УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ ПИЛЬНОГО ДЖИНА

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы повышения производительности пильного джина с одновременным снижением энергозатрат при обеспечении требуемых качественных показателей волокна и семян за счет уменьшения сил сопротивления движению сырцового валика путем модернизации и внесения новых элементов в рабочую камеру.

ABSTRACT

The article discusses the issues of increasing the productivity of the saw gin while reducing energy costs while ensuring the required quality indicators of fiber and seeds by reducing the resistance forces to the movement of the raw roller by modernizing and introducing new elements into the working chamber.

Ключевые слова: Пильный джин, рабочая камера, сырцовый валик, волокна.

Keywords: Saw gin, working chamber, raw roller, grate.

Джинирование, т.е. отрыв хлопкового волокна от семян происходит при взаимодействии сырцового валика, формирующегося в рабочей камере с пильным цилиндром и является определяющим элементом технологического процесса переработки хлопка-сырца где, в основном, формируются конечные качественные показатели получаемой продукции.

В этой связи проведенные исследования, имеющие цель повышения производительности пильного джина с одновременным снижением энергозатрат за счет уменьшения сил сопротивления, возникающих при взаимодействии сырцового валика с элементами рабочей камеры, при обеспечении требуемых качественных показателей волокна и семян, являются актуальными.

Целью работы является повышение производительности пильного джина с одновременным снижением энергозатрат при обеспечении требуемых качественных показателей волокна и семян, за счет уменьшения сил сопротивления движению сырцового валика путем модернизации и внесения новых элементов в рабочую камеру.

Обзор и анализ тематических источников показал, что многие исследователи рассматривали возможность повышения производительности пильного джина за счет увеличения скорости сырцового валика путем его принудительного вращения. Разработанные до настоящего времени, различные конструкции ускорителей для увеличения скорости вращения сырцового валика и устройства для интенсификации вывода проджинированных семян из рабочей камеры являются недостаточно или полностью неработоспособными [1].Это объясняется тем, что сырцовый валик в рабочей камере пильного джина имеет сложную зональную структуру, которая определяет производительность, энергопотребление и качественные показатели волокна и семян. При этом практически невозможно (технически невыполнимо) дифференцировано воздействовать на каждую из зон сырцового валика не нарушая пропорции между его сложившимися зональными физико-механическими характеристиками [2].

В этой связи, в качестве наиболее простого, менее затратного и беспроигрышного технического решения, следует рассматривать возможность увеличения скорости вращения сырцового валика и сокращении энергопотребления за счет снижения сил трения о боковины рабочей камеры.

Сила трения сырцового валика о стенки рабочей камеры отрицательно влияет на его окружную скорость и процесс выделения проджирированных семян особенно при приближении к боковинам - этот отрицательный эффект увеличивается при сокращении длины рабочей камеры; выделение проджинированных семян из рабочей камеры происходит неравномерно по ее длине – если в средней части рабочей камеры процесс выделения достаточно стабилен, то ближе к краям (боковинам) он ухудшается и на 7-8 колосниках прилегающих к боковинам, становится более значительным.

Как показывает практика поверхности фартука, лобового бруса и вкладышей (камбала) в процессе эксплуатации рабочей камеры естественным образом «шлифуются» сырцовым валиком до определенного класса чистоты, поэтому снижать силы сопротивления повышением чистоты обработки этих поверхностей не имеет смысла. Ранее боковины рабочей камеры изготавливались из серого чугуна, а с начала 2000гг. боковины рабочих камер стали выполняться из листового проката Ст.3 толщиной 8мм. Также, для удобства сборки рабочей камеры и повышения ее жесткости, к боковинам стали крепить шаблоны из листового проката Ст.3, т.н. «камбала».

Формирующий сырцовый валик профиль рабочей камеры пильного джина, в настоящее время изготавливается из следующих материалов:

• фартук и лобовой брус из листа нержавеющей стали Б-ПН-2 ГОСТ 19904-79/ /08×18Т1М3 ГОСТ 5582-75 толщиной 2мм;
• боковины из листа Б-ПН-8 ГОСТ19903-74//Ст.3 ГОСТ 14637-89 толщиной 8мм;
• монтажный шаблон «камбала» из листа Б-ПН-8 ГОСТ 19903-74//Ст.3   ГОСТ 14637-89 толщиной 8мм;
• колосники из чугуна СЧ12-32 или СЧ 15 ГОСТ 1412-85.

