Повышение эффективности шелководства на базе новых технологий с использованием разработанных технических средств

Состояние проблемы и актуальность исследований темы.

Натуральный шелк пользуется большим спросом во многих странах. По потребительским свойствам он выше других текстильных волокон. Большая прочность, высокая упругость, гигроскопичность, красота тканей, незаменимость до сих пор шелкового волокна в некоторых технических производствах, делает натуральный шелк уникальным.

По ряду причин шелководство во многих регионах СНГ, в том числе в Украине и России, фактически пришло в упадок, особенно за последние 10−12 лет. Это подтверждает наш запрос о состоянии науки и практики в шелководстве СНГ по данным интернета за эти годы.

Объем производства коконного сырья в Украине сократился в несколько раз. Продукция отрасли, в новый период рыночных отношений, не конкурентноспособна на внутреннем и внешнем рынке в связи с большой себестоимостью и низким качеством сырья (Э.Х.Таджиев, Н. Нурмухамедов, 1984; В. А. Головко, А. З. Злотин, 199ЭЭ.Х.Таджиев, А. К. Каримов, Б. Т. Саипов, 1994; Дж. Шаванси, 1992).

Однако анализ развития отрасли в нашем регионе, в СНГ, результаты научных наработок и опробирование их в условиях производства позволяет оптимистически взглянуть на проблему повышения эффективности и возрождения шелководства.

В Китае, Японии, Индии, Вьетнаме и некоторых других странах традиционного шелководства применяют многократные, 4−8 кратные выкормки шелкопряда. В Украине, России и других странах СНГ имеют место только однократные выкормки, что очень сдерживает развитие отрасли. Причин этому много, например, отсутствие подготовленной кормовой базы, средств механизации и автоматизации на большинстве технологических процессов, недооценка значения и возможностей отрасли дерективными органами и как следствие незаитересованность работников в эффективности непривлекательного, в основном, тяжелого ручного труда, приносящего доход только около трех месяцев в году.

Отсутствие технических средств на основных процессах в гренопроизводстве, заготовке и раздаче корма шелкопряду, выкормке, на базах первичной обработки коконов, несовершенная технология не учитывающая внедрение новой техники и многое другое не позволяет вывести шелководство на более высокий уровень.

Сложные технологические процессы требуют высокой квалификации и многолетнего опыта специалистов, что часто отсутствует из-за низкой оплаты труда, большой текучести кадров при преобладании ручного, непроизводительного труда.

Ученым и специалистам предстоит еще очень многое сделать, однако, широкое использование уже того, что сделано и разработано, успешно испытано и внедрено в некоторых хозяйствах, позволит серьезно поднять технический уровень отрасли, снизить трудозатраты, себестоимость продукции и улучшить ее качество.

Шелководство во всем мире до настоящего времени остается самой слабомеханизированной отраслью сельского хозяйства. Главными причинами этого всегда были специфика отрасли, дешевая рабочая сила в странах традиционного шелководства и трудности в создании технических средств, обеспечивающих качественную работу с живым биологическим продуктом (Р.А.Гусейнов, 1970; К. М. Рождественский, 1970; Ю. М. Ремидовский, Э. Х. Таджиев, А. М. Мирзаходжаев, 1980; В. Я. Янов и др., 1984).

Одним из важных путей повышения народнохозяйственного значения отрасли считаем усовершенствование технологии производства грены и коконов тутового шелкопряда на основе комплексной механизации основных процессов в шелководстве.

В мировом шелководстве также много проблем. Это периодические подъемы и спады спроса на изделия из натурального шелка, также низкий уровень механизации трудоемких процессов (В.А.Головко, А. З. Злотин,.

И.А.Кириченко, 1993). Основной производитель коконного сырья — Китай, не ф1 имеет серьезных технических средств на основных технологических процессах (В .А.Головко, 1991; Дж. Шаванси, 1992). Однако, уникальное трудолюбие китайцев, качественное, строгое выполнение технологических требований, позволяет им удерживать мировое лидерство в объеме производства коконов и шелка-сырца. Такое же положение с механизацией в Кореи, Вьетнаме, Индии, Болгарии и др. Это еще одна предпосылка необходимости широкого внедрения созданной у нас техники и усовершенствованой технологии, что позволит выгодно конкурировать с другими странами.

В Японии (также одной из ведущих стран шелководства) в настоящее I время наблюдается резкое снижение производства коконов и как результат, шелка-сырца. Причина та же — трудоемкость производства, уход работников в другие более популярные отрасли. Хотя процессы несколько лучше механизированы, чем в других странах. Но это в основном малая кустарная механизация и ее тоже далеко недостаточно. Большой спрос на натуральный шелк привел к тому, что Япония импортирует коконы и шелк-сырец из Кореи, Китая, частично из СНГ, ведутся переговоры о создании совместных предприятий (А.М.Мирзаходжаев, А. К. Каримов, 1988; Дж. Шаванси, 1992). 1 Решению научных и практических вопросов увеличения производства коконного сырья и повышению его качества на основе механизации технологических процессов посвящены работы ряда ученых и практиков (Р.М.Мухамеджанова, 1982; А. Мирзаходжаева, 1991;1994; Ж. Мурадова, 1982; Н. Ф. Опанасенко, 1981;1984; В. А. Струнникова, 1960; А. Ф. Свиридова, 1969; ГЯ. Цай, 1983; Э. Ф. Шапакидзе, 1992;1993; В. Я. Янова, 1984). Однако, эти исследования фрагментарны и их результаты слабо внедряются в производство.

