ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Шудрік Ірина Володимирівна

УДК 677.11.021

ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ЗАГОТІВЛІ, РОЗСТИЛУ ТА МЕХАНІЧНОЇ ОБРОБКИ ЛЛЯНОЇ СОЛОМИ

05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Богданова Ольга Федорівна,

Херсонський національний технічний університет

доцент кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Валько Микола Іванович, Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри технічної хімії та харчових технологій;

кандидат технічних наук Мохер Юрій Володимирович, Інститут луб’яних культур Української академії аграрних наук, завідувач відділу стандартизації продукції льону та конопель.

Захист відбудеться “31” жовтня 2007 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 у Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий “ 25 ”вересня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Якість продукції є одним з найважливіших показників роботи будь-якого підприємства чи виробничого об’єднання, а високий рівень якості виготовленої на ньому продукції – основним показником ефективності його діяльності. Головною причиною кризового стану у льонопереробній галузі є низька конкурентоспроможність продукції льонозаводів, відхилення якості лляного волокна від вимог міжнародних стандартів. У зв’язку з цим основними завданнями, які зараз стоять перед науковцями та виробничниками, є розробка і впровадження новітніх технологій, які підвищували б якість лляної продукції без зростання її собівартості.

Таким чином, дослідження, спрямовані на підвищення якості лляного волокна на окремих стадіях первинної переробки лляної сировини, є актуальними й необхідними в сучасних умовах господарювання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень є складовою частиною науково-дослідних робіт, що проводяться кафедрою переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету за темою: „Отримання луб’яної сировини підвищеної якості за матеріало- та енергозберігаючими технологіями”, номер державної реєстрації 0102U005291, замовник – Міністерство освіти і науки України, дата реєстрації – 30.10.01 р., протокол № 2.

Мета і завдання дослідження. Метою даної роботи є підвищення якості лляного волокна за рахунок оптимізації параметрів технологічних процесів первинної переробки лляної соломи. Для досягнення основної мети досліджень необхідно було вирішити такі завдання:

- виявити вплив біометричних показників лляної соломи на вихід лубу і його міцність;

- дослідити вплив терміну приготування трести на міцність, лінійну густину та вихід лляного волокна;

- встановити вплив механічної обробки трести на м’яльних машинах на зміну міцності, лінійної густини та виходу лляного волокна;

- за допомогою кореляційного аналізу виявити найбільш впливові параметри технологічного процесу заготівлі лляної сировини, що зумовлюють вихід лубу і якісні показники волокна, одержуваного на подальших етапах переробки;

- на основі регресійного аналізу визначити оптимальний термін розстилання лляної соломи на стелищі для одержання волокна з високими показниками виходу, міцності та лінійної густини;

- розробити рекомендації щодо підвищення якості лляної сировини на стадіях заготівлі соломи, приготування трести та одержання волокна після механічної обробки.

Об’єкт дослідження – процес первинної переробки лляної соломи.

Предмет дослідження – лляна солома.

Методи дослідження. Завдання, поставлені в роботі, вирішувалися за допомогою теоретичних та експериментальних методів.

Оцінка якості лляної соломи проводилась інструментальними методами за ГОСТ 28285-89 “Солома льняная. Требования при заготовках”. Вихід лубу визначали ваговим методом, міцність – на основі середніх значень розривного навантаження. Довжину та діаметр стебел визначали метричним методом на приладі ДЛ-2М і стебломірі С-2. Ступінь визрівання трести характеризували показником відокремлюваності, який визначався за ГОСТ 24383-89 “Треста льняная. Требования при заготовках”. Лінійна густина лляного волокна після механічної обробки лляної трести визначалася за ГОСТ 10681-75 “Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения”.

Результати експериментальних досліджень оброблялися із застосуванням методів математичної статистики. Дослідження впливу вхідних характеристик лляної сировини на якість волокна та аналіз числових математичних моделей залежності якості лляного волокна від вхідних характеристик лляної соломи і трести здійснювалися за допомогою кореляційного аналізу, а статистична обробка результатів експериментальних досліджень проводилися з використанням ІВМ-сумісного персонального комп’ютера в середовищі “Microsoft Office Exel 2003 (11.5612.5605)”, “Microsoft Office Word 2003 (11.5604.5606)”.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше одержано кореляційні залежності фізико-механічних показників якості лляного лубу від біометричних характеристик стебел лляної соломи, які дозволяють визначити оптимальні значення діаметра і довжини стебел на стадії заготівлі та зберігання лляної соломи;

- науково обґрунтовано і встановлено оптимальні строки одержання трести, які забезпечують максимальні показники міцності, виходу і лінійної густини волокна на технологічній стадії розстилання лляної соломи;

- вперше розроблено методологічні принципи визначення оптимальних значень тиску в м’яльних вальцях в процесі механічної обробки лляної трести, при застосуванні яких зберігається міцність волокна і збільшується його тонина;

- експериментально доведено можливість застосування кореляційних залежностей фізико-механічних характеристик лляного волокна від параметрів технологічних процесів заготівлі, розстилу і механічної обробки в державних стандартах для оцінки якості лляної соломи та волокна після обробки.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено рекомендації щодо підвищення якості лляного волокна на різних стадіях технологічного процесу первинної обробки лляної сировини за рахунок визначення біометричних характеристик соломи під час заготівлі, виявлення оптимального терміну приготування трести та регулювання режимів її обробки на м’яльній машині.

