Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ, связанной с изучением ценности стеблей и волокна новых отечественных сортов конопли и созданием ресурсосберегающих технологий их переработки, обусловлена повышенным вниманием к использованию натуральных волокон в связи с экологической безопасностью жизнедеятельности человека.
По мнению директора Государственного антинаркотического комитета, высказанному в открытой печати в конце 2011 года, существующие культурные сорта конопли, не содержащие наркотических веществ и включенные в государственный реестр селекционных достижений, являются природными возобновляемыми источниками целлюлозы, содержание которой в стеблях этой культуры как минимум в 5-7 раз больше, чем в древесине. Причем цикл её воспроизводства сокращается в 20-30 раз. По этой причине усилился интерес к производству конопли за рубежом. По мнению иностранных специалистов, из конопли можно изготовить до 25 тысяч видов продукции. Это уникальный, исключительно высокорентабельный источник целлюлозы. Лидерами по производству конопли сегодня являются Китай, Канада, Франция, Германия, Италия, США. Отмечено, что Украина увеличила в 2010 году посевы конопли многократно.
Между тем, предшествующий 15-20 летний период запрета на производство конопли затормозил научное обеспечение этой традиционной для России отрасли народного хозяйства. Практически прекращены разработки новых технологий переработки стеблей, остановлен выпуск уборочной техники. Однако, после возобновления интереса к данной культуре как источнику целлюлозы и текстильного сырья, необходимость интенсификации НИОКР и создания новых энергосберегающих технологий переработки конопли приобрели практическую значимость.
В августе 2011 года в Министерстве сельского хозяйства РФ при участии заинтересованных министерств и ведомств (протокол № 19/2600 от 05.08.2011 г.) были рассмотрены проблемы развития коноплеводства и переработки конопли. Указано на принятие мер по возрождению этой отрасли и определены направления работ по решению наиболее важных проблем.
В этой связи тема исследования является актуальной и направлена на укрепление сырьевой базы отечественной текстильной промышленности, а также других областей, в которых используются целлюлозосодержащие материалы, полученные с применением лубяных волокон.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью исследований являлась разработка малозатратной технологии получения пеньки на основе изучения особенностей строения стеблей и свойств лубоволокнистых комплексов новых селекционных сортов конопли.
В соответствии с указанной целью в работе решались следующие задачи.
1. Анализ результатов известных работ, посвященных изучению свойств конопли и технологий переработки лубоволокнистых материалов.
2. Исследование морфологических свойств современных отечественных селекционных сортов конопли.
3. Изучение показателей технологической ценности лубоволокнистого покрова конопли и установление особенностей переработки с учётом её свойств.
4. Обоснование параметров технологического процесса и конструкции машин для получения однотипной пеньки.
5. Проверка технологической и экономической эффективности новой машинной технологии получения однотипной пеньки.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При проведении исследований использовались стандартные и оригинальные методы анализа морфологических, анатомических, физико-механических и декортикационных свойств стеблей и волокна конопли; общепризнанные алгоритмы теоретического исследования кинематики рабочих органов устройства для сепарации костро-волокнистой смеси; методы теоретической механики и экспериментального исследования технологических процессов первичной обработки конопли; алгоритмы статистической обработки полученных опытных данных. Использовались программные средства: MathCAD 14, MS Excel 2007, STATISTICA 6.0, CorelDRAW 12.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в установлении особенностей строения и свойств стеблей и волокна новых отечественных сортов конопли, а также в разработке новой системы технологических операций и их параметров для получения однотипной пеньки. По результатам диссертационного исследования впервые:
по специальности 05.19.02:
– получено обоснование в необходимости перед обескостриванием стеблей разделять их на две части (соцветие и техническая часть длины); установлена рациональная длина отрезков стеблей конопли (55-60 см), которые должны формироваться из каждой части для последующего обескостривания с использованием дезинтегратора;
– получены математические модели поведения волокна и костры при взаимодействии с активными рабочими органами в результате сепарации костро-волокнистой смеси, обеспечившие выявление рациональных условий отделения волокнистой фракции и удаления из её части насыпной костры;
– предложено при обосновании способов выделения луба или волокна из целых стеблей семенной конопли учитывать разнодлинность первичного и вторичного волокна, снижающую эффективность использования сквозных видов воздействий (например, при трепании), а также различия физико-механических свойств волокна и стеблей по их длине;
по специальности 05.19.01:
– установлено, что особенностью новых сортов конопли (Ингреда и Юлиана), убранных в техническую и биологическую фазы спелости, является увеличенная длина соцветия, доля которого в общей длине стеблей достигает 50%;
– выявлена причина снижения разрывных характеристик лубоволокнистого покрова в соцветии, связанная с повышенным количеством в этой зоне листовых и веточных следов; обнаруженные различия декортикационных характеристик в соцветии и технической частях стебля могут приводить к различным результатам их обескостривания.