Работы направленные на усовершенствование технологии шелководческих процессов путем широкого внедрения комплексной • механизации и автоматизации позволят снизить трудозатраты, повысить качество продукции. Более привлекательный механизированный труд уменьшит текучесть кадров и даст толчок к более эффективному использованию достижений ученых в шелководстве. Поэтому эти исследования и разработки представляют теоретический и практический интерес.

Уровень механизации в гренопроизводстве составляет менее 30%- на базах первичной обработки коконов до 35%- на выкормке гусениц не более 12% (В.Я.Янов, С. А. Сабиров, СЛ. Павляк, 1984). На производство 1 кг коконов в Узбекистане (ведущей шелководческой стране СНГ) затрачивается 7−12 чел/час, а выход шелка-сырца из сухих коконов составляет 32−35%, тогда как в передовых шелководческих странах мира эти показатели составляют 2,5−3 чел/час и 40−42% (А.М.Мирзаходжаев, В. Я. Янов, 1994).

Узкосезонность, раздробленность, сложность технологических процессов, отсутствие баз подготовки технических специалистов и другоепричины низкого уровня механизации и автоматизации шелководства. Для такого короткого (15−30 дней) срока эксплуатации, неэффективно и порой экономически невыгодно приобретать относительно сложные и дорогостоящие машины, содержать в хозяйствах, проводящих одну выкормку в год, соответствующую технику, которую должны обслуживать квалифицированные специалисты. Материально-техническая база шелководства за последние 40 лет почти не менялась, а с 90-х годов прошедшего столетия еще более ухудшилась.

Поэтому рост производства коконов не сопровождается снижением себестоимости продукции и повышением ее качества, а наоборот, так как эти показатели находятся в прямой зависимости от уровня механизации отрасли.

Реализация коконов на договорной основе по свободным ценам, коллективная форма организации и оплаты труда требуют изыскания новых экономических путей производства коконов и повышения их качества. От решения этих вопросов будет зависеть доход работников отрасли, их заинтересованность и развитие отрасли в целом. В первую очередь, необходимо пересмотреть направление работ научных и конструкторских организаций и переориентировать их на создание простых, дешевых средств малой механизации, совершенствование технологии и модернизацию существующей техники.

Связь работы с научными планами, темами. Диссертация выполнена в соответствии с тематическими планами и темами научно-исследовательских работ Туркменского научно-исследовательского института земледелия, по проблеме OCX 25, теме 03.03, номер госрегистрации № 6 328 437, Украинского института шелководства УААН, по заданию 08, УДК 63 824, номер госрегистрации OA 1 001 241 Р, и Украинского института животноводства УААН, по заданию П. 06.07.

По всем темам автор диссертации являлся руководителем и ответственным исполнителем.

Цель и задачи исследований. Разработать способы технологических процессов шелководства на базе создания новых технических средств.' Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Изучить существующие традиционные технологические процессы гренажного производства, выкормки гусениц шелкопряда, раздачи кормов, промышленного микроанализа бабочек шелкопряда, определения шелконосности коконов для выявления недостатков технологий;

2. Исследовать физико-механические свойства продуктов обработки — грены, бабочек шелкопряда, перфорируемой бумаги и др.

3. Разработать и испытать новые механизированные технологии для следующих трудоемких процессов шелководства: изготовления съемников и изоляционных мешочков для гусениц, грены и бабочек шелкопрядасоздания микроклимата в червоводнях, морки и сушки коконовопределения шелконосности коконовприготовления препаратов для промышленного микроанализа бабочек шелкопрядаотбраковки дефектной грены в воде и растворе поваренной солирасфасовки промышленной грены.

4. Определить оптимальные параметры и режимы работы созданных нами машин и их систем автоматического управления;

5. Изучить эффективность применения новых технических средств и дать сравнительную экономическую оценку базовых и новых технологических процессов шелководства;

6. Разработать рекомендации производству по повышению эффективности шелководства на базе создания новых средств механизации и автоматизации трудоемких процессов.

Объектами исследований являлись технологические процессы шелководства, новая техника на этих процессах, грена, коконы, бабочки шелкопряда, бумага для изготовления съемников и изоляционных мешочков, тепловые режимы гелиоустановок. Работа проводилась в период с 1969;2002 г. г. в научно-исследовательских институтах Туркменистана и Украины на гренажных заводах основных шелководческих регионов СНГ (рис.1).

Основные положения выносимые на защиту. анализ изучения традиционных технологий основных наиболее трудоемких процессовтеоретические предпосылки некоторых вопросов исследования и их использование в решении практических задач (показатель сыпучести грены, форма и размеры основных узлов новых конструкций, условия работы систем автоматического управления в опытных установках, производительность и точность новых машин) — результаты изучения основных физико-механических свойств продуктов обработки-грены, бабочек, бумаги для перфорирования и др.- результаты исследования оптимальных параметров и режимов работы новых средств механизации и автоматизациихарактеристики новых усовершенствованных механизированных технологических процессов шелководства;

Рис. 1. Общая схема исследований по повышению эффективности технологических процессов шелководства перспективы использования нетрадиционных источников энергии на некоторых процессах шелководстваэффективность новых технологических процессов шелководства и уровень их рентабельности.

Научная новизна полученных результатов. Автором разработано новое направление комплексной механизации ряда технологических процессов гренажного производства, заготовки корма шелкопряду, промышленного микроанализа бабочек шелкопряда на зараженность возбудителями болезней, показаны пути энергосбережения на основе использования нетрадиционных источников тепла, что подтверждается 8 авторскими свидетельствами [3540,51,52].

Впервые теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены некоторые важные физико-механические характеристики грены, бабочек тутового шелкопряда, выведены эмпирические формулы, связывающие оптимальные параметры новых машин, режимов их работы со свойствами продуктов обработки и их качеством. На этой основе создан комплекс принципиально новых средств механизации и автоматизации, и усовершенствованы технологии на основных наиболее трудоемких процессах производства коконов и грены.

