способ комплексной переработки длинных стеблей лубяной культуры

Формула изобретения

1. Способ комплексной переработки длинных стеблей лубяной культуры, характеризуемый тем, что при уборке лубяной культуры от стеблей отделяют зеленую массу, скашивают стебли, скошенные стебли разделяют на отрезки, отрезки скошенной лубяной культуры пропускают через по меньшей мере одну пару, содержащую средство подачи и разрушения стебля и перфорированный цилиндр, центральная ось которого расположена наклонно относительно поверхности земли, причем измельченную костру собирают под боковой поверхностью перфорированного цилиндра, а волокна выгружают из перфорированного цилиндра через торцевую часть, противоположную области загрузки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют две и более пар, включающий средство подачи и разрушения стебля и перфорированный цилиндр.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей в первую пару стебли разрезают на отрезки длиной 6-50 см.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства подачи и разрушения стебля используют вальцы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства разрушения стебля используют молотковую дробилку.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно собирают пыль и обрывки волокон, образующиеся при переработке стеблей.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для регулирования характеристик получаемых продуктов переработки изменяют режимы переработки стеблей.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделенную зеленую массу, содержащую листья и семена, перерабатывают с получением целевого продукта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области комплексной переработки длинных стеблей лубяных культур, преимущественно конопли, джута, кенафа и других лубяных растений с длинным стеблем, а также льна, и может быть использовано при получении волокна и костры, а также отделении образующихся примесей.

Известен (RU патент 2257704) способ уборки и подготовки к переработке стеблей лубяных культур, включающий срезание стеблей, подъем их с поля в виде ленты и формирование из них паковки с использованием подбирающего устройства и прессовальной камеры пресс-подборщика.

Недостатком известного способа следует признать неполноту использования стебля лубяной культуры, обусловленную отбрасыванием зеленой массы (листья и верхняя часть стебля), а также сложности удаления с поля длинных скошенных стеблей.

Известен также (RU патент 2384656) способ получения лубяного волокна, преимущественно из стеблей конопли, включающий подготовку слоя стеблей, их механическую обработку путем получения сырца при промине, трепание сырца с применением скользящего изгиба и очистку волокна от костры.

Недостатком известного способа следует признать неиспользование зеленой массы стебля лубяных культур, а также неполное отделение костры от волокон.

Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU патент 2461670) известный способ получения волокна из конопли. Согласно известному способу получения волокна осуществляют подготовку слоя стеблей, их механическую обработку путем получения сырца при промине, трепание сырца с применением скользящего изгиба и очистку волокна от костры, при этом в процессе подготовки слоя производят отделение у стеблей их соцветий, осуществляя последующую механическую обработку образованных масс участков стеблей и соцветий раздельно, в процессе промина каждой из образованных масс участков стеблей и соцветий производят резку получаемого сырца на отрезки длиной до 0,6 м, а очистку волокна от костры осуществляют путем соударения образованного сырца с перфорированной преградой и последующего его многократного встряхивания.

Отделение от совокупности стеблей их соцветий в процессе подготовки слоя для последующей раздельной механической обработки оставшихся участков стеблей и соцветий позволяет достигнуть следующих эффектов. Зная, что в вершиночных участках стеблей, а именно в соцветиях, расположено волокно с пониженным качеством, указанное отделение будет исключать смешивание в процессе механической обработки этих волокон с теми, которые имеются в оставшейся части длины стеблей - технической длине. Раздельное механическое выделение волокна из соцветий и из оставшихся участков длины стеблей обеспечит получение двух масс волокон, которые будут по-разному перерабатываться и использоваться для производства различных изделий. При этом в каждой массе волокон будет обеспечиваться пониженная неровность свойств, что облегчит процесс получения из них пряжи или иных полуфабрикатов.

Применение резки получаемого сырца на отрезки длиной до 0,6 м в процессе промина участков стеблей (соцветия или участки, связанные с комлем) позволяет упростить процесс последующего выделения и очистки волокна. Резка сырца в сравнении с резкой стеблей позволяет реализовать образование отрезков до 0,6 м непосредственно при промине в условиях движущегося материала с ориентацией стеблей вдоль перемещения потока. Это обусловлено пониженной жесткостью сырца. Образование отрезков до 0,6 м позволит использовать машины с меньшими габаритами для размещения таких отрезков в поле обработки - зоне трепания, исключить зажгучивание прядей и их намоты на вращающиеся детали машин. Кроме этого использование отрезков указанной длины обусловлено тем, что после их освобождения от тресты последующая переработка волокна будет производиться с использованием кардочесальных машин. Нормальная работа этих машин возможна при определенной штапельной длине волокон, которые, например, содержатся в отходах трепания пеньки. Средняя штапельная длина волокон в этом случае составляет 400 600 мм. Следует также отметить, что при длине отрезков сырца до 0,6 м появится возможность с меньшими трудностями формировать поток прядей сырца, ориентированных вдоль направления движения слоя обрабатываемого материала.

