тройник; 5 - рычаг распределителя; 6 - гидроцилиндр прицепа

Высокопроизводительное использование уборочной техники достигается на основе соблюдения общих принципов организации труда: пропорциональности, согласованности, ритмичности и поточности.

Условием непрерывной работы является равенство суточной производительности сушильного пункта (W_сп), транспортных средств (W_т) и льнокомбайнов (W_лк):

W_сп=W_т=W_лк . (24)

Для непрерывной работы льнокомбайнов необходимо условие: уборочный цикл должен быть равен транспортному:

t_3.+t_о.г.+t_п.п.=t_п.г.+t_д.г.+t_р.+t_х.+t_о.п. , (25)

где t_3. , t_о.г. , t_п.п. - продолжительность загрузки прицепа, отцепа и прицепа пустого прицепа, ч; t_п.г., t_д.г. , t_р , t_х , t_о.п. - продолжительность прицепа груженого прицепа, время доставки на льноток, разгрузки, движения трактора с порожним прицепом, отцепа пустого прицепа, ч.

Длительность рейса определена из выражения:

Т_р=t_з.м+t_р+60L/v_x+60L/v_г , (26)

где t_з.м - продолжительность замены прицепа, ч; v_x и v_г - скорости движения без груза и с грузом, км/ч; L - расстояние перевозки от поля до пункта сушки, км.

Продолжительность загрузки прицепов льноворохом (t_з.т) определяется из выражения:

, (27)

где V_Т - объем прицепа, м³; - коэффициент заполнения прицепа; У - урожайность льносемян, ц/га.

Необходимое число транспортных средств определяется по формуле:

, (28)

где - коэффициент использования пробега, n_лк - количество комбайнов.

Исходя из условия, что количество поступающего влажного льновороха должно быть переработано на пункте сушки в течение суток, то условие выразим уравнением:

G_вW_лкt_кK_к=W_cпt_c , (29)

где G_в - масса сырого льновороха с 1 га, кг/га; W_лк - производительность льнокомбайна, га/ч; t_к - время работы льнокомбайна, ч; K_к - количество льнокомбайнов, шт.; W_cп - производительность пункта сушки, кг/ч; t_c - время работы пункта сушки, ч.

Развернутое выражение производительности пункта сушки будет равно:

кг/ч. (30)

Необходимую производительность машин по переработке льновороха (W_лм) определим из выражения:

. (31)

Сезонная производительность пункта сушки льновороха будет равна:

. (32)

Из (33) следует, что сезонная производительность пункта сушки и переработки льновороха прямо пропорциональна производительности теплогенераторов, времени сушки и обратно пропорциональна объему влажного льновороха.

В четвертом разделе «Исследование процессов послеуборочной обработки семян льна-долгунца» проведен анализ исследований сушки семян и льняного вороха.

Исследование термоустойчивости семян льна имеет большое значение для производства семенного фонда. В результате проведенных исследований была установлена предельно допустимая температура нагрева семян - 50С.

Наши исследования подтвердили справедливость формулы С.Д. Птицына, что температура нагрева семян льна-долгунца в условиях «кипящего» слоя выражается формулой:

, (33)

где - продолжительность теплового воздействия, мин; С_с - теплоемкость семян, ккал/кг.

На сохранение посевных качеств семян, по нашему мнению, влияет также скорость (V_t) их нагрева, время выдержки при максимально допустимой температуре.

Скорость нагрева семян определяется из выражения:

, (34)

где t_нс , t_н - начальная и конечная температура семян, єС; - время прогрева, мин.

Кроме этих показателей необходимо знать величину предельно допустимого влагосъема (W), выражаемую формулой:

W=0,75+2 . (35)

Прочность связи влаги с белковыми соединениями семян льна, низкая влагопроводность приводят к снижению скорости сушки, отраженной критерием Коссовича:

, (36)

где r - теплота парообразования, Дж/кг; W - количество испаренной влаги, кг/кг семян; С - теплоемкость семян, Дж/кг град; t - приращение температуры семян, град.

Количество испаренной влаги (W) определяют по формуле:

W=, (37)

где W_н и W_k - начальная и конечная влажность семян, %; G_c - масса семян, кг.

По нашим исследованиям, критерий Коссовича для семян льна составил 0,94…1,26.

В результате экспериментов была определена зависимость динамической равновесной влажности () семян льна от температуры теплоносителя:

=9,6-0,1t , (38)

Установленная зависимость объясняет причину пересушки семян при длительном воздействии теплоносителя.

Знание физико-механических свойств льновороха и семян необходимо для разработки машин для уборки и послеуборочной обработки семян.

Исследованиями физико-механических свойств льновороха занимались ученые Толковский В.А., Копьев И.П. и др.

В льноворохе содержится (в среднем): целых семенных коробочек - 70%, битых семенных коробочек - 3,6, стеблей льна и обрывков - 3,8, свободных семян - 1,4, сорняков и мякины - 21,2%.

Исследуя урожайность семян и льноволокна по рекомендуемым перспективным сортам льна-долгунца можем отметить, что на долю семян приходится от 32 до 48,6% (в среднем 42,2%) дохода от выращенного урожая. Поэтому сбор полного урожая для рядовых льносеющих хозяйств имеет важное значение.

Исследование процесса сушки льновороха в слое различной толщины и плотности представляет значительный интерес для совершенствования работы сушилок.