Практическое значение полученных результатов. Производственная апробация подтвердила высокую эффективность использования новой механизированной технологии на процессах шелководства. Новая техника и технология внедрен. на гренажных заводах Украины, России, Туркменистана, Узбекистана, Грузии, Молдавии (Преднестровье) и Болгарии.

На большинство разработанных нами технических средств изготовлены комплекты технической документации, рабочих чертежей, отвечающих требованиям ЕСКД (единой системы конструкторской документации). Это может ускорить изготовлени серийных партий новых машин.

Опытные образцы этой техники демонстрировались на ВДНХ бывшего } СССР и отмечены 9 медалями выставки (1 золотая, 4 серебряных и 4 бронзовых), на Международной выставке в Ираке (Багдад, 1990 г.).

За разработку и внедрение в производство новых технологий и комплекса машин автор удостоен почетных званий — «Заслуженный изобретатель Туркменистана» и «Лауреат Государственной премии в области науки и техники» (1989 г.).

Апробация результатов диссертации. Материалы исследований докладывались и получили положительную оценку на:

— научно-технической конференции смотра работ молодых ученых t Туркменской ССР в области сельскохозяйственной науки (Ашхабад, 1974);

— годовых отчетных конференциях научно-исследовательской работы сотрудников ТСХИ (Ашхабад, 1975;1977);

— годовых республиканских координационных советах ТНИИ Земледелия МСХ ТССР (АшхабадД 975−1991);

— Всесоюзной научной конференции по обеспечению сельского хозяйства приборами (Москва, 1975);

— 5-ом Всесоюзном научно-техническом совещании по автоматизации производственных процессов в растениеводстве (Минск, 1978);

— встрече специалистов с новаторами машиностроения на ВДНХ СССР (Москва, 1979);

— 6-ом Всесоюзном научно-техническом совещании по автоматизации производственных процессов в растениеводстве (Каунас, 1982);

— Всесоюзной научной конференции по применению элементов электроники и робототехники в сельском хозяйстве (Рига, 1985);

— Международном симпозиуме по шелководству (Харьков, 1991);

— Международной научной конференции «Идеи И. И. Мечникова и? развитие современного естествознания» (Харьков, 1996);

— научно-практической конференции «Проблемные вопросы развития шелководства» (Харьков, 1993);

— юбилейной Международной научно-практической конференции «150 лет ХЗВИ» (Харьков, 2001).

Публикации. Список опубликованных работ по теме диссертации включает 55 источников. Общий объем печатных листов190. В том числе 34 в научных статьях, в 1-ой отдельной брошюре, в 8 авторских свидетельствах, 5-ти рекомендациях в с.-х. производство по законченным научно-исследовательским работам и 7 в материалах научных конференций.

выводы.

1.В мировом шелководстве, особенно в Украине и других странах СНГ, до настоящего времени преобладает экстенсивная технология. Уровень механизации отрасли один из самых низких в сельском хозяйстве. Поэтому важным путем повышения рентабельности и конкурентноспособности отрасли является усовершенствование технологии на базе создания и внедрения новых эффективных средств механизации и автоматизации трудоемких процессов.

2.Наиболее высокая эффективность шелководства достигается при использовании новых механизированных технологий с применением созданных нами машин и установок, которые имеют ряд существенных преимуществ по производительности, качеству обработки материала и более экономичны в сравнении с базовыми техническими средствами.

3.Производительность на процессах заготовки корма увеличивается в 5−6 раз, выкормки шелкопряда в 1,5−1,7 раза, изготовлении съемников в 2 раза, определении шелконосности коконов в 3−4 раза, изготовлении изоляционных мешочков в 2,5 раза, промышленном микроанализе бабочек в 3 раза, отбраковки дефектной грены в 6−7 раз, расфасовки грены в 5−6 раз.

4.При создании машин для перфорирования бумаги для съемников и изоляционных мешочков были определены: коэффициенты трения бумаги о конструкционные материалы, оптимальные зазоры между матрицей и пуансоном (5−10% от толщины обрабатываемого материала, зазоры 0,05−0,10 мм), оптимальная скорость протяжки ленты — 70 м/ч. Была выведена формула зависимости усилия пробивки отверстий от толщины пакета листового материала, диаметра отверстий и их количества, от состояния режущих кромок.

5.Исследование теплового баланса гелиоэлектрической установки показало, что при наружной температуре 20−25° С, в камере воздух прогревается до 7580° С, что достаточно для обеспечения морки и сушки коконов и создания микроклимата в червоводне. Под воздействием прямых солнечных лучей прочность шелка снижается от 8,6 до 31,3%, упругость нити снижается от 28,0 до 55,6% за период опыта, 10−50 часов при 25° С.

6.Погрешность нашего прибора для определения шелконосности зависит в основном (кроме погрешности самих весов) от несоответствия дугового хода стрелки весов и прямой процентной шкалы прибора. Это несоответствие подчиняется математическому закону параболы. Этот вывод позволил создать автоматический регулятор, снижающий погрешность прибора.

7.Для более точного определения шелконосности коконов, нами предложен коэффициент изменения массы коконов Км, являющийся функцией от среднедневной температуры, влажности и времени от начала приемки коконов до определения шелконосности. В новом приборе этот коэффициент учитывается перемещением пластины — метки «100%» относительно подвижной шкалы влево при Км <1 и вправо при Км >1. При этом, в отличие от традиционной технологии образцы коконов берутся не весовым, а объемным способом и шелконосность (%) определяется сразу по процентной шкале прибора.

