CC BY
105
УДК 677.11.021
Г.А. БОЙКО, Г.А. Т1ХОСОВА, А.В. КУТАСОВ
Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет
ВПЛИВ СПОСОБ1В ЗБИРАННЯ НА ТЕХНОЛОГИ ПЕРЕРОБКИ ТА СФЕРИ ПОДАЛЬШОГО ВИКОРИСТАННЯ КОНОПЛЯНО1 СИРОВИНИ
В данш cmami проведений анализ сучасних технологш збирання техтчних конопель, який показав, що в peybmami ргзних cnoco6ie збирання одержуеться разнотипна сировина: цiлiснi стебла трести або соломи довжиною 1,5-3,5 м;зeлeнцeвi стебла конопель цш, або piзaнi на визначену довжину; piзaнi на визначену довжину стебла трести або соломи. Визначено, що для конопляно'1 сировини пся ргзних способiв збирання поmpiбнa певна мехатчна обробка, тсля яко'1 отримуеться сировина р1зного функцюнального призначення. Наведена узагальнююча схема зaлeжносmi технологш переробки техтчних конопель вiд способiв збирання стебел.
Ключовi слова: meхнiчнi коноплi, збирання, мeхaнiчнa обробка, асортимент mовapiв.
Г.А. БОЙКО, А.А. ТИХОСОВА, А.В. КУТАСОВ
Херсонский национальный технический университет
ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ УБОРКИ НА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ И СФЕРЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО ИССПОЛЬЗОВАНИЯ КОНОПЛЯНОГО СЫРЬЯ
В данной статье проведен анализ современных технологий уборки технической конопли, который показал, что в результате различных способов уборки получается разнотипное сырье: целые стебли тресты или соломы длинной 1,5-3,5 м; зеленцовые стебли конопли целые, или резаные на определенную длину; резаные на определенную длину стебли тресты или соломы. Определено, что для конопляного сырья после различных способов уборки нужна определенная механическая обработка, после которой получается сырье разного функционального предназначения. Приведена обобщающая схема зависимости технологий переработки технической конопли от способов уборки стеблей.
Ключевые слова: техническая конопля, уборка, механическая обработка, ассортимент товаров.
G.A. BOYKO, HATIHOSOVA, A.V. KUTASOV
Kherson National Technical University
INFLUENCE OF COLLECTION METHODS ON PROCESSING TECHNOLOGIES AND SPHERE OF FURTHER USE OF CONVENTIONAL RAW MATERIAL
In this section, an analysis of modern technologies for the harvesting of technical hemp has been carried out, which showed that as a result of different methods of harvesting, different types of raw materials are obtained: whole truss or straw lengths of 1,5-3,5 m; green horseshoes of whole hemp or cut into a certain length; cut to a definite length of stem trusts or straw. It is determined that for cannabis raw materials after different methods of harvesting, a certain mechanical treatment is required, after which raw materials of different functional purposes are obtained. The generalized scheme of dependence of technology of processing technical hemp on methods of collecting stems is given.
Key words: technical cannabis, assembly, mechanical processing, assortment of goods.
Постановка проблеми
На даний час в Укра!ш вщбуваеться вщродження коноплеперобно! галузг 3i збшьшенням об'ем1в площ посiвiв тд техтчт конопл^ зростають i сфери використання, як насшнево! так i стеблово! маси. На сьогодшшнш день близько 100 укра!нських компанш розглядають цей напрямок для розширення свого агробiзнесу [1]. Але, у бшьшосп випадшв украшсьш шдприемщ займаються насшневим матерiалом техшчних конопель - експортують насшня для посiвiв, або використовують у харчовому виробнищга. Адже, збiр та оброблення стеблово! маси за традицшною технолопею не дозволяе отримувати волокно необхщно! якосп для застосування його в рiзних галузях промисловосп.