Одержані кореляційні залежності виходу й міцності лубу від біометричних характеристик соломи рекомендовано використовувати в державних стандартах для визначення якісних показників лляної сировини за показниками довжини та діаметра стебел.

Результати проведених досліджень апробовано та впроваджено з позитивним результатом на ВАТ „Житомирльон” (акт впровадження від 03.01.2007 р).

Впровадження результатів роботи у виробництво дозволило підвищити якість трести від 0,75 до 1,5 номера й отримати економічний ефект 225 грн. на тонну лляної соломи.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно сформулювала й обґрунтувала завдання досліджень, критично проаналізувала науково-технічну літературу з проблем підвищення якості лляного волокна на технологічних стадіях первинної переробки лляної соломи, здійснила наукове обґрунтування вибору методів комплексної оцінки якості луб’яних волокон, встановила якісні та математичні залежності вихідних характеристик волокна від вхідних характеристик лляної сировини, здійснила аналіз одержаних залежностей і на їх основі розробила рекомендації виробництву, обробила експериментальні дані, узагальнила результати та сформулювала висновки.

У наукових працях, виконаних у співавторстві, здобувачеві належать постановка завдань, проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів і висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації було представлено та обговорено на:

- науково-технічній конференції „Проблеми і перспективи в селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробці та стандартизації луб’яних культур”, м. Глухів, 2005 р.;

- науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу Таврійської державної агротехнічної академії, м. Мелітополь, 2005 р.;

- науково-технічній конференції „Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины”, м. Херсон, 2005 р.;

- науково-технічній конференції „Актуальні проблеми льонарства і коноплярства”, м. Глухів, 2006 р.;

- засіданнях кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, м. Херсон, 2001-2007 рр.

Публікації за темою дисертації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 7 публікаціях, у тому числі статей у провідних наукових виданнях України – 4, тез доповідей на конференціях – 3.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із загальної характеристики роботи, 5 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Дисертацію викладено на 151 сторінці машинописного тексту, вона містить 15 рисунків, 50 таблиць та 2 додатки. Список використаних джерел охоплює 123 найменування, із них 8 зарубіжних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання досліджень, розкрито наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об’єкти та методи досліджень.

У першому розділі наведено огляд літератури за темою дисертації та визначено нові напрямки досліджень. У першому підрозділі подано аналіз наукових досліджень в галузі вивчення морфологічної будови стебел луб’яних культур льону-довгунця та конопель. Узагальнення наукових праць відомих українських і зарубіжних вчених з вивчення впливу анатомічної будови стебел соломи льону-довгунця на якість волокна дало можливість встановити, що зовнішні ознаки, такі як загальна та технічна довжина стебел, їх товщина, довжина розгалуженої частини, колір, ступінь розвитку кореневої системи, мають тісний зв’язок з технологічними характеристиками волокна, які обумовлюють його придатність до застосування в текстильній промисловості. Але всі наведені літературні дані з вивчення впливу особливостей морфологічної будови стебел соломи луб’яних культур на якісні показники волокна мають несистематизований характер і не дозволяють зробити об’єктивні висновки про залежність виходу, міцності та прядильної здатності волокна від біометричних показників стебел. Тому одним із завдань дисертаційної роботи було дослідження впливу біометричних характеристик, які визначаються в процесі заготівлі лляної сировини, на якість лляного волокна, одержаного після її переробки на льонозаводі.

Другою, найбільш важливою, стадією технологічного процесу первинної обробки луб’яних культур після заготівлі є розстилання лляної соломи, під час якого такі технологічні характеристики як міцність, гнучкість та лінійна густина волокна зазнають найбільших змін. Незважаючи на те, що в літературі детально висвітлено технологічні процеси приготування трести із соломи луб’яних культур шляхом розстилання, вплив цих процесів на кількісну зміну показників якості недостатньо вивчений. Тому другим завданням дисертаційної роботи є вивчення впливу технологічного процесу приготування трести на зміну ряду фізико-механічних показників волокна та визначення оптимальних режимів проведення цього процесу.

Особливу увагу в огляді літературних джерел приділено аналізу робіт, які висвітлюють роль механічної обробки в формуванні якісних показників луб’яних волокон. На сьогоднішній день луб’яне волокно, яке надходить на текстильні підприємства, не має достатньої тонини, міцності та низької засміченості, тому на технологічній стадії механічної обробки необхідно намагатися підвищити показники якості лляного волокна і наблизити їх до аналогічних показників бавовняних волокон. З огляду на недосконалість технологічних схем обробки лляної трести, які не передбачають диференційованого підходу до обробки різної за фізико-механічними властивостями сировини, запропоновано внести зміни в існуючу технологію.