8.Изучены физико-механические свойства сухих бабочек, весовая, объемная и размерные характеристики, как объекта микроанализа на зараженность. По геометрической модели тела бабочки выведена формула для определения их л объема (0,9−2,93 см) и эмпирическая формула связывающая время измельчения, модуль помола (Ки) и частоту вращения измельчающего органа. Модуль помола предложен и обоснован нами как основная характеристика измельчения.

9.Для измельчения бабочек ударным методом до необходимой степени (К&bdquo- > 0,4) требуются окружные скорости молотков порядка 10−15 м/с. Объем рабочего цилиндра-смесителя для обработки максимального количества бабочек (100 шт) должен быть 628−785 м3, проходные отверстия для загрузки-не менее 30 мм. Средняя масса сухих бабочек исследованных пород шелкопряда (Туркменская и Белококонная) колеблется в пределах от 153,0±9,0 до 212,7±8,7 мг.

Ю.Производственные испытания новой механизированной технологии отбраковки дефектной грены в жидкости показали следующие результаты: оживляемость нормальной грены 96,3−98,48% (контроль 92,84%), нормально-засоренной грены — 92,56−93,72% (контроль 91,9%), i полноценной гтгены Г в отходах, до ] % и степень засоренности товарной грены не более 0,5%, что соответствует агротехническим требованиям (АТТ).

11.Наилучшие результаты по качеству и производительности отбраковки дефектной грены получены при скорости активатора машины до 700 об/мин, зазоре плоскости активатора со стенкой бункера — 8 мм., оптимальной партии грены до 2600 г и при варианте новой технологии с использованием двух машин по схеме «вода-соль-вода» (челночный способ).

12.0пределены физико-механические характеристики грены — коэффициент трения грены о конструктивные поверхности, объемная масса, угол естественного откоса и новая, безразмерная величина — показатель сыпучести, позволившие точнее расчитать параметры бункеров, питателей и каналов прохождения грены.

13.Показатель сыпучести (Кс), как функция от угла естественного откоса или объемной массы характеризует физико-механические свойства грены. Эта величина практически применена нами для определения диаметров отверстий питателей дозатора и может быть использована в исследовании любых сыпучих продуктов.

14.Оптимальная высота бортов весового бункера дозатора при использовании специальных перегородок в гренопроводах — 30 мм, без перегородок — 85 мм.

15.Внедрение новых механизированных технологических процессов шелководства позволяет существенно повысить уровень рентабельности производства. При однократной выкормке шелкопряда получены следующие показатели рентабельности на процессах: изготовление съемников — 87,2% (традиционный процесс-1,9%), изготовление изоляционных мешочков — 90% (12,2%), выкормка — 41,0% (17,9%), определение шелконосности коконов -80,9% (10,4%), промышленный микроанализ бабочек — 82,2% (2,4%), отбраковка дефектной грены — 165,5% (2,4%), расфасовка грены 124,0% (10,5%). При многократной выкормке (как в передовых шелководческих странах), эффективность процессов и уровень рентабельности еще более возрастают. Так, при трехкратной выкормке шелкопряда, на процессе определения шелконосности рентабельность увеличивается до 154,8%.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. С целью повышения эффективности и конкурентноспособности шелководства более широко применять разработанные нами технические средства на трудоемких процессах изготовления съемников и изоляционных мешочков, выкормки шелкопряда, определения шелконосности коконов, промышленного микроанализа бабочек, отбраковки дефектной грены и расфасовки грены.

2. Использовать наши инструкции по эксплуатации средств механизации и автоматизации шелководства и рабочие чертежи машин выполненные в соответствии с требованиями ЕСКД (единой системы конструкторской документации).

3. Внедрять новую технологию определения шелконосности коконов, отличающуюся от традиционной тем, что образцы коконов подбираются не весовым, а объемным способом, При этом, взрезка коконов, разделение оболочек и куколок проводится до взвешивания и шелконосность определяется по условному соотношению компонентов оболочек и куколок, что повышает производительность и качество процесса.

Для более точного определения шелконосности коконов, применять коэффициент изменения массы коконов, равный отношению массы коконов до и после составления среднедневной пробы и зависящий от температуры, влажности воздуха и промежутка времени до определения шелконосности.

4. В технологическом процессе промышленного микроанализа при приготовлении препаратов пользоваться эмпирической формулой связывающей время измельчения бабочек, модуль помола и скорость измельчения.

Модуль помола (Ки) должен быть не менее 0,4, что гарантирует чистоту препарата, надежность в обнаружении спор болезней и отсутствие перезаражения партий бабочек.

5. В процессе отбраковки дефектной грены в воде и растворе поваренной соли применять наиболее эффективный вариант технологического процессадве машины УДГ-ЗМ, настроенные одна на воду, а другая на раствор, по схеме «вода-соль-вода», челночным способом, по рекомендованным оптимальным програмным циклам.

6. Для снижения погрешности при расфасовке грены дозатором АДГ-100 использовать новый коэффициент — показатель сыпучести (Кс), позволяющий определять величину отверстия питателя для любой породы грены.

7. Широко внедрять многократные выкормки тутового шелкопряда, что позволит резко повысить объем производства и его рентабельность, особенно при использовании новых механизированных технологий.

Заключение

.

Изучение традиционной технологии расфасовки промышленной грены показывает, что повышение эффективности этого трудоемкого процесса возможно только при разработке и внедрении механизированной технологии. С этой целью проведены исследования физико-механических характеристик грены, как биологического продукта дозирования. Найдены и изучены величины коэффициентов трения, объемной массы, угла естественного откоса для грены основных пород и гибридов.

Объемная масса грены (у) находится в зависимости от ее угла естественного откоса (р) и эта зависимость выражается выведенной нами эмпирической формулой.