У сучасних умовах в розвинутих кра!нах, таких як Фiнляндiя, Норвепя, Канада, Австралiя та Бельпя, розроблено шновацшш способи збирання та первинно! обробки конопель, що суттево вiдрiзняються вщ традицшно! класично! схеми, яку застосовують в Укра!ш та Росп, i спрямованi на зниження енергоемностi процесiв та застосування високопродуктивних сучасних збиральних та переробних машин. Також, слщ зазначити, що сучасш технологi! переробки тiсно пов'язанi з
технолопями збирання стебел техшчних конопель, вщ того в якому виглядi стеблова маса буде надходити на переробку, залежить весь технологiчний цикл одержання волокна та кострицi.
Питання залежностi технологiй переробки технiчних конопель та подальше використання отримано! сировини вiд способiв збирання до цього часу не розглядались, в лггературних джерелах вiдсутнi данi про вплив фiзико-механiчних характеристик стеблово! маси на технолопчш процеси И подальшо! переробки. Тому, актуальним питанням коноплеперобно! raлузi на даний час стае вивчення сучасних свiтових технологiй збирання i !х зв'язок з вiдомими технолопями переробки, з метою одержання конопляного волокна i кострищ з визначеними функцюнальними властивостями.
Ан&ш останнiх дослвджень i публiкацiй
Багато рок1в вчеш Францп, Канади, Бельги, Австрали, працюють над вдосконаленням спецiалiзованого обладнання з переробки та збирання техшчних конопель, щоб отримана сировина була придатна для виготовлення виробiв високо! якосп, з застосуванням Г! не тшьки в технiчних цiлях, але й в товарах рiзного функцiонального призначення [2]. Аналiз iснуючих технологiй збирання техшчних конопель показуе, що в результата рiзних способiв скошування стебел конопель одержуеться сировина з певними фiзико-механiчними характеристиками, як1 потребують вщповщно! технологi! переробки.
Формулювання мети дослвдження
Данi теоретичнi та експериментальнi дослщження направленi на визначення зв'язку технологш збирання стебел технiчних конопель з подальшою !х переробкою та застосуванням, з метою отримання конопляного волокна i кострицi з потрiбними функцюнальними властивостями.
Викладення основного матерiалу дослвдження
Технiчнi коноплi в усьому свт визнанi, як стратегiчно важлива луб'яна сировина в текстильнiй, трикотажнiй, целюлозно-паперовш, харчовiй, хiмiчнiй, енергетичнiй промисловостях, медициш, автомобiлебудуваннi, будiвництвi та iн. Конопляне волокно вiдрiзняеться вiд iнших волокон своею мщшстю, стiйкiстю проти гниття, сашгарно-ппешчними властивостями, довговiчнiстю, опором ультрафюлету, тощо[3]. Використання коноплеволокна в Укра!ш тiльки в кручених виробах не розкривае увесь потенщал сировини, який може бути направлений на виробництво виробiв рiзного функцiонального призначення.
Технологи збирання конопель суттево вiдрiзняеться ввд систем збирання iнших сшьськогоспо-дарських культур, оск1льки потребують цiлого комплексу спещально! технiки та обладнання. Крiм того, збирання стеблово! маси техшчних конопель тюно пов'язане з подальшою первинною переробкою стебел, приготуванням трести, механiчним вiдокремленням волокна та впровадженням отримано! сировини.
Для того, щоб виявити залежнiсть iснуючих технологiй збирання дано! луб'яно! культури з подальшою !! обробкою потрiбно проанал1зувати ва найпоширенiшi методи збирання, визначити характеристики отримано! сировини тсля цього етапу та можливiсть подальшо! !! обробки. З цiею метою було проаналiзовано чотири вiдомих способи збирання техшчних конопель:
- технолопя збирання техшчних конопель з попередшм обмолотом насшня;
- технологiя зеленцевого збирання конопель;
-технолопя збирання стебел конопель в осшньо-зимовий перюд (пiвнiчноевропейська технологiя);
- технолопя збирання стебел конопель з попередшм подрiбненням на задан вiдрiзки на полi.