Для цього з метою впровадження оптимальних режимів механічної обробки необхідно дослідити вплив обробки трести на м’яльних машинах на зміну якості волокна. Вирішення цього питання є необхідним для виконання основного завдання сьогодення в льонопереробній галузі – підвищення якості лляного волокна до рівня якості бавовни.

У другому розділі викладено методику проведення польових і технологічних випробувань та досліджень фізико-механічних властивостей лляної трести й отриманого з неї волокна. Якість трести оцінювали за ГОСТ 2975-73 “Треста льняная”, ГОСТ 24383-89 “Треста льняная. Требования при заготовках” і ДСТУ 4149:2003 “Треста лляна. Технічні умови”, а фізико-механічні показники одержаного лляного волокна – за ДСТУ 4015-2001 „Льон тіпаний. Технічні умови”.

При проведенні аналізу біометричних характеристик різних сортів льону-довгунця – Томський 16, Мрія, Могильовський 2– середня довжина стебел соломи та їх діаметр визначалися метричним способом відповідно із застосуванням довжиноміра ДЛ-2М і стебломіра С-2. Вміст волокна і лубу розраховувалися шляхом зважування проб стебел до і після повного проминання стебел на лабораторній м’ялці ЛМ-3 і ретельного звільнення від костриці за формулою:

В = (Gл·100)/ Gс , (1)

де В – маса лубу або волокна, г;

Gс – маса соломи або трести, г.

Зважування здійснювалося з точністю 0,01 г.

Міцність волокна, виділеного із трести, визначалася на основі вимірювання показників розривного навантаження 30 проб волокна на динамометрі ДКВ-60. Точність розрахунку міцності становила 0,1 даН.

, (2)

де – міцність однієї наважки, даН.

Лінійна густина визначалася шляхом розрахунку кількості волокон у штапелі згідно з ГОСТ 10681-75 “Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения”. У результаті обробки штапелю після прочісування підраховувалася кількість волокон m у 1 м2 з точністю до 1 за формулою:

, (3)

де n – загальна кількість волокон, шт.;

Mf – маса середньої частини, завдовжки 10 мм, вирізаної з пучка, мг;

M – маса кінців пучка, мг.

Лінійна густина L у текс визначалася за формулою:

(4)

Розрахунки здійснювалися з точністю до 0,01.

Відокремлюваність волокна від деревини визначалася в процесі приготування трести через 10, 20 і 30 діб після розстилання проб лляної соломи на стелищі.

Проби відбиралися на дослідних ділянках за методикою Доспєхова Б.А. Відокремлюваність розраховувалася з точністю до 0,01 од. після обробки 400 стеблин на приладі ООВ.

Для обробки результатів експериментальних досліджень застосовано методи математичної статистики.

У третьому розділі наведено теоретичний аналіз існуючих сучасних методів оцінки якості продукції. Згідно з ДСТУ 2925-94 передбачено такі методи оцінки рівня якості продукції: диференційний, розрахунковий, вимірювальний, експертний, органолептичний, комплексний і соціологічний. У підрозділі 3.1 проаналізовано переваги та недоліки кожного з методів і зроблено висновок, що для визначення якості луб’яної сировини та готової продукції – волокна – найбільш придатним є вимірювальний метод, який потребує вивчення багатьох вхідних і вихідних параметрів фізичних, хімічних, механічних і геометричних величин. У підрозділі 3.2 зазначено, що ці параметри повинні бути згруповані як вхідні характеристики х – показники якості сировини і у – вихідні характеристики готової продукції. У процесі визначення рівня якості готової продукції статистичним методом основна увага приділяється вивченню та зменшенню випадкових похибок. Для оброблення та оцінки точності отриманих показників рівня якості готової продукції визначаються емпіричні величини: середнє арифметичне відхилення, дисперсія та середнє квадратичне відхилення.

У підрозділі 3.3 теоретично обґрунтовано застосування планування пасивного експерименту для обробки експериментальних даних з визначення впливу біометричних характеристик лляної соломи, фізико-механічних показників трести та механічної обробки сировини на якісні характеристики волокна. У результаті постановки експериментів для кожної серії дослідів у дисертаційній роботі було отримано регресійні однофакторні математичні моделі, які в загальному вигляді можна виразити формулою:

(5)

Для оцінки дійсних значень коефіцієнтів регресії а0, а1, аі, використовувався метод найменших квадратів.

У підрозділі 3.3 також детально висвітлено послідовність кореляційного аналізу, який було застосовано в дисертаційній роботі для обробки експериментальних даних і одержання регресійних моделей, що описують нижченаведені залежності:

- виходу лубу від довжини стебел соломи;

- міцності лубу від діаметра стебел соломи;

- міцності волокна від відокремлюваності;

- лінійної густини волокна від відокремлюваності;

- міцності волокна від тиску пружин у парах м’яльних вальців;

- лінійної густини від тиску пружин у парах м’яльних вальців.

