Исследование движения волокна в игольчатом барабане устройства разделения волокна

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается движение хлопкового волокна в игольчатом барабане устройства для отделения прядильного волокна от волокнистых отходов. В ходе исследования была определена величина времени движения и влияние массы волокна на удержание иглы. На основании результатов построены и проанализированы соответствующие графики.

ABSTRACT

The article discusses the movement of cotton fiber in the needle drum of a device for separating dope fiber from fibrous waste. During the study, the magnitude of the movement time and the effect of the mass of the fiber on the retention of the needle were determined. Based on the results, the corresponding graphs are constructed and analyzed.

Ключевые слова: волокно, пильный барабан, линтер, игольчатая гарнитура, устройство, движение воздуха, эффективность разделения, движение волокна, фракционный состав, короткое волокно, угол наклона, качество, обработка.

Keywords: fiber, saw drum, linter, needle headset, device, air movement, separation efficiency, fiber movement, fractional composition, short fiber, tilt angle, quality, processing.

Одним из основных процессов первичной обработки хлопка являются джинирование и линтерование, которые, как известно, производят волокнистые смеси в нескольких фракциях. В этом направлении разрабатываются научные основы переработки волокнистых продуктов, разделения на фракции, процессов разделения длинных волокон, включая разработку автоматических устройств разделения, производство современных ресурсосберегающих технологий. Особое внимание уделяется улучшению потребительских свойств хлопковой продукции за счет ее широкого внедрения. Кроме того, приоритетным направлением является разработка технологий и оборудования, позволяющих сохранить исходное качество хлопкового волокна и семян и снизить производственные затраты, создание и оптимизация ресурсосберегающих конструкций и параметров оборудования для отделения пряденых волокон от разработанных волокнистых отходов (пуха, линта) [1].

Несмотря на исследования, направленные на улучшение процесса отделения волокна от отходов, некоторые аспекты этого процесса раскрыты не полностью, в частности, разработка технологии отделения волокна из волокнистых отходов – улюкa и пуха, не изучена полностью. Кроме того, возможность определения оптимальных параметров игольчатых барабанов и направления волокнистой массы к барабанам при отделении волокон, пригодных для прядения из состава линта и улюка, недостаточно изучена. Исходя из вышеизложенного, более глубокое изучение возможностей внедрения технологий для увеличения производства волокна на предприятии, разработка конструкций, которые не оказывают негативного влияния на качество продукта, в настоящее время актуальна [2].

Основным рабочим органом нового устройства является игольчатый барабан, который помогает отделить волокна от волокнистых отходов. Поэтому в статье теоретически изучен процесс отделения волокна разной массы от игольчатого барабана. Предположим, что радиус пилы равен R (м), ее скорость вращения равна w (сек­_­^-1), а длина иглы равна l (м).

Пусть v₀ - скорость воздушного потока в трубе, а v₁ - скорость волокон в барабане. Мы принимаем следующие предположения: пусть скорость воздуха остается постоянной и влияет на волокна в направлении игл; пусть волокна сначала движутся вдоль иглы, которая является длиной, а затем свободно перемещаются после прохождения расстояния l₀. Теоретически мы находим движение волокон и время их нахождения на игле (в зависимости от их массы). Мы также определяем соответствующую угловую скорость пилы для движения волокон вдоль иглы. Размещая начало координаты в центре пилы, мы направляем ось ох справа налево, ось оу перпендикулярна ей и снизу вверх (рис. 1). Предположим, что волокно движется на расстоянии над иглой в любой момент t.

При расчете устройства, прежде всего, необходимо учитывать движение волокна. Потому что эффективность разделения устройства, будь то положительное или отрицательное, зависит главным образом от движения волокнистой массы вокруг рабочих органов. На это движение могут влиять различные факторы, расположение рабочих органов, угол наклона игл и различные силы. На основании теоретических исследований необходимо убедиться, что движение волоконной массы происходит в нужном направлении, и определить степень влияния сил [3].

Предположим, что угол между радиусом барабана и направлением иглы составляет b. Обозначим координаты точки M через (x, у).

Рисунок 1. Схема движения волокна массой m на игле

В выбранной системе координат их выражения следующие:

где  - угол, образованный радиусом пилы с осью ох в начальный момент.

Определим силы, действующие на волокно. Это сила тяжести волокна, сила трения и сила воздуха, действующая на иглу [4]. Во время движения игольчатого барабана направления линий, на которые воздействуют эти силы, изменяются. За счет этого удержание волокна в игле или состояние свободного движения зависит от массы волокна, скорости вращения барабана и силы воздуха. Силы гравитации и трения зависят от угла, образованного иглой относительно барабана, и скорости барабана. Используя рис.1, мы находим проекции сил тяжести и трения в направлении иглы:

Здесь: m - масса волокна, N - нормальная сила, действующая на волокно, и с учетом силы тяжести, центробежных и корриолисовых сил его внешний вид выглядит следующим образом:

­

Помимо этих сил, на волокно влияет центробежная сила , сила всасывания воздуха  (- скорость воздуха в направлении иглы, с - коэффициент сопротивления воздуха). С учетом этих сил запишем уравнение движения волокна вдоль иглы:

Это уравнение мы изменим таким образом:

          (1)

здесь 

Используя следующие обозначения  , , , мы делаем уравнение (1) похожим на это

                                                (2)

когда уравнение (2) интегрируется в интервале  при условиях , где ,  - длина дуги пилы, контактирующей с потоком воздуха. Решение уравнения (1), удовлетворяющее указанным условиям [5], имеет следующий вид:      

здесь

Решая уравнение (1) для разных масс в графической форме, можно проанализировать, хранятся ли волокна на поверхности пилы или отделены от нее. Если выполняется условие , что волокна движутся вдоль иглы, волокна с такой массой останутся на поверхности барабана, если  такое волокно отделяется от поверхности барабана и становится свободным волокном.

При расчете учитывались следующие значения:

, , , ,, , ,, , .

Результаты расчетов приведены на риc. 2. Из этого анализа графиков было обнаружено, что волокна с массами  и  не остаются в игле и своевременно уходят в выходному потрубку.

Рисунок 2. Графики движения волокон разных масс вдоль иглы во времени : ,,,

Список литературы:
1. Ахмедходжаев Х.Т., Каримов А.И., Обидов А.А. Исследование вибрационного перемещения хлопковых семян на виброкаретках параллельного осонования. // Проблемы текстиля. 2003, Вып. 4., № 4. С. 65-67.
2. Лугачев А.Е. Исследование основных элементов очистителей хлопка-сырца с целью повышения качественных показателей процесса. Дис...канд.техн.наук. – Т.: ТИТЛП, 1981. 200 c.
3. Obidov A., Sultonov M., Muhksinov I., Abdullaev Sh. The Theoretical Studies of the Cultivation of Three Cotton Seeds along the Plain. // Engineering. 2018, Т. 2. Вып. 10. С. 514-520.
4. Ашнин П.Н. Кардочесание волокнистых материалов. // Легкая промышленность и бытовое обслуживание. 1985, №3. С. 88-92.
5. Obidov A., Mamatqulov O., Sultonov M. Theoretical analysis of the movement of Cotton piece on the slope surface. // International conference Berlin. – 27.04.2018. С.151-156.