Головною вимогою зарубiжних та вiтчизняних фахiвцiв з вирощування та культивацi!' коноплi до
техшчних засобiв для збирання цiе! культури е мiнiмiзацiя ручно! працi i спрощення безпосереднього процесу збирання. В усьому свт для збирання конопляно! сировини задiянi продуктивнi i ушверсальш сiльськогосподарськi машини, зокрема зернозбиральнi комбайни, що дозволяють проводити цю операцш в стислi агротехнiчнi термiни, мiнiмiзуючи при цьому втрати насiння. Саме тому, на сьогодшшнш день у багатьох кра!нах Свропи збирання посiвiв конопель вiдбуваеться з використанням рiзних зернозбиральних комбайнiв.
В Украш найбшьш поширеною е традицiйна технологiя збирання конопель зернозбиральним комбайном. Вона вимагае застосування спецiального комплексу коноплезбиральних машин. За даною технолопею застосовуеться коноплежатка ЖК -1,9 для скошування стебел та формування !х в снопи i коноплемолотарка МЛК 4,5, яка призначена для обмолоту снопiв [4]. Для того щоб дати аналiз сировиш пiсля даного процесу збирання були вщбраш проби стебел техшчних конопель сорпв ЮСО-31 та Золотошсьш 15, та визначено !х яшсш показники, як1 подано в табл. 1.
Таблиця 1
Як1см1 характеристики стебел соломи техшчних конопель шсля технологи збирання на
двохсторонне використання
Сорт Довжина соломи, см Ддаметр соломи, мм Вмют лубу,%
ЮСО -31 215 4,1 40
Золотошсьш 15 244 4,1 41
Дана технолопя потребуе значно бшьший вщсоток ручно! працi, тому в сучасних умовах вона економiчно недоцiльна. Також, цей процес мае на меп збереження довжини стебел при збиранш, для подальшого отримання з них довгого волокна. Тому, така сировина придатна лише для виготовлення кручених виробiв - канапв i мотузок. та мiшковин.
Бшьш вдалий класичний варiант збирання посiвiв технiчних конопель, який використовуеться не тшьки в Укра!ш, але й у бшьшосп технологiчно розвинутих кра!нах всього свiту, це прогресивна технолопя зеленцевого збирання конопель [5]. Дана технолопя призначена для одержання тшьки волокна. Вона включае в себе перехвд вiд мехашзацл окремих виробничих операцiй до мехашзаци технологiчного процесу в цiлому i практично виключае ручну працю, завдяки використанню рулонного преса для збору трести.
Дану технолопю використовуе укра!нське тдприемство «Агро-ханфа», для отримання волокна придатного у виробництвi текстильних виробiв. Яшсш показники зеленцевого волокна поданi в табл. 2.
Таблиця 2
Яккчи характеристики волокна технiчних конопель пiсля технологi'l' зеленцевого збирання
№ п/п Яшсш характеристики волокна Показник
1 Вмют волокна, % 29-30
2 Розривне навантаження скручено! стачки, даН 24,5-28,5
3 Лiнiйна щiльнiсть, текс 6,3-14,5
4 Довжина волокон, см 80
5 Вмiст кострищ, % 3-6
Пiсля дано! технологи отримуемо як1сне волокно, яке вiдрiзняеться бiльшою м'як1стю, еластичнiстю та тониною, що дае можливiсть виготовляти текстильт вироби високо! якостi. Але цей технолопчний процес збирання не виключае подальшу котонiзацiю волокна, що е необхшною для отримання волокна текстильного призначення. Це в свою чергу зб№шуе вартiсть подальших процеав отримання волокна.
В пiвнiчноевропейських кра!нах, зважаючи на !х клiматичнi умови збирання стебел конопель доцшьно проводити в осшньо-зимовий перюд [6].