Послідовність проведення кореляційного аналізу подано в формі схем для різних стадій технологічного процесу, які наведено в дисертаційній роботі. Як приклад, в авторефераті подано одну із схем на рис. 1.

Рис. 1. Проведення кореляційного аналізу стадії одержання лляної трести шляхом розстилу лляної соломи

Одержання математичних моделей, розрахунок коефіцієнтів кореляції та дійсних значень коефіцієнтів регресії здійснювалися за допомогою програми MS EXCEL. Результати аналізу подано в додатку А дисертаційної роботи.

У четвертому розділі дисертаційної роботи наведено результати експериментальних досліджень впливу біометричних характеристик, параметрів розстилання та механічної обробки лляної сировини на якісні показники волокна. Під час експерименту було проведено три серії дослідів. Для цього на окремих дослідних ділянках Інституту землеробства Української академії аграрних наук у період з 2003 року по 2005 рік вирощували льон-довгунець трьох відомих сортів: Мрія, Томський 16, Могильовський 2. При здійсненні першої серії дослідів з кожної дослідної ділянки за методикою Доспєхова Б.А. відбиралося 75 проб лляних стебел масою по 1 кг. За ГОСТ 28285-89 “Солома льняная. Требования при заготовках” визначалися довжина і діаметр стебел соломи, для всіх проб було розраховано значення виходу лубу і його міцності. Достовірність результатів досліджень оцінювалася шляхом розрахунку середнього квадратичного та середнього арифметичного відхилення. Як приклад, у табл. 1, 2 наведено результати визначення показників довжини стебел соломи льону-довгунця сорту Томський 16 і виходу з неї лубу.

Таблиця 1

Довжина стебел соломи льону-довгунця сорту Томський 16

Номер вибірки | Роки досліджень | Середнє

по сорту

2003 | 2004 | 2005

1 | 73,2 | 73,8 | 74,1 | 73,7

2 | 73,0 | 74,0 | 74,4 | 73,8

3 | 73,4 | 74,1 | 73,8 | 73,8

4 | 73,1 | 73,7 | 74,0 | 73,6

5 | 72,9 | 73,5 | 74,3 | 73,6

Середнє арифметичне Lср, см | 73,1 | 73,8 | 74,1 | 73,7

Середнє арифметичне відхилення Ді | 0,14 | 0,18 | 0,18 | 0,08

? (Li – Lср)2 | 0,15 | 0,23 | 0,23 | 0,04

Дисперсія Њ2 | 0,03 | 0,05 | 0,05 | 0,01

Середнє квадратичне відхилення Њ | 0,17 | 0,22 | 0,22 | 0,10

Відносна похибка дослідів е, % | 0,19 | 0,24 | 0,24 | 0,11

Експериментальні дослідження біометричних характеристик соломи, таких як діаметр і довжина стебел, показали, що ці показники значною мірою впливають на якісні показники лляної сировини, зокрема міцність і відсотковий вміст лубу.

Зважаючи на те, що основною метою дисертаційної роботи є розробка рекомендацій з підвищення якості волокна на окремих стадіях технологічного процесу переробки лляної сировини, на другому етапі експериментальних досліджень вивчався вплив терміну розстилання соломи на основні якісні показники трести та одержаного з неї лляного волокна. Для цього на дослідних ділянках розстилали шар лляної соломи сорту Томський 16 і через 10, 20, 30 діб відбирали проби лляної сировини за методикою Доспєхова Б.А. З кожної ділянки відбиралося по 5 проб, дослідження здійснювалися протягом 2003-2005 років. Під час експерименту визначалися відокремлюваність, як вхідна характеристика сировини – лляної трести, і якісні показники одержаного з неї волокна: відсоток виходу, міцність та лінійна густина, як вихідні характеристики продукції.

Таблиця 2

Вихід лубу зі стебел соломи льону-довгунця сорту Томський 16

Номер вибірки | Роки досліджень | Середнє

по сорту

2003 | 2004 | 2005

1 | 35 | 32 | 37 | 34,7

2 | 38 | 36 | 38 | 37,3

3 | 36 | 34 | 35 | 35,0

4 | 35 | 33 | 36 | 34,7

5 | 33 | 37 | 39 | 36,3

Середнє арифметичне Вср, % | 35,4 | 34,4 | 37,0 | 35,6

Середнє арифметичне відхилення Ді | 1,28 | 1,68 | 1,20 | 0,96

? (Вi – Вср)2 | 13,20 | 17,20 | 10,00 | 5,36

Дисперсія Њ2 | 2,64 | 3,44 | 2,00 | 1,07

Середнє квадратичне відхилення Њ | 1,62 | 1,85 | 1,41 | 1,03

Відносна похибка дослідів е, % | 3,62 | 4,88 | 3,24 | 2,70

Як приклад, у табл. 3, 4 наведено показники відокремлюваності волокна від деревини для трести сорту Томський 16 з терміном розстилання 20 діб і лінійної густини отриманого з неї волокна.