Нами предложена и обоснована новая безразмерная величина показателя сыпучести (Кс), как функция от угла естественного откоса, которая в достаточной для технических расчетов мере характеризует физико-механические свойства грены. Эта величина была использована нами для определения оптимальных величин диаметров отверстий питателя дозатора грены и может быть использована в исследовании любых сыпучих продуктов.

Объемная масса грены может быть выражена и через показатель сыпучести.

Теоретический анализ работы дозатора позволил определить формулу производительности прибора, а экспериментальные исследования дали возможность уточнить ее.

Проведено теоретическое исследование работы основной контактной группы дозатора, что позволило решить практическую задачу правильного выбора и расчета узла автоматического управления нового прибора.

Найдены оптимальные параметры питателей весового бункера и др. узлов дозатора в зависимости от показателя сыпучести любой породы грены.

Результаты проведенных исследований использованы нами при создании опытного образца дозатора, конструкция, параметры узлов и электрическая схема которого отвечают специфичным требованиям равешивания промышленной грены тутового шелкопряда.

Экономия от внедрения новой механизированной технологии на одном гренажном заводе при однократной и трехкратной выкормке составляет соответственно 8370 и 32 310 руб.

Окупаемость одного дозатора грены 2,8 и 0,74 года.

Уровень рентабельности очень высокий т.к. кроме повышения производительности в 5−6 раз, новая технология позволяет существенно сократить условные потери грены от провесов, имеющих место в существующем традиционном процессе расфасовки грены на производстве.

Автоматические дозаторы грены АДГ-100 внедрены на гренажных заводах Туркменистана, Узбекистана, Грузии, Молдавии (Преднестровье), Украины, России и Болгарии. Они демонстрировались на ВДНХ (бывшего СССР), ВДНХ Туркменистана, на Международной ярмарке в Багдаде (Ирак).

РАЗДЕЛ 3.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Мировое производство и потребление шелка на протяжении последних десятилетий увеличивается. Но этот рост происходит в основном благодаря двум странам — Китаю и Индии. Обьем общемирового производства шелкасырца составляет 70 000 тонн.

Из них на долю Китая приходится более 40 000, а Индии — 10 000 тонн. Около 95% общего объема экспорта приходится на один Китай. Основные причины этого: — низкая цена (около 45 доларов США за кг);

— обьем производства в этой стране выше уровня потребления;

— возможность поставки шелка — сырца высокого качества.

Существует общий дефицит мирового производства шелка — сырца по сравнению с потреблением.

Почти во всех остальных странах — производителях шелка наблюдается отсутствие роста производства или его снижение. В число этих стран входят и шелководческие регионы стран СНГ, в том числе Украины и России. Будущее увеличение производства продукции шелководства будет зависить от способности этих стран производить продукцию с более высоким качеством для обеспечения конкурентоспособности цены.

Это зависит от многих факторов: генетического качества шелкопряда, методов селекции, эффективности технологических процессов и методов разматывания коконов, качества кормов и др.

Все эти факторы во многом зависят от научно-технического прогресса.

В настоящее время шелководство вступает в новый этап, когда породы тутового шелкопряда используются не только для производства натуральной шелковой ткани, но и как биотехнический инструмент.

В лабораториях Японии, Франции и США проводятся исследования, направленные на получение протеина с помощью трансгенных тутовых шелкопрядов. Таким образом, очевидно, что тутовый шелкопряд имеет будущее, поскольку во всем мире проводятся исследования по усовершенствованию технологии шелководства и тутового шелкопряда как биологической модели (Дж. Шаванси. 1992).

Шелководство во всем мире до настоящего времени остается самой слабомеханизированной отраслью сельского хозяйства. Основной производитель коконного сырья и шелка — сырца — Китай, не имеет серьезных технических средств на основных технологических процессах.

Поэтому одним из важных путей повышения рентабельности и конкурентоспособности отрасли считаем усовершенствование технологических процессов шелководства на базе создания и внедрения эффективных средств механизации и автоматизации. В этом направлении и проводилась научно-исследовательская и конструкторская работа отраженная в данной диссертации.

На рис 52 приведена схема новых (усовершенствованных нами) технологических процессов шелководства и разработанных для этого средств механизации и автоматизации обеспечивающих их эффективность.

Решая вопрос усовершенствования трудоемкого технологического процесса заготовки корма шелкопряду с широкорядных плантаций шелковицы мы пришли к выводу, что рекомендуемый некоторыми авторами (Н.Ф.Опанасенко, Г. Я. Цай. 1984) в качестве рабочего органа для жаток шелковицы дисковый тип ножей не может быть эффективно использован в мобильных сельскохозяйственных машинах для этой цели по ряду причин. Это усложнение конструкции с передачей вращения, обеспечение защиты ножа (фрезы) от поломок при колебаниях агрегата и сложностями с соблюдением техники безопасности. Такие рабочие органы могут быть рекомендованы в электрофицированных ручных веткорезах или в машинах для срезания кулаков (пней) шелковицы при омолаживании плантаций.

Главным недостатком машины с сегментным типом режущего органа является низкое качество резания (Б.Ф.Пилипенко, Н. Т. Ничипоренко. 1972, А. В. Петров и др. 1978).

Выкормка Микроклимат Морка и сушка Приемка шелкопрядаwв червоводне .- Р" коконов -> коконов.

Устройство для изготовления съемников.

Новый комплект выкормочного оборудования.

Гелио-электрическая установка.

Устройство для взрезки коконов.

Устройство для определения шелконосности коконов.

Устройство для приготовления препаратов УПП-1, УПП-4.

Ручное растирание живых бабочек.

Устройство для изготовления изоляционных мешочков УПБ-2.

Классификатор грены УКГ-1.