Формування руложв
Рис 1. Основнi технологiчнi омерацп мiвшчноeвромейськоT технологи
Пiсля обмолоту насшнево! частини зернозбиральним комбайном стебла конопель залишаються на коренi зимувати в полг До весни вiдбуваеться перетворення соломи конопель на тресту. Щд час приготування трести вiдбуваеться пошкодження прикоренево! складово! рослини конопель, що вказуе на придатшсть !х до злому. Шсля чого вiдбуваеться процес збирання отримано! трести в рулони.
Дана технолопя, з врахуванням рiзницi клiматичних поясiв, була запропонована i вдосконалена вченими 1нституту луб'яних культур (м. Глухiв). Дана технологiя збирання стебел конопель включае
таку техшку: модершзований водоналивний каток, роторш грабл^ рулонний прес-пiдбирач [7]. Цей комплекс машин дозволяе зламувати стебла з кореня, згрiбати !х у валок, проминати стебла в валку, шдбирати сформований в валок стебловий матерiал та формувати його в рулони для зручного транспортування i зберiгання.
Оск1льки стебла конопель за даною технолопею збирання та складання хаотично розмiщенi i не вимагають збереження паралельностi, то рух збиральних агрегатiв проводиться з урахуванням конкретних форм полiв, загонiв, конкретних умов та стану поля: вологосп грунту, його стану тощо. Доцшьно проводити цей спосiб з рухом агрегату вздовж рядiв. Даний споаб руху передбачае мiнiмальнi витрати часу агрегату на розвороти, що вщповщно пiдвищуе продуктивнiсть проведения збиральних робгг. Пiсля такого збирання, стебла конопель хоч i виходять хаотично розташоваш, але все ж !х властивосп не змiнюються, а тому передбачаеться подальше !х використання в рiзних галузях виробництва. Фiзико-механiчнi властивостi стебел техшчних конопель пiсля дано! технологи проаналiзованi в табл. 3.
Таблиця 3
Якюп характеристики стебел соломи техшчних конопель шсля технологи запропомовамот
1нститутом луб'яних культур
№ проби Довжина соломи, см Мщшсть, кН Вмют лубу,%
1 208 0,30 44,2
2 257 0,37 43,2
3 320 0,22 42,4
Застосування обраного комплексу агрегапв в данiй технологи, все одно мае недолiки. Як видно з табличних даних, що солома техшчних конопель досягае сво!ми pозмipaми до 3,2 м, тому збирання и в рулони та транспортування до переробних зaводiв несе за собою залучання великогабаритних транспортних зaсобiв, цi заходи не е зручними та вигiдними.
Також, для отримання як1сного волокна придатного для текстильного, целюлозо-паперового виробництва та шших сфер застосування, передбачаеться встановлення в технолопчнш лши з переробки дано! сировини для li подpiбнeння piзaльно! машини, що несе за собою додaтковi фiнaнсовi витрати. Отже, дана технолопя потребуе певного доопрацювання.
В кра!нах Захщно! Свропи та Канади розповсюджена тeхнологiя вирощування тeхнiчних конопель для отримання насшневого мaтepiaлу та лубу [8]. За щею технолопею насшня тeхнiчних конопель збирають сучасними зернозбиральними комбайнами, а стебла, як залишились на коpeнi збирають машинами сшьськогосподарського призначення або спeцiaльною техшкою з подpiбнeнням ii на полг
Дана тeхнологiя практикуеться ще з 1996 року канадською компaнiею «Джон Дip», яка виготовляла piзaки Kemper, вдосконалеш пiзнiшe голландською компaнiею «HempFlax» [9].