Аналіз результатів експериментальних досліджень впливу терміну приготування лляної трести на відокремлюваність і фізико-механічні характеристики волокна показав, що збільшення терміну розстилання соломи від 10 до 30 діб спричиняє збільшення відокремлюваності від 3,8 до 8,7 од., яке призводить до значної зміни показників якості лляного волокна. Так, лінійна густина волокна зменшується від 215 до 97 текс, його міцність знижується від 15,0 до 7,8 даН, а вихід волокна зменшується від 19,5 до 17,6 %. Відповідно до результатів досліджень оптимальний термін вилежування соломи становить 20 діб. За цей період істотно зменшується лінійна густина і водночас зберігаються високі показники міцності та виходу волокна.

Таблиця 3

Відокремлюваність трести сорту Томський 16 з терміном розстилання 20 діб

Номер вибірки | Роки досліджень | Середнє по сорту

2003 | 2004 | 2005

1 | 6,0 | 6,5 | 5,5 | 6,0

2 | 6,5 | 7,0 | 5,5 | 6,3

3 | 6,8 | 7,0 | 5,5 | 6,4

4 | 6,8 | 7,5 | 5,8 | 6,7

5 | 6,0 | 7,0 | 5,5 | 6,2

Середнє значення, од. | 6,4 | 7,0 | 5,6 | 6,3

Абсолютне відхиленняД | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,2

Відносне відхилення е, % | 4,7 | 2,9 | 1,8 | 3,2

Таблиця 4

Лінійна густина волокна, одержаного із трести сорту Томський 16

з терміном розстилання 20 діб

Номер вибірки | Роки досліджень | Середнє по сорту

2003 | 2004 | 2005

1 | 126 | 118 | 188 | 144

2 | 128 | 121 | 181 | 143

3 | 118 | 117 | 163 | 133

4 | 125 | 120 | 159 | 135

5 | 133 | 116 | 168 | 139

Середнє значення, текс | 126 | 118 | 172 | 139

Абсолютне відхиленняД | 3,6 | 1,6 | 10,2 | 3,8

Відносне відхилення е, % | 2,9 | 1,4 | 5,9 | 2,7

Під час третьої серії експериментальних досліджень вивчалася залежність зміни фізико-механічних характеристик лляного волокна від режимів механічної обробки. Обробці піддавалися проби лляної трести з відокремлюваністю 7 од. Міцність волокна, виділеного з цієї трести, становила 15,2 даН, а лінійна густина – 118 текс. Проминання здійснювали на лабораторній м’ялці ЛМ-100-Л зі зміною тиску в парах м’яльних вальців від 0,75 до 2,00 Н/см2. Результати дослідження впливу інтенсивності проминання на міцність та лінійну густина волокна наведено в табл. 5.

Таблиця 5

Вплив інтенсивності проминання трести на міцність

і лінійну густину лляного волокна

Тиск пружин у парах вальців, Н/см2 | Міцність, даН | Лінійна густина, текс

0,00 | 15,2 | 118

0,75 | 14,8 | 114

1,00 | 14,0 | 105

1,25 | 13,1 | 98

1,35 | 12,9 | 96

1,50 | 12,7 | 83

1,75 | 12,0 | 87

2,00 | 10,7 | 70

Аналіз даних табл. 5 свідчить, що механічна обробка лляної трести на м’яльних машинах призводить до зменшення міцності волокна, але сприяє збільшенню його тонини, тобто зменшенню лінійної густини. Тому важливим завданням є пошук оптимальних режимів обробки трести на м’яльних машинах, при застосуванні яких будуть досягатися нормовані значення лінійної густини без втрати міцності волокна. Для цього необхідно проаналізувати кількісну залежність між інтенсивністю проминання, тобто тиском у парах м’яльних вальців, і якістю одержаного волокна.

У п’ятому розділі наведено аналіз та узагальнення результатів досліджень. Для встановлення кількісної залежності показників якості лляного волокна від біометричних характеристик лляної соломи, параметрів розстилання та режимів механічної обробки трести згідно з теоретичними схемами проведення кореляційного аналізу було послідовно здійснено кореляційний аналіз для кожної серії дослідів, результати яких наведено в експериментальній частині дисертаційної роботи.

При проведенні кореляційного аналізу використовували програму в системі MS EXCEL. Як приклад, у табл. 6 наведено дані, необхідні для визначення впливу однієї з біометричних характеристик – діаметра стебел лляної соломи х1 на вихід лубу у1 і міцність лубу у2.

Таблиця 6

Кореляційна таблиця для визначення впливу діаметра стебел

лляної соломи на вихід і міцність лубу

х1 | у1 | у2 | 1,2740,022,81,2841,622,81,3040,023,41,1633,419,81,1934,019,81,2134,021,81,3835,425,21,4034,425,61,4137,024,8

Аналогічні кореляційні таблиці було складено з середніх значень вхідних і вихідних параметрів для усіх трьох серій дослідів, результати яких наведено підрозділах 4.1 – 4.3 даної дисертаційної роботи. Для кожної серії дослідів розраховано коефіцієнти кореляції, одержано регресійні залежності вихідних характеристик від вхідних, побудовано графіки залежностей у = f(х), здійснено оцінку наявності кореляційного зв’язку між у і х.