Установленные различия морфологических, физико-механических и технологических свойств по длине стеблей использованы при обосновании новых технологических операций получения пеньки с пониженной вариацией свойств. Результаты исследований могут использоваться в качестве справочных данных о строении и структуре стеблей и волокна новых селекционных сортов конопли.
Обоснованы, определены параметры и даны рекомендации для проектирования нового разгрузочного устройства с активными рабочими органами.
Предложена новая технологическая схема и экспериментально проверена её эффективность при получении однотипной пеньки. Актуальность этой разработки подтверждена государственным антинаркотическим комитетом, а её конкретные параметры приняты к использованию ФГБУ «Агентство по производству и переработке льна и конопли» (г. Москва) при создании опытного образца линии в рамках программ НИОКР Минсельхоза РФ.
Результаты исследований были одобрены и рекомендованы к использованию машиностроительной компанией «Техмашхолдинг». Этой организацией предусматривается создание техники для уборки и переработки конопли в Республике Чувашия, которая является коноплесеющим регионом РФ.
На технические решения, связанные с совокупностью операций по получению однотипной пеньки, а также с конструкцией для сепарации костро-волокнистой смеси, подготовлены заявки в Роспатент на признание их изобретениями. В настоящее время по ним получены положительные решения о выдаче патента. Совокупность результатов теоретических и экспериментальных исследований предложено использовать при освоении и совершенствовании учебного процесса при подготовке бакалавров по профилю «Технология и оборудование производства натуральных волокон».
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы были доложены и получили одобрение: на Учёном Совете Всероссийского НИИ по переработке лубяных культур Россельхозакадемии (г. Кострома, 2007); на международной научно-практической конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г. Вологда, 2007); на международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие инновационные технологии развития промышленности региона (Лён-2008)» (г. Кострома, КГТУ, 2008); на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона (Лён-2010)» (г. Кострома, КГТУ, 2010); на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в агропромышленном комплексе» (г. Кострома, КГСХА, 2008; 2009; 2010; 2011); на расширенном заседании кафедры технологии производства льняного волокна КГТУ (г. Кострома, КГТУ, 2010; 2011, 2012); на Всероссийском научном семинаре «Научные проблемы агропромышленной переработки лубоволокнистых материалов» (г. Кострома, КГТУ, 2011); на профессорском семинаре КГТУ (г. Кострома, КГТУ, 2012); на расширенном заседании кафедры аграрного производства Чувашской ГСХА (г. Чебоксары, ЧГСХА, 2012); на научном семинаре Чувашского НИИ Россельхозакадемии (Республика Чувашия, 2012); на совещании руководителей предприятия ООО «Техмашхолдинг» (г. Чебоксары, 2012).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ. Важнейшие положения диссертации изложены в 4 статьях в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий», 12 в научно-технических журналах и сборниках. Составлены и отправлены 2 заявки в Роспатент, по которым получены положительные решения о выдаче патента на изобретения.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 163 страницах; состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений и списка литературы. В ней содержится 76 рисунков, 14 таблиц и 5 приложений.