Рис. 7. Зависимость влажности коробочек льна от продолжительности сушки

С этой целью проведены исследования динамики сушки льновороха в слое толщиной от 20 до 80 см. На рис. 7 видно, что по мере прохождения теплоносителя через слой льновороха происходит сушка нижних слоев и насыщение парами верхних. Скорость сушки льновороха () прямо пропорциональна количеству расходуемого воздуха и влагопоглотительной способности теплоносителя:

, (39)

где L - расход воздуха, м³/ч; d₁ и d₂ - влагосодержание при входе и выходе, г/кг сух. возд.; G₀ - количество сухого льновороха, кг.

Процесс сушки толстого слоя можно представить состоящим из 2-х периодов: первый период характеризуется повышением влажности льновороха, а второй - период падающей скорости.

Скорость первого периода выразим уравнением:

. (40)

Отсюда продолжительность первого периода равна:

. (41)

Продолжительность периода убывающей скорости выразим формулой:

, (42)

где и W_с - равновесная и стандартная влажности льновороха; К_в - коэффициент, зависящий от состава льновороха.

Общая продолжительность сушки толстого слоя выражается формулой:

. (43)

Необходимое количество воздуха для удаления из 1 м³ льновороха заданного количества влаги определим из выражения:

, (44)

где _л , _в -плотности льновороха, воздуха.

Изучая рис. 7, можем заметить, что продолжительность сушки различных слоев льновороха неодинакова.

Так, при толщине слоя 80 см, в нижней зоне, толщиной 20 см льноворох высыхает через 40 мин, а в верхней зоне высотой 60…80 см - через 280 мин.

Производительность сушилки при толщине слоя 30…40 см в два с лишним раза больше, чем при толщине 80 см (рис. 8).

Рис. 8. Продолжительность сушки льновороха в слое при толщине его:1 - 80 см, 2 - 60 см, 3 - 40 см

По агротехническим условиям наиболее желательным способом интенсификации процесса сушки является увеличение подачи воздуха, а не повышение температуры, т.к. в первом случае уменьшается неравномерность влажности семян. В условиях Северо-Запада, где воздух сравнительно влажный, только умелое сочетание подачи воздуха и повышение температуры теплоносителя могут обеспечить интенсификацию процесса сушки льновороха.

Наибольшая производительность сушилки может быть достигнута при оптимальной толщине слоя.

Оптимальная толщина слоя должна удовлетворять агротехническим требованиям по неравномерности влажности семян, которая не должна иметь отклонений более = 2%.

Скорость движения теплоносителя через оптимальный слой льновороха определяется из выражения:

. (45)

Необходимая теплопроизводительность (Q) определяется по формуле:

, (46)

где - КПД воздухоподогревателя.

Величина неравномерности влажности семян () определяется по формуле:

. (47)

Из полученного выражения можно сделать вывод: неравномерность влажности семян растет с увеличением теплопроизводительности теплогенератора, ростом толщины слоя льновороха и снижается с увеличением скорости движения теплоносителя через слой. По нашим расчетам а = 10-⁴.

Технологический процесс сушки льновороха представим в виде модели его функционирования с учетом значимых факторов (рис. 9). Основными возмущающими факторами будут температура t_з и влажность W_л льновороха. Управляющими факторами - экспозиция сушки и температура теплоносителя на входе t_вх. Управляемыми величинами будут переменные состояния процесса: температура теплоносителя на входе t_хд. и влажность льновороха на выходе W_хд (рис. 9).

Процесс сушки льновороха, продуваемого теплоносителем является динамическим процессом, т.к. влажность изменяется как по толщине слоя, так и по времени. Поэтому в качестве математической модели принята система дифференциальных уравнений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Информационная модель функционирования технологического процесса сушки в сушильной камере

Процесс сушки слоя льновороха можно представить в виде модели (рис. 10).

где Q₁ - воздействующий воздушный поток, под воздействием которого возникает градиент движения влаги в слое; Q₂ - градиент испарения влаги с поверхности; ₁, ₂, ₃ - составляющие градиента движения влаги по слоям.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10. Модель сушки льновороха

Для решения задачи идентификации рассмотрим модель системы дифференциальных уравнений:

(48)

Здесь К₁, К₂, К₃, К₄, К₅, К₆, К₇, Q₁, Q₂, - коэффициенты, которые нужно определить.

Для подбора коэффициентов решается оптимизационная задача:

(49)

где - расчетные значения влажности, полученные по математической модели.

Решить задачу (49) за один прием не удается, поэтому она решалась в два приема.

Для предварительного определения коэффициентов, представим систему (48) в следующем виде:

(50)

Из системы уравнений (50) получим следующую систему:

(51)

Преобразуя уравнения (51)получим следующую систему:

(51)

где W_i(t_i) и W_i(t₂) - значения влажности i-го слоя в момент времени t₁ и t₂.

Решение системы (52) позволяет определить коэффициенты А₁...А₉, раскрывая которые можно найти коэффициенты системы (51) к₁…к₇, Q₁ , Q₂.

Для повышения эффективности энергоемкого процесса сушки льновороха рассмотрим ряд приемов.

Рассмотрим эффективность сепарации льновороха.

В своих исследованиях Толковский В.А. установил зависимость объема влажного льновороха с 1 га от урожайности семян:

V_л=0,703У_с+2,46 . (53)

...