У результаті аналізу даних першої серії дослідів отримано нижченаведені залежності та коефіцієнти кореляції:

1. Залежність виходу лубу у1 від діаметра стебел лляної соломи х1:

у1 = 25,7 + 8,4 х1 (6)

Коефіцієнт кореляції R = 0,240, що свідчить про відсутність кореляційної залежності у1 від х1.

2. Залежність міцності лубу у2 від діаметра стебел лляної соломи х1:

у2 = – 6,1 + 22,5х1 (7)

Коефіцієнт кореляції R = 0,969, що дає підстави стверджувати про наявність високого кореляційного зв’язку між у2 і х1. Графік залежності у2 = f (х1), наведений на рис. 2, також є наочним підтвердженням цього висновку.

х1, діаметр стебел, мм

Рис. 2. Залежність міцності лубу від діаметра стебел лляної соломи

3. Залежність виходу лубу у1 від довжини стебел лляної соломи х2 :

у1 = – 136,8 + 2,3 х2 (8)

Коефіцієнт кореляції R = 0,937, що свідчить про наявність кореляційної залежності у1 від х2. Графічне зображення цієї залежності наведено на рис. 3.

4. Залежність міцності лубу у2 від довжини стебел лляної соломи х2:

у2 = – 0,1 + 0,3 х2 (9)

Коефіцієнт кореляції R = 0,188, що свідчить про відсутність кореляційного зв’язку між міцністю лубу і довжиною стебел лляної соломи.

Таким чином, кореляційний аналіз результатів першої серії експериментальних досліджень свідчить, що отримане рівняння залежності міцності лубу від діаметра стебел дозволяє з ймовірністю 96,9 % спрогнозувати якість волокна за діаметром стебел. Одержане рівняння (7) можна рекомендувати для використання в державних стандартах для визначення міцності лубу за показником діаметра стебел лляної соломи. Також визначено, що довжина стебел майже не впливає на міцність волокна, але за довжиною стебел можна розраховувати вихід лубу з імовірністю 93,7 %, застосовуючи рівняння (8).

Розрахунки, здійснені за рівняннями (7) і (8) свідчать, що максимальний вихід лубу 40,0 – 42,0 % з міцністю 25,0 – 26,0 даН одержують із соломи з діаметром стебел 1,33 – 1,42 мм і їх довжиною 76,8 – 77,6 см.

х2, довжина стебел, см

Рис. 3. Залежність виходу лубу від довжини стебел лляної соломи

Під час аналізу результатів другої серії експериментальних досліджень встановлено залежності виходу волокна у1, його міцності у2 та лінійної густини у3 від показника відокремлюваності х3 й визначено відповідні коефіцієнти кореляції:

1. Залежність виходу волокна у1 від відокремлюваності х3:

у1 = 21,5 – 0,2 х3 (10)

Коефіцієнт кореляції R = 0,427, що дає підстави стверджувати про відсутність кореляційної залежності у1 від х3.

2. Залежність міцності волокна у2 від відокремлюваності х3:

у2 = 19,8 – 1,2 х3 (11)

Коефіцієнт кореляції R = – 0,796, що свідчить про можливість прогнозування міцності волокна за показником відокремлюваності. Графік залежності у2 від х3 подано на рис. 4.

3. Залежність лінійної густини волокна у3 від відокремлюваності х3:

у3 = 300,5 – 24,1 х3 (12)

Коефіцієнт кореляції R = – 0,979, що свідчить про високу кореляційну залежність у3 від х3. Графік, наведений на рис. 5, також є наочним підтвердженням цього висновку.

Узагальнюючи результати аналізу залежності показників якості лляного волокна від відокремлюваності, можна зробити висновок, що вона майже не впливає на вихід волокна і значною мірою обумовлює його міцність та лінійну густину. З підвищенням відокремлюваності міцність волокна зменшується, що призводить до зниження його якості, але при цьому також відбувається зменшення лінійної густини волокна. Це свідчить, що отримане волокно є м’яким, розволокненим, а отже має високу прядильну здатність.

Тому для одержання волокна високої якості необхідно виявити оптимальні значення показника відокремлюваності, при яких зберігалася б міцність волокна і водночас лінійна густина його була б не дуже високою.

х3, відокремлюваність, од.

Рис. 4. Залежність міцності волокна від відокремлюваності

Аналіз отриманих залежностей міцності та лінійної густини волокна від відокремлюваності свідчить, що найбільш оптимальними значеннями відокремлюваності є 6,5 – 7,0 од.

Згідно з рівняннями (11) і (12), із трести з такими показниками відокремлюваності одержують достатньо розволокнене й міцне волокно з розривним навантаженням 13,3 – 15,2 даН і лінійною густиною 118 – 126 текс.

х3, відокремлюваність, од.

