CC BY
28
УДК 677.12 : 633.522
1.О. МАРИНЧЕНКО
Дослщна станщя луб'яних культур 1нституту сiльського господарства Швшчного Сходу НААН Укра!ни, м. Глухiв
ДОСЛ1ДЖЕННЯ СТЕБЕЛ КОНОПЕЛЬ ЯК ОБ'СКТА РУЙНУВАННЯ
Стаття присвячена питанню вивчення конструкци стебел конопель, як об 'екта руйнування nid час приготування трести та ii переробки. Внутршне напруження в стеблах пов 'язано як з бiологiчними особливостями рослин, так i з особливостями формування окремих ix тканин. Оболонки рослинних клтин знаходяться в напруженому стан niд час росту та розвитку рослин. Наявтсть внутршнього напруження на miтинному рiвнi впливае на фгзичш властивостi тканин рослин, а також на 1'х мщнкть як меxанiчноi структури.
У зв'язку з вищевикладеним, важливим i актуальним завданням е анализ внутрiшнix та зовтшшх факторiв, ят впливають на можливий процес руйнування стебел конопель та змту 1'х цiлiсностi.
Анализ конструкцшних особливостей стебел конопель дозволяе зробити висновок, що 1'х руйнування робочими органами теxнiчниx засобiв у першу чергу залежить вiд умов роботи та стану стебел. Для одержання коноплесировини з необxiдними параметрами nотрiбно провести ряд пошукових до^джень з розрахунку та вибору оптимальних робочих органiв збирально'1' техтки та схеми приготування трести в залежностi вiд напрямюв ii використання.
Ключовi слова: коноnлi, збирання стебел конопель, конструкцшш особливостi стебел конопель.
I.O. MARYNCHENKO
Research Station of Bast Crops of the Institute of Agriculture of North-East NAAS of Ukraine, Hlukhiv
RESEARCH OF THE HEMP STEMS AS OBJECT DESTRUCTION
Abstract
The article focuses on the study of the structure of stalks of hemp as an object of destruction during the preparation of the trusts and their processing. Internal stress in the stems due to both the biological characteristics ofplants, and with features offormation of some of their tissues. Shell plant cells are under stress during plant growth and development. The presence of internal stress at the cellular level affects the physical properties of plant tissues, as well as their mechanical strength as a structure.
In view of the above, an important and urgent task is to analyze the internal and external factors that affect the ability to process hemp stalks destruction and alteration of their integrity.
Analysis of structural features of hemp stalks can be concluded that the destruction of their working organs hardware, primarily depends on the operating conditions and state of the stems. For konoplesyrya with the necessary parameters need to hold a series of exploratory research on the calculation and selection of optimal performance of cleaning equipment and circuits cooking trusts depending on the directions of its use.
Keywords: hemp, hemp stalks collection, design features of hemp stalks.
Постановка проблеми
Конопл e одним i3 найцшшших вид1в текстильно! сировини, традицшно! для нашо! держави, яка зараз майже не використовуеться впчизняними виробниками.
У розвинутих кра!нах свгту, навпаки, останшм часом спостертаеться зростання попиту на еколопчно чисп вироби, виготовлеш з натурально! сировини, незважаючи на велику рiзноманiтнiсть виробiв iз синтетичних i штучних волокон. Слад зазначити, що завдяки специфiчним природним властивостями натуральних волокон, у тому чист й конопляних, вони не можуть бути замшеш шшими видами волокон при виготовленш певного асортименту виробiв.
Тому сьогодш TOTOrai привертають до себе велику увагу як дослвднишв, так i виробнишв. Адже, по-перше, це техшчна культура, яка здатна накопичувати величезну бюлопчну масу порiвняно з шшими культурами; по-друге, вона може використовуватися для виготовлення необмеженого асортименту виробiв у рiзних галузях промисловосп, i, по-трете, здатна очищувати забруднеш територи, що сприяе збереженню навколишнього середовища [1-3].
Сучасш вичизняш технологи збирання конопель за умов високих цш на енергоносп, недосконалють збирально! техшки та значний ввдсоток ручно! пращ не задовольняють виробництво. Одержана на сьогодшшнш день конопляна сировина мае високу собiвартiсть за рахунок використання
недосконалих та енергоемних технологш збирання з використанням застарiлих та складних машин.
У процесi збирання та переробки стебел конопель потрiбно враховувати 1х конструкцiйнi особливостi, що вщповщним чином впливае на вибiр робочих оргашв машин. Новi технологи приготування трести конопель з матерiалу, що хаотично розмщений на поверхнi поля, вимагають ретельного вивчення стебел конопель на предмет змши 1х структури. Це дасть можливiсть спрямувати комплекс дослщжень на вибiр робочих оргашв техшчних засобiв, де основною вимогою е не тiльки пвдготовка стебел до тдбирання прес-пiдбирачами, а й збереження яшсних характеристик волокнистих складових на всiх етапах збирання, приготування та переробки коноплесировини.