Даний тeхнологiчний процес збирання техшчних конопель складаеться з двох еташв. По-перше, вepхнi частини конопель з насшням обpiзaють та обмолочують. Рiзaк сiльськогосподapського комбайна встановлюеться на нижнш гpaннi останнього нaсiнневого суцвитя рослини. Комбайн повинен працювати з великою швидшстю, щоб забезпечити безперервний збip врожаю. Осьовi потоковi комбайни добре зарекомендували себе в цьому тит прибирання. Другий етап передбачае збирання залишено! стеблово! маси в полг Цей етап передбачае piзaнням соломи на пeвнi вiдpiзки з подальшим пресуванням в тюки, збертанням та сушiння. Особливiсть системи збирання комбайнами фipми «HempFlax» полягае в використанш комбaйнiв з piжучими модулями. Ця тeхнологiя заснована на процеа роботи комбайна John Deere W660, в якому piзaльний пpистpiй монтуеться разом з Kemper -модулум нижче корпусу комбайна на входi сировини. Солома подpiбнюеться на вiдpiзки ввд 40 до 50 см, яш вiдpiзaють за допомогою piзaкa кукурудзи, який зaкpiплeний на коpпусi впускного мехашзму за допомогою шдйомно! системи. Висота верхнього ножа регулюеться, тому рослини подpiбнюються до потpiбного pозмipу. Дана сучасна тeхнологiя збирання техшчних конопель включае в себе систему агропроцеав, як1 спpямовaнi на шдвищення вpожaйностi та якостi культури.
Подiбнa тeхнологiя збирання тeхнiчних конопель з piзaнням соломи на полi використовуеться i французькими фермерами [10]. Але, вони використовують для збирання конопель комбайни для збору кукурудзи з замшою piжучих насадок на спещальш гiдpaвлiчнi нож1, з piзaнням соломи на 50-60 см. Рiзaння соломи, а не с^чки з волокон дае гаранпю стандартно! довжини та дозволяе отримати бiльшe волокон прядильное' групи. Дана тeхнологiя дае змогу отриману сировину з мiнiмaльними витратами легше обробляти на наступних етапах обробки.
Для визначення пpидaтностi дaно! технологи та ll впливу на отримане волокно були пpовeдeннi дослiджeння фiзико-мeхaнiчних показник1в волокон конопель пiсля процесу piзaння стебел. За дослiдний зразок було обрано стебла конопель весшнього збору, сорпв текстильного призначення Вiктоpiя, Гляна та Нiкa. 1х волокно ощнювали за такими показниками: вихщ волокна, середня довжина волокон шсля
декортикацп, розривне навантаження та лшшна щшьшсть. Середнi показники отриманого продукту представленш в табл. 4.
Таблиця 4
Основнi фiзико-механiчнi властивостi волокна мкля збору комбайном з смещальними
гiдравлiчними ножами
№ Сорти Вихiд Розривне Лшшна Середня довжина
з/п волокна,% навантаження, даН щшьшсть, текс волокон, см
1 Нша 31 36,0 28 45
2 Вiкторiя 37 34,5 25 42
3 Гляна 36 37,1 21 39
Аналiз проведених дослщжень з визначення фiзико-механiчних властивостей волокна тсля збору комбайном з спещальними гiдравлiчними ножами показуе, що отримане волокно мае всi необхiднi яшсш показники для застосування його в рiзних сферах виробництва. Також, високий вшсоток виходу волокна пiдтверджуе доцшьшсть застосування спецiальних текстильних сортiв як для текстильно! галуз^ так i для iнших галузей виробництва.
Таким чином, дана технолопя мае суттевi переваги порiвняно з iснуючими на сьогодшшнш день технологiями збирання техшчних конопель. По-перше, спрощуеться процес транспортування сировини до переробних заводiв, по-друге покращуеться як1сть волокна, збiльшуеться вшсоток прядомих волокон - понад 50 %, а по трете виключення з технолопчного процесу операцi! подрiбнення паралелiзованого шару стебел соломи, що робить подальший процес обробки економiчно вигiдним.