Рис. 5. Залежність лінійної густини волокна від відокремлюваності

Таким чином, використовуючи отримані за допомогою кореляційного аналізу залежності, за показником відокремлюваності можна з імовірністю 79,6 % розрахувати міцність волокна, яке одержуватиметься після переробки трести, за формулою:

М = 19,8 – 1,2 О, (13)

де М – міцність волокна, даН;

О – відокремлюваність, од.

Також на основі показника відокремлюваності за рівнянням регресії (14) можна з імовірністю 97,9 % розрахувати лінійну густину волокна, яке буде одержуватися після переробки трести:

L = 300,5 – 24,1 О, (14)

де L – лінійна густина, текс;

В – відокремлюваність, од.

Крім того, на основі оптимальних значень відокремлюваності, які зумовлюють отримання лляного волокна найвищої якості, зроблено вибір найбільш оптимального терміну приготування трести. Цей термін становить 20 діб, оскільки значення відокремлюваності в межах 6,5 – 7,0 од. досягаються через 20 діб після розстилання соломи на стелищі.

Під час аналізу результатів третьої серії дослідів встановлено такі залежності міцності та лінійної густини волокна від режимів механічної обробки, зокрема від інтенсивності проминання трести на м’яльних машинах:

1. Залежність міцності волокна у1 від тиску в парах м’яльних вальців х4:

у1 = 17,1 – 3,1 х4 (15)

Коефіцієнт кореляції R = – 0,983, що свідчить про високий кореляційний зв’язок між х4 і у1. Графік, наведений на рис. 6, також є підтвердженням цього висновку.

х4, тиск у парах м’яльних вальців, Н/см2

Рис. 6. Залежність міцності волокна від тиску в парах м’яльних вальців

2. Залежність лінійної густини у2 від тиску в парах м’яльних вальців х4:

у2 = 138,3 – 32,1 х4 (16)

Коефіцієнт кореляції R = – 0,943, що свідчить про достатньо високу кореляційну залежність у2 від х4. Графічне зображення цієї залежності подано на рис. 7.

х4, тиск у парах м’яльних вальців, Н/см2

Рис. 7. Залежність лінійної густини волокна від тиску в парах м’яльних вальців

Кореляційний аналіз впливу режимів механічної обробки на зміну якості лляного волокна показав, що підвищення тиску в парах вальців м’яльних машин сприяє розволокненню луб’яних пучків, але призводить до значного зменшення міцності волокна. Тому для збереження якості волокна необхідно здійснювати процес м’яття трести при середніх параметрах тиску в парах м’яльних вальців, при яких міцність волокна зменшується не більше, ніж на 5 %. Оскільки міцність волокна, одержаного із трести сорту Томський 16 з терміном приготування 20 діб, перед механічною обробкою становила 15,2 даН, у роботі за рівнянням (15) було розраховано оптимальне значення тиску в парах м’яльних вальців, при якому міцність волокна після проминання дорівнюватиме 14,4 даН. Отже, оптимальне значення тиску в парах м’яльних вальців становить:

Р = (17,1 – 14,44) / 3,1 = 0,87 Н/см2

Таким чином, одержані кореляційні залежності дозволяють розрахувати оптимальні біометричні характеристики лляної сировини та визначити оптимальний термін приготування трести і режими обробки її на м’яльних машинах для одержання волокна найвищої якості.

Виробничу апробацію результатів роботи було здійснено на ВАТ „Житомирльон”. Для цього відібрали дві дослідні партії лляної соломи сорту Томський 16 масою по 10 кг кожна. Термін розстилання однієї партії становив 20 діб, а другої – 30 діб. Показники якості одержаної трести визначалися за ГОСТ 2975-73 “Треста дльняная”. Отримані результати наведено в табл. 7.

Таблиця 7

Показники якості трести з різним терміном розстилання

Показники якості | Термін розстилання

20 діб | 30 діб

значення показника | бал | значення показника | бал

Довжина стебел, см | 68-69 | 35 | 63-64 | 32

Вміст волокна, % | 23 | 34 | 18 | 23

Міцність, даН | 25,0 | 30 | 10 | 20

Придатність | 0,83-0,85 | 12 | 0,77-0,79 | 10

Колір | 19 | 16

? балів | 130 | 101

Як видно з табл. 7, сума балів якості трести, одержаної за 20 діб, становить 130 одиниць, отже вона отримує номер 1,50, а треста з терміном приготування 30 діб має суму балів 101 од., тому номер цієї трести дорівнюватиме 0,75. Таким чином, економічний ефект від підвищення якості трести в результаті вибору оптимального терміну приготування за рахунок різниці цін на тресту різних номерів становитиме 225 грн./т.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено оптимальні параметри заготівлі, розстилу та механічної обробки лляної соломи. Теоретично обґрунтовано і досліджено залежність показників якості лляного волокна від параметрів технологічних процесів первинної переробки лляної соломи.

2. На основі кореляційного аналізу одержано залежності виходу лубу від довжини стебел лляної соломи різних сортів льону-довгунця, які з імовірністю 93,7 % дозволяють визначати за довжиною стебел відсотковий вміст лубу в соломі, що надходить на переробку.