Устрой-ство для отбраковки дефектной грены УПМ-ЗМ.

Автоматический дозатор грены АДГ-100.

Автоматические устройства регулировки влажности и температуры.

Рис. 52. Схема новых технологических процессов шелководства.

Нашими исследованиями установлено, что причинами некачественного резания являются: несоответствие скоростей движения агрегата с перемещением сегментных ножей и механизма захвата ветвей, недостаточный прижим ножей и качество их заточки. Разработанная жатка шелковицы ЖШ-К для кустовых плантаций лишена этих недостатков и отвечает агротехническим требованиям.

Поврежденность ветвей шелковицы при срезании наблюдалась стабильно только при их толщине более 30 мм. Таких ветвей по АТТ не должно превышать 3%. Производительность новой, механизированной технологии при заготовке кормов шелкопряду 0,5 га/ч, что в 5−6 раз выше существующего ручного труда на процессе.

Изучение традиционных процессов изготовления съемников и изоляционных мешочков на гренажных заводах показывает, что ручной труд и использование устаревшей техники повлекли за собой низкую рентабельность на этих процессах. Так уровень рентабельности при изготовлении съемников 1,9%, а при изготовлении изоляционных мешочков 12,2%. Это отрицательно сказывается на себестоимости продукции.

С целью создания новых эффективных средств механизации, нашими исследованиями определены физико-механические свойства материала обработки, оптимальные параметры конструкций и режимов работы. Найдены коэффициенты трения бумаги о некоторые материалы, определены оптимальные зазоры между матрицей и пуансоном, скорость протяжки ленты, выведена математическая зависимость усилия пробивки отверстий от толщины пакета листового материала, диаметра пробиваемых отверстий и их количества, от состояния режущих кромок механизма.

Созданные машины имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с базовым вариантом, прессом БПП-1. Стоимость нашей машины для изготовления съемников более чем в 9 раз меньше БПП-1, производительность выше в 2 раза, потребляемая мощность меньше в 5 раз. Уровень рентабельности на процессе повысился до 87,2%.

Соответственно, новая наша машина для изготовления изоляционных мешочков в УПБ-2 более чем в 14 раз имеет меньше стоимость, производительность выше в 2,5 раза, мощность электропривода меньше в 15 раз. Уровень рентабельности 90,0%.

С целью усовершенствования технологического процесса выкормки шелкопряда был разработан новый комплект выкормочного оборудования, состоящий из электрифицированного агрегата для раздачи корма и удаления подстилки и специальных стеллажей с механизмом для смены подстилки. При проведении опытных выкормок шелкопряда была дана эксплуатационно-технологическая оценка усовершенствованного процесса с новым оборудованием. По сравнению с контрольной ручной выкормкой производительность на процессе увеличилась в 1,5−1,7 раза, количество обслуживающего персонала уменьшилось с 10 человек на контроле, до 3 человек на новом процессе. Общие потери корма и подстилки меньше допустимой нормы по агротехническим требованиям. Определено, что для достижения максимального экономического эффекта высота выкормочного помещения должна быть не менее 3,5 м, ширина не меньше 8 м и длина 20−30 м. С 60 м опытной выкормочной площади с комплектом оборудования, урожайность составила в среднем 67 кг коконов с одной коробки грены, что является хорошим показателем.

Применение нового комплекта выкормочного оборудования обеспечивает своевременную смену подстилки, раздачу корма и уход за гусеницами, благоприятно отражается на жизнеспособности шелкопряда.

Повышается экономическая эффективность процесса. Уровень рентабельности увеличивается с 11,5% на контроле, до 56,2% на новом процессе.

Изучение традиционных технологий морки и сушки коконов, обеспечение микроклимата в червоводнях при выкормке шелкопряда показывает, что использование теплогенераторов для этих целей экономически невыгодно, а применение электрических камер и газового способа (с помощью бромистого метила) влечет снижение качества коконного сырья и эти способы пока несовершенны (А.Т.Перелыгин. П. Т. Пивоваров. 1972, А. Ф. Аюпов и др. 1993, М.Мирзоходжаев. 1993, Э. М. Алиев, Б. А. Захидова и др. 1993).

Хорошие перспективы в данном направлении видятся в использовании гелиоустановок для полного использования в южных шелководческих регионах и частичного в других (Ж.Мурадов, Р.Байджанов. 1982).

Исследования с помощью разработанной нами конструкции опытного образца гелиоэлектрической установки показали, что без дополнительного электроподогрева, при наружной температуре 20−25 °С в камере установки воздух прогревается до 75−80 °С, что достаточно для обеспечения морки и сушки коконов и создания микроклимата в червоводне.

Такой температурный режим можно стабильно создавать, учитывая, что сезон выкормки, морки и сушки коконов проходит в теплый, солнечный период (май-июль).

Опыты и расчеты показывают, что в этот период (по Харьковской и Полтавской областям), с одного м3 рабочей поверхности трубчатого коллектора притопленного в зачерненный песок (аккамулятор тепла) можно получить в среднем 75−80 кг воды в сутки, нагретой до 60 °C. Наши исследования также показали, что под непосредственным воздействием солнечных лучей ухудшаются прочностные качества шелка в коконах от 8,6 до 31,3%, резко снижается упругость нити от 28,0 до 55,6% при воздействии прямых солнечных лучей в период 10−50 часов.

Один из важнейших технологических процессов в производстве коконов, определение их шелконосности проводится с большими трудозатратами.

Из технических средств на процессе применяются только технические весы. Разработки некоторых авторов по созданию приборов для непосредственного определения показателя шелконосности коконов пока не реализованы в производство, (Л.Ф.Аюпов и др. 1987, Б. С. Агзамов и др. 1992).