Осуществление очистки волокна от костры путем соударения образованного сырца с перфорированной преградой и последующего его многократного встряхивания позволяет повысить эффективность удаления костры и снизить затраты энергии на очистку. Это объясняется следующими обстоятельствами. Выполнение операций соударения тресто-волокнистой смеси о перфорированную преграду позволит перед многократным встряхиванием значительно облегчить волокнистую массу за счет выделения части костры. При этом, используя силы инерции, встряхивание массы волокон с трестой будет осуществляться в более рыхлом состоянии и на это потребуется меньше энергии.

Недостатком известного способа следует признать неполное отделение костры от волокон.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в увеличении полноты использования стебля длинностебельных лубяных культур.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ комплексной переработки длинных стеблей лубяных культур. Согласно разработанному способу при уборке лубяной культуры от стеблей отделяют зеленую массу, скашивают стебли лубяной культуры, скошенные стебли разделяют на отрезки, отрезки скошенной лубяной культуры пропускают через, по меньшей мере, одну пару, содержащую средство подачи и/или разрушения стебля и перфорированный цилиндр, центральная ось которого расположена наклонно относительно поверхности земли, причем измельченную костру собирают под боковой поверхностью перфорированного цилиндра, а волокна выгружают из перфорированного цилиндра через торцевую часть, противоположную области загрузки.

В предпочтительном варианте реализации в процессе уборки лубяных культур с длинными стеблями комбайн, срезающий стебли одновременно, либо отделяет верхушечную часть стебля с семенами и листьями, либо отделяет от верхушечной части стебля листья и семена растения. Зеленая часть стебля длинностебельных лубяных растений, а также их семена представляют собой ценное сырье для фармацевтической промышленности. Кроме того, они могут быть использованы для приготовления зеленых кормов для сельскохозяйственных животных и птиц. Отделенную зеленую массу конопли обычно собирают в бункер, который преимущественно установлен на комбайне. Однако возможен вариант реализации способа, когда зеленую массу, отделенную от стеблей лубяных растений, собирают в бункер, передвигающий по полю автономно. В зависимости от качества зеленой массы, а также от спелости семян возможны различные варианты реализации зеленой массы лубяных растений.

В качестве средства отделения зеленой массы от стебля может быть использовано любое известное средство такого типа (см., например, Долгов И.А. Уборочные сельскохозяйственные машины. Ростов-на-Дону, ДГТУ, 2003, Трубилин Е.И. Абликов В.А. Машины для уборки сельскохозяйственных культур. Краснодар, 2010). Указанное средство предпочтительно закрепляют на подвесе, причем желательно, чтобы конструкция подвеса обеспечивала возможность изменения положения средства отделения зеленой массы от стеблей относительно рамы комбайна в горизонтальной и/или в вертикальной плоскости. Поскольку скашиваемые стебли конопли могут быть различной высоты, желательно, чтобы конструкция подвеса позволяла осуществлять наклон средства отделения зеленой массы от стебля относительно поверхности земли. Перемещение средства отделения зеленой массы от подвеса относительно рамы может быть осуществлено гидравлически или механически. Величина перемещения может быть определена либо визуально, либо с использованием системы датчиков, определяющих оптимальное положение средства относительно отделяемой зеленой массы.

Средство отделения зеленой массы предпочтительно дополнительно содержит устройство перевода отделенной зеленой массы в бункер. Указанное устройство может быть выполнено в виде транспортера или представлять собой систему всасывания воздушной массы вместе с отделенной зеленой массой растения.

В качестве средства срезания стеблей может быть использовано любое средство, ранее применяемое для срезания растений с прочным стеблем (конопля, кенаф, кукуруза и т.д.). Конструкция указанных средств раскрыта в ранее упомянутых источниках информации (Долгов И.А. Уборочные сельскохозяйственные машины. Ростов-на-Дону, ДГТУ, 2003, Трубилин Е.И. Абликов В.А. Машины для уборки сельскохозяйственных культур. Краснодар, 2010).

В предпочтительном варианте реализации средство срезания стеблей представляет собой, по меньшей мере, два вращающихся на оси диска, на котором закреплены режущие элементы. Указанные диски закреплены на держателе в виде рамы, причем по держателю проходит средство, передающее движение привода комбайна на привод вращения дисков. Указанный держатель закреплен на раме комбайна с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Это позволяет регулировать высоту среза стержня. Указанный держатель в зависимости от конструкции комбайна может быть размещен как на его передней части, так и на боковой поверхности комбайна. Так, при выполнении комбайна самоходным держатель может быть расположен как на передней, так и на любой боковой части комбайна, а в случае использования варианта буксируемого комбайна держатель может быть расположен только на боковых частях комбайна. Перемещение держателя с режущими дисками в вертикальной плоскости может быть осуществлено либо гидравлически, либо механически. В некоторых вариантах реализации держатель может быть выполнен и с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Это позволяет оптимизировать условия срезания стеблей растений. Перед держателем с дисками могут быть установлены направляющие в форме вытянутых элементов, прикрепленных к боковым поверхностям держателя. Указанные направляющие позволяют сформировать квазисноп стеблей растений, что облегчает их срезание.