Аналiз останнiх досл1джень та публжацш
Внутрiшне напруження у стеблах пов'язано як з бiологiчними особливостями рослин, так i з особливостями формування окремих 1х тканин. Оболонки рослинних клiтин знаходяться в напруженому станi пiд час росту та розвитку рослин. Наявнiсть внутрiшнього напруження на клггинному рiвнi впливае на фiзичнi властивостi тканин рослин, а також на 1х мiцнiсть як мехашчно! структури. Саме завдяки цим процесам, м'як1 тканини рослин набувають мiцностi, стiйкостi та знаходяться у вертикальному сташ [4 - 8].
Проведений аналiз дослвджень Буянова В.1. показав, що стебла конопель знаходяться тд впливом складних напружень: волокно тд дiею поздовжнього напруження i поперечного стискання, деревина тд дiею поздовжнього та поперечного стискання. Визначено, що напружен стебла, як будiвельнi конструкцп, мають значнi позитивнi риси для росту i розвитку рослини:
- збшьшуеться жорстк1сть та стшшсть конструкцiй на згин;
- збшьшуеться витривалють напружених елементiв до рiзних навантажень;
- значно зменшуеться витрати матерiалу, що йде на створення конструкцiй стебел.
Формулювання мети дослщжень
Метою дослiдження е аналiз внутршшх та зовнiшнiх факторiв, як1 впливають на можливий процес руйнування стебел конопель та змiну 1х цшсносп.
Викладення основного матерiалу
Для вивчення попереднього напруження луб'яного шару в стеблах, розглянемо повздовжню смужку стебла як балку з шаршрно опертими шнцями.
Вводимо систему позначень. Система координат розмщена таким чином, що ось ОХ -проходить через шнщ в;^зка. Перетин координатних осей ОХ та ОУ знаходиться на одному з кшщв стебла (рис. 1).
Р
Рис. 1. Прогин стебла конопель
Згинаючий момент у будь-якому перерiзi буде рiвний:
М = -Рху, (1)
де у - стрша прогину у будь-якому перерiзi.
Лiнiя згину являе собою синусо1ду, рiвняння пружно! лшп буде мати вигляд:
у = /Х51ПуХ;с. (2)
На шнцях стержня, де х=ои та х=1у прогину не буде.
£ 51717Г I БЬТПТ
При х = - прогин буде рiвним у = / —— X ~ = / = /, тобто буде максимальним.
У вираз (1) шдставимо значення у з виразу (2):
М--Рх/хзт^хх. (3)
Перетворимо рiвняння (3) у загальний вираз пружно! лши:
М = ЕхОр^.
йх2
Одержимо:
Е X¿J^ = -pXfXsinJX. (4)
Шсля штеграци виразу та врахування умов стискання балки одержимо:
/ _ М2хехо (5)
гкр ¡2 •
Вираз (5) е iснуючою формулою Ейлера та визначае критичну силу балки, що згинаеться.
Позначимо ширину балки, що згинаеться через Ь, а також врахуемо значення величини, що охоплюе деревину по шльцю, одержимо повну силу стискання, що дiе всерединi стебла:
_ Р^хпхй _ п3ХЕХдХй
- " ЬХ12 . (6)
При поздовжньому розколюванш стебел конопель у процесi !х прикочування сили напруження в окремих частинах приходять у стан рiвноваги, при цьому припиняеться стискання деревини та розтягування волокон. Цi змши визиваються вигинами площини, до того ж луб'яний шар волокна знаходиться нижче нейтрального шару, тобто на дшьнищ стискання, а деревина на дшьнищ вище нейтрально! лiнi!, тобто на дшьнищ розтягування.
Для б№ш повного аналiзу конструктивних особливостей стебел конопель потрiбне врахування не лише внутршшх сил, що д1ють на конструкцш, а й врахування сил зчеплення луб'яних (волокнистих) частин з !х деревинною складовою. В1докремлення луб'яного шару п1д час приготування трести конопель впливае на загальну характеристику сировини, що у подальшому вшображаеться на процесi !! пiдготовки для проведения подальших операцiй (пiдбирання стачки, формування у прес-пiдбирачi).
Ввдомо, що стебла луб'яних рослин характеризуються нерiвномiрнiстю сил зчеплення у окремих !х складових частинах. Ця нерiвномiрнiсть мае мiсце по довжинi стебел, а також залежить в1д дiаметру. Чим бiльше дiаметр стебел, тим вшносно вищi сили зчеплення в них.
Сили зчеплення в маа стебел збшьшуються зi змiною фази дозрiвання рослин. Чим пiзнiший строк збирання стебел, тим бiльша величина сил зчеплення. При цьому необхшно враховувати, що при збиранш конопель на зеленець сили зчеплення у стеблах на порядок менш^ а шж в стеблах, яш мають бiльш повну фазу стиглостi.