С целью повышения рентабельности и эффективности этого процесса нами разработаны прибор для определения шелконосности (авт. свид. №. 392 178, 461 172), устройство для взрезания коконов (авт. свид. № 328 899) и новый технологический способ.

Исследованы новые технологические методы проведения процесса и варианты технических решений прибора для определения шелконосности с целью определения оптимальной конструкции по показателям точности измерений. Наилучшие результаты отмечены в варианте выполнения процентной шкалы прибора в виде трехсекционной шарнирной замкнутой системы с отсчетом по стрелке — отвесу. Оптимальный новый технологический метод в отличии от традиционной технологии заключается в следующем. Образцы коконов подбираются не весовым, а объемным способом. Взрезание коконов проводится с помощью разработанного нами нового устройства и разделение оболочек от куколок проводится до взвешивания коконов. Шелконосность (в%) определяется сразу по шкале нового нашего прибора по условному соотношению компонентов оболочек коконов и куколок. Это позволило повысить производительность и качество процесса.

Погрешность прибора для определения шелконосности, с учетом погрешности весов, колеблется в пределах 0,2%, что вполне приемлемо для условий производства. Учитывается, что для определения шелконосности нас интересует интервал на процентной шкале от 15 до 30% и конечная точка отсчета «100%» (отметка «0%» постоянна), показания результатов шелконосности по точности стабильны.

Однако, предел погрешности (0,2%) желательно уменьшить. С этой целью были исследованы причины погрешности в различных интервалах шкалы и по всей шкале. Определено, что абсолютная погрешность прибора в основном зависит от несоответствия дугового хода стрелки весов и прямой шкалы. Равномерным участкам делений на дуговой шкале соответствуют неравномерные на прямой. Эта неравномерность, как было нами определено графически, подчиняется определенному математическому закону (закону параболы) и поэтому возможны пути исправления этого недостатка. Было определено, что автоматическим регулятором приближения показаний на прямой процентной шкале к истиной величине может служить грузик стрелки — отвеса с выверенной оптимальной массой.

Нами предложен новый коэффициент изменения массы коконов Км, равный отношению массы коконов во всех общих пробах, перед составлением среднедневной пробы, к массе этих коконов в момент определения шелконосности.

Этот коэффициент является функцией от среднедневной температуры, влажности и времени от начала приемки коконов до определения шелконосности.

Нашими исследованиями определено, что коэффициент Км фактически является величиной поправки в определяемый показатель шелконосности коконов и в нашем приборе учитывается перемещением пластины — метки «100%» относительно подвижной шкалы влево при Км < 1 и вправо при Км > 1.

Испытания нового технологического способа определения шелконосности коконов, при использовании разработанных нами приборов для определения шелконосности и взрезания коконов показали, что производительность на процессе в среднем увеличилась в 3−4 раза, уровень рентабельности при однократной выкормке шелкопряда повысился до 80,9%, окупаемость новых приборов — 3,6 года. При трехкратной выкормке рентабельность соответственно будет 154,8%, а окупаемость 0,9 года.

Изучение существующего процесса промышленного микроанализа бабочек тутового шелкопряда и наши расчеты показывают, что применение неэффективной техники и ручного труда приводят к низкому уровню рентабельности этого процесса (2,4%). При этом имеет место отсутствие гарантии качества приготовленных препаратов, часто приводящим к отрицательным последствиям — не обнаружению в полном объеме спор инфекции или к перезаражению. На процессе занято большое количество людей, что усложняет контроль за качеством процесса. Сам традиционный способ измельчения бабочек — растиранием в ступках, не гарантирует качественный поиск спор инфекции при микроанализе.

Нашими исследованиями выявлен наиболее рациональный способ ударного измельчения тел бабочек, рабочими органами типа крестовых и роторных дробилок.

С целью усовершенствования технологического процесса приготовления препаратов для промышленного микроанализа и создания новых эффективных технологических средств для этой цели, мы провели ряд исследований.

Изучены некоторые физико-механические характеристики бабочек шелкопряда — коэффициенты трения покоя и скольжения по поверхности применяемых нами конструктивных материалов, весовая, объемная и размерные показатели по районированным породам и гибридам шелкопряда.

Для оценки качества измельчения нами предложен и обоснован коэффициент — модуль помола, выражающий отношение измельченного до определенной степени материала к исходной массе образца.

Этот коэффициент был нами использован при создании принципиально новой конструкции устройства для приготовления препаратов (авт. свид. № 376 069).

На основании опытных данных нами выведена эмпирическая формула, связывающая модуль помола (коэффициент измельчения), количество обрабатываемого материала (бабочки) и время измельчения.

Определены и обоснованы оптимальные параметры узлов и деталей новых машин. Так выявлено, что для требуемого измельчения тел бабочек окружные скорости механизма дробления должны быть порядка 10. 15 м/с.

Нами разработана и применена электрическая схема автоматического управления работой машин, реализующая метод резервирования с целью повышения надежности.

Как результат проведенных исследований созданы две модификации опытных образцов машин УПП-1 и УПП-4 механизирующих и автоматизирующих процесс приготовления препаратов для микроанализа бабочек шелкопряда, испытана и рекомендована новая механизированная технология повышающая производительность труда в 3 раза, гарантирующая качество препаратов, сокращающая количество людей на процессе. При этом уровень рентабельности повысился до 82,2%, а затраты по сравнению с базовым вариантом сократились более чем в 1,6 раза.

Этот расчет проводился в объеме традиционной однократной выкормки шелкопряда. Если применять многократную выкормку, (как в передовых шелководческих странах), то эффективность и уровень рентабельности возрастают. Так при трехкратной выкормке по существующей технологии он составит на этом процессе 3,6%, а при новой механизированной технологии 91,0%. Это доказывает целесообразность проведения многократных выкормок, особенно при внедрении новой технологии на процессе.