Срезанные стебли растения могут быть положены на землю и с использованием подборщика стеблей переданы на разрезание. Однако возможен вариант использования транспортера, на который помещают срезанные стебли, с последующей транспортировкой срезанных стеблей на разрезание.

Средство разрезания срезанных стеблей может быть выполнено любым известным образом с использованием технологии гильотинирования, движущихся навстречу друг другу режущих кромок, вращающегося диска и т.д.

В предпочтительном варианте реализации для разрезания срезанных стеблей на отрезки используют вал, выполненный с возможностью взаимного перемещения в вертикальной плоскости с основанием, на которое поступают срезанные стебли. На валу размещено несколько дисков с режущей кромкой. При этом диски на валу закреплены с возможностью принудительного изменения расстояния между ними. Это позволяет разрезать стебли на отрезки той длины, которая необходима при дальнейшей переработке отрезков стеблей.

Полученные отрезки стеблей могут по транспортеру поступать в емкость для их складирования, в кузов транспортного средства для их дальнейшей перевозки или на поверхность поля для дальнейшего сбора с использованием подборщика.

Использование пары - средство подачи и/или разрушения стебля и вращающийся перфорированный цилиндр, центральная ось которого расположена наклонно относительно поверхности земли - позволяет раздавить стебель лубяного растения с разрушением костры без разрушения волокон с последующим отделением частичек костры от волокон в процессе перемещения стеблей по вращающемуся перфорированному цилиндру. Перемещение стеблей по вращающемуся цилиндру происходит за счет одновременного вращательного движения перфорированного цилиндра и сил гравитации, что приводит к появлению дополнительного эффекта по удалению кусочков костры с волокон. Вращение цилиндра может быть как постоянным, так и шаговым. В этом случае удалению разрушенной костры с волокон будет способствовать и импульс шагового поворота перфорированного цилиндра.

При реализации пары «средство подачи и/или разрушения стебля -перфорированный цилиндр» желательно использовать средство, разрушающее костру, не нарушая при этом целостность волокна, а размер отверстий перфорации желательно привести в соответствие с размером частиц измельченной костры, которые в дальнейшем будут использованы. Наклон продольной оси перфорированного цилиндра, а также его длину выбирают таким образом, чтобы за время перемещения раздавленного стебля по цилиндру от стебля отвалилось максимальное количество костры. Усилие воздействия средства разрушения стебля на стебель регулируют таким образом, чтобы разрушить оболочку стебля без повреждения волокон.

Отверстия перфорации зависят от желательного размера отделяемых частичек костры, а также от желаемой степени очистки волокон от костры.

Для уменьшения размеров используемого оборудования желательно подвергать обработке отрезки длиной от 6 до 50 см. Длина используемого отрезка зависит от области применение получаемого волокна.

Средство подачи и/или разрушения стебля может быть выполнено в виде вальцов или транспортера, а средство разрушения стебля - в виде молотковой дробилки, мяльной машины, дискового очесывателя, дополнительных плющильных вальцов.

Обычно для регулирования характеристик получаемых продуктов переработки изменяют режимы переработки стеблей (скорость подачи отрезков стеблей в перфорированный цилиндр, скорость вращения цилиндра, угол наклона цилиндра и т.д.).

В процессе переработки стеблей лубяных культур возможно дополнительно собирать примеси, в том числе и пыль, образующуюся при переработке стеблей лубяных культур. В некоторых вариантах реализации способа собранную пыль гранулируют.

В базовом варианте при переработке конопли разработанный способ используют следующим образом.

Стебли созревшей конопли с предварительно отделенной верхушечной частью при уборке конопли разделяют на отрезки длиной от 6 до 50 см. Отрезки стеблей помещают в бункер, из которого по транспортеру подают отрезки к вальцам первой пары «вальцы - перфорированный цилиндр». В процессе движения по транспортеру происходит ориентирование отрезков перпендикулярно продольной оси вальцов. При прохождении через вальцы происходит раздавливание отрезков стеблей с разрушением внутреннего слоя и образованием частичек костры. Из вальцов раздавленные отрезки стеблей конопли поступают через открытую торцевую часть внутрь вращающегося перфорированного цилиндра, установленного под углом к поверхности. За счет вращения перфорированного цилиндра и сил гравитации раздавленные отрезки стеблей перемещаются вдоль поверхности перфорированного цилиндра. В процессе перемещения происходит взаимное перемещение раздавленных отрезков стеблей, что дополнительно отделяет частички костры от волокон. Отделившиеся частички костры через отверстия перфорации проваливаются вниз, где их собирают как один из целевых продуктов переработки. Сбор частичек костры может быть осуществлен как на транспортер, так и на установленный под перфорированным цилиндром поддон. При прохождении через перфорированный цилиндр отрезки стеблей поступают в следующие вальцы, где происходит дополнительное раздавливание отрезков, с последующим попаданием в следующий перфорированный цилиндр.

Для максимально возможного отделения частичек костры от волокон используют несколько пар «вальцы - перфорированный цилиндр».

Использование разработанного способа позволяет увеличить степень отделения костры от волокна конопли при разделении стеблей конопли на костру и волокно до 100%