Ддапазон сил зчеплення в загальному потощ несортованих стебел зм1нюеться як у процес1 збирання пос1в1в, так 1 шд час приготування трести. Це потр1бно враховувати шд час вибору робочих оргашв машин, що будуть застосовуватись для приготування та обробки коноплесировини.
Найбшьш розповсюдженою операщею, при якш вщбуваеться руйнування стебел з метою вилучення луб'яних складових, е згин-злам. При згиш елементи стебла на зовшшшх д1лянках шддаються напруженню на розтягування. Щ напруження прагнуть зм1стити луб ввдносно деревини. Задачею операцп зламу-згину е створення таких перемщень на окремих дшьницях стебла. При цьому юнуе необхвдшсть перевищити сили зчеплення лубу 1 деревини та роздшити щ шари. Пошкодження шару лубу при цьому е небажаним. Величина сил зчеплення буде тим бшьше, шж б1льша довжина д1лянки стебла буде витягнута пвд час вщдшення лубу. При цьому може бути так, що сили зчеплення будуть вищ1, шж мщшсть лубу, тод1 його пошкодження неминучг
Щоб не допустити розриву лубу, довжина дшянки, де можливе вщдшення луб'яних волокон, повинна бути такою, щоб сили зчеплення деревини з лубом (К) були меншими, шж мщшсть лубу (Р).
Максимальна довжина площини, при якш ввдбуваеться пошкодження зчеплення з1 збереженням стану лубу, називаеться критичною довжиною (1кр).
1.В. Крагельский, виходячи 1з вказаних умов, розрахував формулу для визначення критично! довжини:
де сраз - напруження розтягування по закону Гука (ст = Е
5 - товщина луб'яного шару;
к - питоме зчеплення;
Н - вщстань вщ нейтрального шару до деформованого.
Врахувавши особливосп конопляного стебла та виразивши величину Н через й/2, то формула (7) матиме вигляд:
1^=2=^ = 0.05«*2= (8)
Ця ж формула, виражена через модуль пропорцшносп (Е) та радус згинання (К), прийме к1нцеве значення:
1^ = 0,025^X5^ . (9)
За допомогою формули (9) можемо визначати критичну довжину для несортованого потоку стебел, яка е важливою при вибор1 робочих д1лянок на злам, що 1 е передумовою для розрахунку робочих оргашв машин для обробки стеблово! маси.
Висновки
Впровадження нових технологш збирання стебел конопель високопродуктивною сшьськогосподарською техшкою загального призначення вимагають розробки удосконалених технологш приготування трести, з врахуванням особливостей сформованого стеблового матер1алу. Анал1з конструкцшних особливостей стебел конопель дозволяе зробити висновок, що !х руйнування робочими органами техшчних засоб1в у першу чергу залежить вщ умов роботи та стану стебел. Для одержання коноплесировини з необхвдними параметрами потр1бно провести ряд пошукових досл1джень з розрахунку та вибору оптимальних робочих оргашв збирально! техшки та схеми приготування трести у залежносл вщ напрямк1в !! використання.
Список використаноТ лiтератури
1. Голобородько П.А. Конопл1 шдкорюють свгг / П.А. Голобородько, В.Г. Вировець // Пропозищя. -1999. - № 5. - С. 26-27.
2. Каталог укра!нсько! колекци конопель / [Г.1. Кириченко, 1.М. Лайко, 1.1. Щербань]; за ред. В.Г. Вировця. - Вип. 1.- Глух1в: 1нститут луб'яних культур УААН, 1998. -18 с.
3. International Year of Natural Fibres 2009 Background Note on Natural Fibres [Електронний ресурс]. -Режим доступу: http://www.fao.org/es/ESC/common/ ecg/322/en/Background Note on Natural Fibres.pdf.
4. Конопля / [Тимонин М.А., Сенченко Г.И., Сажко М.М. и др.]; под ред. Г.И. Сенченко, М.А. Тимонина. - М.: Колос, 1978. - 287 с.
5. Доввдник конопляра / [Вировець В.Г., Гшязетдинов Р.Н., Голобородько П.А. та ш.]; за ред. П.А. Голобородька. - К.: Урожай, 1994. - 80 с.
6. Коноплг монографiя / [Вировець В.Г., Баранник В.Г., Плязетдшов Р.Н. та ш.]; тд ред. М.Д. Мигаля, В.М. Кабанця. - Суми: Видавничий будинок "Еллада", 2011. - 384 с.
7. Коноплеводство: [под ред. А.С. Хренникова, Я. С. Толлочко]. - М.: Сельхозгиз, 1953. -448 с.
8. Ковалев Н.Г. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства) / Ковалев Н.Г., Хайлис Г.А., Ковалев М.М. - М.: ИК «Родник», 1998. - 208 с.