Традиционный технологический процесс отбраковки дефектной грены в жидкости до настоящего времени проводится ручным способом, с использованием кустарного оборудования. Уровень рентабельности этого процесса, по нашим расчетам, составляет 2,4%, что явно не соответствует требованиям производства.

Наши исследования существующего традиционного процесса показали, что на одном гренажном заводе эту работу обычно проводят 8 рабочих (агротехников) и 4 подсобников на 4-х постах. Весь обьем работы, около 900 кг грены, без сверхурочных часов, эта бригада способна выполнить за 40 дней, со средней производительностью 24 кг за смену на одном посту в воде и 11 кг в растворе поваренной соли, по схеме «вода-соль-вода». Это влечет большие трудозатраты, предприятие не укладывается в отведенные агрозоотребованиями сроки.

Кроме этого, условия работы на кустарных установках, отсутствие научно-обоснованных рекомендаций по отбраковке грены по плотности, часто приводят к необходимости многократной промывки грены, к снижению ее качества и потерям части качественной продукции.

С целью усовершенствования технологического процесса отбраковки дефектной грены нами разработаны принципиально новые конструкции машин (авт. свид. № 330 843 и № 534 219) и исследованиями выявлены оптимальные параметры их узлов и деталей, режимов работы.

В процессе испытания новой механизированной технологии (контроль-ручная мойка грены) исследовалась связь качественных и эксплуатационных показателей отбраковки грены с режимами работы опытных установок. По агротехническим требованиям качество технологического процесса мойки грены оценивается наличием полноценной грены в отходах, наличием комочков грены после мойки, допустимым содержанием примесей и наличием механических повреждений. Показатель наличия механических повреждений определялся косвенно — через оживляемость грены.

Оживляемость грены (в %), наличие полноценной грены в отходах, не более 1,0%, наличие комочков (не более 6%) и степень засоренности товарной грены, (не более 0,5%), при обработке грены по двум новым технологиям соответствуют агротехническим требованиям (АТТ), (см. табл. 15). Наилучшие результаты по качеству очищенной продукции получены при скорости активатора до 700 об/мин, зазоре плоскости активатора со стенкой бункера — 8 мм, оптимальной партии грены до 2600 г и автоматических режимах (циклах) мойки (см. табл. 16) на воде и растворе.

Исследование электрических параметров опытных образцов позволило создать надежный програмный блок автоматического управления.

По результатам испытания опытных образцов машин нами рекомендованы научно-обоснованые схемы размещения основного и вспомагательного оборудования по двум вариантам усовершенствованной технологии отбраковки грены.

Производительность опытного образца машины при работе на воде -160 кг за смену, на растворе до 72 кг, что в 6−7 раз выше ручного способа мойки грены. Наши производственные исследования показали, что весь обьем продукции одного гренажного завода (до 900 кг) по новой технологии можно обработать за 24 дня, с помощью 4-х человек. Прибыль предприятия, (по новой технологии) при однократной выкормке шелкопряда, будет 45 780 руб., что во много раз больше прибыли существующего процесса. При этом уровень рентабельности нового процесса составляет 165,5%, при 2,4% базового варианта.

При переходе шелководства на 3-х кратную выкормку шелкопряда рентабельность процесса будет по новой технологии 293,0%, а при базовом варианте 2,8%.

Одной из трудоемких и ответственных операций в гренажном производстве является расфасовка промышленной грены дозами 25−33 г (в зависимости от климатических условий и пород шелкопряда). Трудности вызванные необходимостью расфасовки большого обьема продукции, ограниченностью агрозоотехнических сроков, низкой производительностью и большой погрешностью ручного труда, не позволяет обеспечить высокую рентабельность этого производственного процесса.

Для повышения эффективности расфасовки промышленной грены необходимо в первую очередь механизировать и автоматизировать процесс и на этой основе усовершенствовать технологию. С этой целью нами проведены прикладные исследования традиционной технологии расфасовки грены, физикомеханических свойств этого биологического продукта, выявлены оптимальные параметры конструкции и электрической схемы созданого нами для этой цели дозатора грены, отвечающего требованиям расфасовки грены, определена эффективность новой механизированной технологии.

Для основных пород и гибридов грены найдены и изучены величины коэффициента трения о различные поверхности, угла естественного откоса обьемной массы. Выведена эмпирическая формула связывающая эти величины.

Для определения оптимальных величин диаметров отверстий питателя дозатора, нами предложена и обоснована новая безразмерная величина показателя сыпучести (Кс), как функция от угла естественного откоса, обьемной массы, которая характеризует физико-механические свойства грены и может быть использована в исследованиях любых сыпучих продуктов.

Теоретический анализ работы дозатора позволил определить формулу производительности, а экспериментальные исследования дали возможность ее уточнить.

Исследования работы основной контактной группы дозатора грены позволило решить практическую задачу разработки узла автоматического управления нового прибора.

Новая эффективная технология расфасовки грены с использованием дозаторов позволяет увеличить производительность труда в 5−6 раз, повысить точность расфасовки с ± 300 + 500 мг на дозу, до ± 150 200 мг. На конструкцию и электрическую схему дозатора получены авт. свид № 23 893 и № 569 302. При однократной выкормке шелкопряда уровень рентабельности по механизированной технологии расфасовки грены достигает 124% по сравнению с 10,5% с традиционной. С использованием многократной выкормки эффективность технологии резко возрастает.

Следовательно, можно рекомендовать использование новой технологии, новые автоматические дозаторы и применение многократных выкормок шелкопряда учитывая климатические условия региона шелководства и возможности кормовой базы.