Узагальнюючи аналiз вiдомих технологш збирання технiчних конопель та яшсних характеристик отримано! сировини, вченими кафедри товарознавство, стандартизацiя та сертифiкацiя Херсонського нацюнального технiчного унiверситету розроблена схема впливу способiв збирання на технологи переробки та сфери подальшого використання конопляно! сировини.
Рис 2. Схема вмливу смособiв збирання на технологи мереробки i характеристику отриманоТ мродукци
Запропонована схема, яка пов'язуе способи збирання техшчних конопель з технолопями переробки i використання волокна, дае можливють виробникам обгрунтовано обирати той чи шший спосiб збирання з прогнозуванням якостi одержаного волокна i кострицi з визначенням !х функцюнального призначення. Знання впливу вхiдних характеристик конопляно! сировини на фiзико-мехашчш властивостi готово! продукцi! буде сприяти розвитку конопле переробно! галузi в ринкових умовах.
Висмовки
Зважаючи на науково-техшчний прогрес i свiтовий досвiд, сьогодш, в нашiй державi, потрiбно не тшьки вдосконалювати iснуючи технологi! збирання та переробки техшчних конопель, а й обгрунтовано поеднати щ процеси з метою отримання конопле сировини багатофункцюнального призначення. Тому, для забезпечення споживачiв необхiдною сировиною, коноплепереробникам обов'язково треба пов'язувати основш процеси технолопчно! переробки конопель: збирання та мехашчну обробка. Адже, тiльки правильне поеднання вах ланок технологiчного процесу перероблення техшчних конопель дасть можливють отримати луб'яну сировину високо! якостi, що значно розширить сфери !! застосування в рiзних галузях народного господарства Укра!ни.
Список використамот лiтератури
1. Техническая конопля в Украине и других странах [Електронний ресурс]: - Режим доступу: http://tku.org.ua/page/1
2. European Industrial Hemp Association (EIHA) [Электронный ресурс]. - Режим доступу: http://eiha.org/?login=failed&errcode=empty username
3. ^rorai : монографiя / [Вировець В.Г., Баранник В.Г., Плязетдшов Р.Н. та iн.] ; за ред. М.Д.Мигаля, В.М.Кабанця. - Суми : Видавничий будинок "Еллада", 2011. - 384 с.
4. Гилязетдинов Р.Н. Преимущества перспективы технологи уборки на основе разделения операций/ Р.Н.Гилязетдинов, В.Г. Баранник// Зб. наук. пр. 1н-ту луб'яних культур УААн. -Глухiв, 2000. - Вип. 2. - С. 136-140.
5. Макаев В.1. Мехашзащя збирання зеленцевих посiвiв конопель/ В.1. Макаев, П.В. Лук'яненко, Р.Н. Гилязетдинов// С.-г. машини: зб. наук. ст./ ЛДТУ. - Луцк: Ред.-вид. вщдш ЛДТУ, 2006. -Вип. 14. - С. 130-137.
6. Murphy D. P. The use of flax and hemp materials for insulating buildings/ D. P. Murphy , H. Behring, H. Wieland// Institute of Natural Fibers, Poznan, Poland, 1997. - P. 79-84
7. Маринченко 1.О. Розроблення ресурсозбер^аючо! технологи одержання трести конопель: дис. кандидата техшчних наук: 05.07.15 / Маринченко 1гор олексшович. - Суми., 2015. - 186 с.
8. «HempFlax Bv» [Електронний ресурс]: - Режим доступу https://ru.linkedin.com/company/hempflax-marketing-bv
9. Maschinenfabrik Kemper : History. [Електронний ресурс]: - Режим доступу http ://www.kemper-stadtlohn. de/en/home/company/history. html
10. Pecenka, R.; Furll, C.; Gusovius, H.-J.; Hoffmann, T. (2009): Optimal Plant Lay-Out for Profitable Bast Fibre Production in Europe with a Novel Processing Technology. J. Biobased Mater. Bioenergy 3, pp. 282-285.
