Розділ 2
МЕТОДИКА ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
Вибір та обґрунтування конструкції вузлів та агрегатів для дослідження процесу виділення лубу конопель, а також добір оптимальних режимів обробки є важливою задачею. Добір різноманітних дій, використаних у процесі переробки конопель, може бути організований лише на основі досконалого і ретельного вивчення. Тому в даному розділі головну увагу зосереджено на обґрунтуванні та аналізі механічних дій та параметрів процесів, задіяних у технології виділення лубу конопель.
2.1. Характеристика об'єктів досліджень
Об'єктом дослідження був процес виділення лубу конопель, предметом дослідження-солома конопель, луб.
Залежно від виду сировини та способу її переробки, застосовували різні методи визначення якісних показників. Сировиною для отримання лубу була конопляна солома, що ділилася на фракції: крупностеблова, середньостеблова, дрібностеблова (табл. 2.1). Визначення окремих показників якості отриманого лубу в технології проводили відповідно до існуючих методик [68-83].
Таблиця 2.1
Фізико-механічні властивості соломи конопель
Фракція соломи конопель Довжина,
смДіаметр,
ммВміст лубу, %Міцність лубу, даННомер соломиДрібностеблова 14553531,431,3Средньостеблова 19073331,331,3Крупностеблова 240113220,660,9
2.2. Аналіз процесів та механічних дій, задіяних у технології виділення лубу конопель
Для виділення лубу зі стебел конопель застосовують механічні дії м'яття та тіпання. Механічна переробка основана на різниці у фізико-механічних властивостях різних частин стебла. Вивчення найпростіших механічних дій (розтягування, стиснення, вигину та кручення) показало, що при подовжньому розтягуванні закріплене із двох кінців стебло зазнає дії розтягуючих сил і, досягнувши критичної межі, відбувається руйнування стебла, що супроводжується розривом луб'яної частини і деревини. Основними параметрами, які характеризують конструкцію стебла, слід вважати міцність його елементів, силу зв'язку між лубом і деревиною, крихкість стебла і стан поверхні стебла [7].
Сила зв'язку лубу із деревиною характеризується силою зчеплення, що залежить від розмірів ділянки, яку піддають випробуванню [7]. Сила зчеплення лубу із деревиною у різних фазах розвитку рослин залежить від вологості стебла конопель. Вона збільшується із розвитком рослин (проходженням фаз розвитку) і особливо суттєво залежить від часу підв'ялювання стебла (таб. 2.2) [83,84]. Тому можна зробити висновок, що обробляти стебло конопель буде набагато легше на ранніх стадіях сушіння.
Таблиця 2.2
Питома сила зчеплення лубу із деревиною конопель, г/мм2
Час підв'ялювання, год.ФазаБутонізація Цвітіння Технічна зрілістьПоскінь Матірка ПоскіньМатіркаПоскінь Матірка Свіжозрізане стебло46,235,056,0-63,857,32493,085,498,3-100,497,14892,286,995,5-133,6120,39697,094,2---- Крихкість стебла характеризується кутом і силою зламу, які обумовлені, головним чином, крихкістю його деревини. Кутом зламу, який характеризує крихкість стебла, називається кут між частинами зламаного стебла і продовженням іншої його частини. Величина кута (табл. 2.3) зламу має істотне значення під час переробки лубоволокнистої сировини [7].
Таблиця 2.3
Величина кута зламу для різних луб'яних культур
КультураДіаметр, ммКут зламу стебел, град.Кут зламу деревини, град.Зовн.Внутр.Кенаф10,05,56014Канатник9,34,55716Коноплі10,05,09226Рамі10,09,010423
2.2.1. Процес плющення. Першим етапом у процесі механічного виділення лубу із соломи насіннєвих конопель є процес плющення. Плющенням називають процес стискання оброблюваного матеріалу гладкими вальцями [57]. Цілий ряд робіт присвячений дослідженню даного процесу [61,85-89], автори яких рекомендують його для широкого використання у сучасних машинах як допоміжного, попереднього процесу м'яття, тому що він сприяє вирівнюванню механічних властивостей матеріалу, полегшенню наступної механічної обробки стебла і підвищенню виходу довгого лубу або волокна. Плющення, проведене перед процесом м'яття, порушує зв'язок між волокном (лубом) і деревиною, зменшує момент опору стебла вигину, нівелює різницю між тонкими і товстими стеблами.
Ефективність плющення залежить від діаметра плющильних вальців, тиску вальців на матеріал, товщини шару оброблюваного матеріалу і його фізико-механічних властивостей.
У процесі плющення розділяють три стадії [6,41,90]: початкову (момент втягування матеріалу в зону деформації між гладкими вальцями), стадю сталого процесу (матеріал одночасно знаходиться як за межами вальців, так і в зоні деформації), кінцеву стадію (вихід матеріалу із зони деформації).
У переробці стебел конопель значення процесу плющення підвищується, тому що відсутнє сортування сировини за морфологічними ознаками. Досліди, проведені на стеблах конопель [91-98], показали, що плющення стебел призводить до значного вирівнювання сил зчеплення між волокнистим шаром і деревиною за рахунок зниження цих сил у більш товстих стеблах.
З огляду робіт можна зробити висновок, що під час плющення шару лубоволокнистої сировини досягається порушення зв'язку волокнистої частини із суміжними тканинами із збереженням міцності та стрічковості оброблюваного матеріалу, що дозволяє значно скоротити число пар вальців у м'яльній частині, зменшити їх масу і розміри, спростити конструкцію і понизити потужність, споживану ними.
2.2.2. Процес м'яття. Основним завданням м'яття є руйнування конструкції стебла і підготовка його до подальшої переробки на тіпальній машині [6]. У ході процесу порушуються зв'язки між волокнистим шаром і деревиною, одночасно забезпечується збереження міцності волокнистих комплексів при частковому звільненні її від костриці й інших неволокнистих домішок.
Стебла проминають у м'яльних машинах, основними робочими органами яких є попарно розташовані рифлені м'яльні вальці, вони характеризуються зовнішн