Эти материалы широко используются при изготовлении технологического оборудования для хлопкозаводов и логистика их приобретения хорошо освоена.

Для оценки предполагаемых новшеств, рассмотрим эти материалы с позиций значения коэффициента трения при взаимодействии с хлопком-сырцом. Поскольку сырцовый валик неоднороден и состоит из оголенных (и частично) семян и хлопка-сырца, то из источника [2] имеем:

• коэффициент трения хлопка-сырца с влажностью 10% по стали при давлении 2±0,5 н/см² и скорости 1,5-2,5 м/с составляет µ=0,38 (по другим металлам данных нет);
• коэффициенты трения хлопковых семян с опушенностью 12% составляет по поверхностям:

 чугунной - 0,204;

 стальной - 0,233.

Полученные данные показывают, что разница значений коэффициентов трения по чугуну на ≈12,4% меньше чем у стали [2].

Значения коэффициента трения хлопка сырца и семян по поверхности из нержавеющей стали ранее не определялись, поэтому рассчитаем его методом экстраполяции по имеющимся табличным значениям коэффициентов трения по другим материалам (резина, химические волокна и т. д), т.к. пропорции для разных поверхностей практически всегда остаются постоянными.  

Таким образом, экстраполированный коэффициент трения хлопковых семян с опушенностью 12% по нержавеющей стали будет на 20% меньше, чем по чугуну и составит µ=0,163, а по отношению к листовой Ст.3 этот коэффициент будет меньше уже на 30%.

Аналогичную экстраполяцию можно провести для хлопка-сырца с базовым значением µ=0,38 по листу Ст.3, в результате чего коэффициенты трения составят:

• по чугуну ≈ 0,33;
• по нержавеющей стали ≈ 0,27.

Следует отметить, что значения коэффициентов трения хлопка-сырца и семян различной опушенности о поверхности из разных материалов, до настоящего времени недостаточно изучены, а сырцовый валик крайне неоднороден и состоит из летучек хлопка-сырца и семян разной опушенности. При этом для каждого сорта хлопка-сырца (влажности, засоренности) значение коэффициентов трения будут несколько отличаться, но их пропорции на различных поверхностях скольжения изменяться не будут. Так как зональные распределения окружных скоростей сырцового валика различны, то как самый рациональный и легко выполнимый способ снижения сил трения (сил сопротивления) сырцового валика о контур рабочей камеры – снижение коэффициента трения. Расчеты показывают, что если коэффициент трения хлопка-сырца по «нержавейке» µ_н составляет ≈0,7 от коэффициента µ_с трения по черновой стали (µ_н = 0,7× µ_с), то при неизменной контактной площади боковин, затраты на преодоление сил трения о боковины, если «камбалу» изготовить из «нержавейки» или покрыть ею, снизятся на ≈30,64%.  На основании этого положения разработан вкладыш (камбала) в рабочую камеру серийного джина серии ДП из нержавеющей стали 08×18Т1М3 ГОСТ 5582-75 или 0818Н10 толщиной 8мм (рис. 1). Учитывая дороговизну нержавеющей стали 08×18Т1М3 ГОСТ 5582-75 (или 0818Н10), нами также разработана накладка из используемой при изготовлении фартука и лобового бруса нержавеющей стали этих марок толщиной 2мм, которая крепится винтами М6 с потайной головкой к существующему вкладышу (камбале) из стали Ст.3 (рис. 2).

Рисунок 1. Монтажный вкладыш (камбала)

Рисунок 2. Вкладыш (камбала) с накладкой

Ориентировочные расчеты показывают, что использование предлагаемой разработки в рабочей камере пильного джина увеличит его производительность до ≈15-20%, повысит равномерность выделения проджинированных семян по длине рабочей камеры и снизит энергопотребление на ≈12% при допустимых качественных показателях волокна и семян.

Список литературы:

1. Фазылдинов С. Исследование процесса джинирования с вращающимся упругим элементом сырцового валика.Обзор // Дисс. кан. тех. наук, ТИТЛП. Ташкент. 1980. -154 с.
2. Мирошниченко Г.И. Основы проектирования машин первичной обработки хлопка. Машиностроение. Москва. 1972. -485 с.