3. Встановлено, що міцність лубу різних сортів льону-довгунця має високу кореляційну залежність від діаметра стебел соломи. Це дає можливість з імовірністю 96,9 % спрогнозувати міцність лубу за показниками діаметра стебел.

4. Рекомендовано використовувати одержані кореляційні залежності виходу та міцності лубу від біометричних характеристик лляної соломи під час розрахунків з постачальниками сировини без проведення її технічного аналізу.

5. Встановлено, що найбільш придатною для одержання волокна високої якості є лляна солома з середнім діаметром стебел 1,3-1,4 мм і довжиною 75,6-76,3 см, вихід лубу з якої становить 40-42 %, а його міцність досягає 25 даН.

6. Визначено оптимальний термін розстилання соломи для одержання лляної трести з показниками відокремлюваності 6,5-7,0 од., які забезпечують збереження міцності волокна і водночас зниження його лінійної густини, тобто досягнення високого ступеня розволокнення луб’яних пучків, що обумовлює високу прядильну здатність волокна.

7. За допомогою кореляційного аналізу залежності міцності, виходу та лінійної густини волокна від відокремлюваності встановлено, що із трести з оптимальними значеннями відокремлюваності 6,5-7,0 од. одержують найбільш міцне волокно з показниками розривного навантаження 13,3-15,2 даН і з лінійною густиною 118-126 текс. Одержані кореляційні залежності запропоновано ввести до державних стандартів для розрахунку показників міцності та лінійної густини волокна за показниками відокремлюваності трести.

8. На основі аналізу кореляційних залежностей міцності та лінійної густини волокна від тиску пружин у парах м’яльних вальців визначено оптимальні режими обробки трести на м’яльних машинах.

9. Впровадження результатів досліджень у виробництво дозволило підвищити якість трести від 0,75 до 1,5 номера за рахунок визначення оптимального терміну її приготування, який становить 20 діб. Економічний ефект від підвищення номера трести становить 225 грн. на тонну сировини.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шудрік І.В., Толмачев В.С., Рой О.О. Порівняльний аналіз показників якості бавовняного та лляного волокна // Легка промисловість. – 2006. – № 3. – С. 49-50. Дисертанту належить проведення математичних розрахунків.

2. Шудрік І.В. Кореляційний аналіз визначення оптимальних режимів обробки за показниками якості трести // Легка промисловість. – 2007. – № 1. – С. 50-52.

3. Шудрік І.В., Ляліна Н.П., Тіхосова Г.А. Вплив терміну приготування трести на якісні характеристики лляного волокна // Легка промисловість. – 2007. – № 2. – С. 46-47. Дисертанту належить дослідження фізико-механічних властивостей трести.

4. Шудрік І.В., Богданова О.Ф., Синіцина А.С. Можливості використання недеревної сировини для одержання целюлозних матеріалів // Праці Таврійської агротехнічної академії. – Мелітополь, 2005. – №. 25. – С. 46-47. Дисертанту належить хімічний аналіз сировини.

5. Шудрік І.В., Богданова О.Ф., Путінцева С.В. Ресурсозберігаючий метод одержання технічної целюлози з костриці льону // Матеріали науково-технічної конференції молодих вчених „Проблеми і перспективи в селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробці та стандартизації луб’яних культур”. – Глухів, 2006. – С. 108-110. Дисертанту належить розробка методу аналізу біометричних характеристик льону.

6. Шудрік І.В., Богданова О.Ф., Путінцева С.В. Виробництво деревинної маси з однолітніх рослин // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. – Мелітополь, 2005. – № 25. – С. 124-125. Дисертанту належить розробка методики оцінки біометричних характеристик лляної соломи.

7. Шудрік І.В., Богданова О.Ф., Синіцина А.С. Застосування конопель для одержання волокнистих напівфабрикатів // Легка промисловість. – 2006. – № 2. – С. 48-51. Дисертанту належить розробка технології розстилання луб’яних культур.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для одержання лляного волокна з високими показниками якості льонопереробним підприємствам необхідно враховувати такі рекомендації:

- найвищий вихід лубу з найбільшою міцністю можна одержати із лляної соломи з довжиною стебел 75,6 – 76,3 см і діаметром 1,3-1,4 мм;

- основні якісні показники лляного волокна, такі як лінійна густина, міцність і вихід волокна, можна підвищити за рахунок регулювання терміну розстилання соломи, оскільки він обумовлює основний показник якості трести – відокремлюваність. Її оптимальне значення знаходиться в межах 6,5-7,0 од., а оптимальний термін приготування трести становить 20 діб;

- найбільш придатне до подальшої переробки в прядінні лляне волокно з лінійною густиною 105-114 текс і мінімальною втратою міцності після механічної обробки можна одержати за рахунок підвищення тиску пружин у парах м’яльних вальців до 0,75 – 1,00 Н/см2.

АНОТАЦІЯ

Шудрік І.В. Визначення оптимальних параметрів заготівлі, розстилу та механічної обробки лляної соломи. – Рукопис.

Дисертація на здобуття