THEORETICAL BASIS OF THE PROCESS OF INCREASING THE STRENGTH OF THE TEETH OF THE SAW SET OF THE MACHINE FOR CLEANING COTTON FROM LARGE IMPURITIES

УДК: 62.21474

Аннотация

В данной статье рассматриваются актуальные вопросы совершенствования конструкций хлопкоочистительных машин, в частности механизмов очистки хлопка-сырца от крупных примесей. Основной целью работы является теоретическое обоснование и разработка математических моделей, направленных на увеличение срока службы и эксплуатационной прочности съёмных щёток при их динамическом взаимодействии с пильным барабаном. В ходе исследования проведено детальное моделирование процесса сепарации, позволяющее определить фактическое значение числа ударов и касаний съёмных щёток о рабочую поверхность пильного барабана за один технологический цикл. Авторами математически описан угол поворота зубчатого барабана вокруг своей оси за период непосредственного воздействия съёмных щёток, а также выведено уравнение для определения среднего числа механических контактов. На основе теории поля и дифференциальных связей установлена зависимость между изменением массы обрабатываемого сырья и динамикой его плотности по дуге колосниковой решётки. Проведён численный анализ влияния геометрических и кинематических параметров, таких как число колосников и коэффициенты пропорциональности, на общую эффективность очистки волокна. Полученные теоретические результаты и графические зависимости позволяют оптимизировать параметры пильной гарнитуры, минимизировать износ рабочих органов и повысить качественные показатели очистки хлопка без повреждения его природных свойств.

Abstract

This article discusses current issues of improving the design of cotton ginning machines, in particular, mechanisms for cleaning raw cotton from large impurities. The main purpose of the work is the theoretical justification and development of mathematical models aimed at increasing the service life and operational durability of removable brushes during their dynamic interaction with the saw drum. In the course of the study, a detailed simulation of the separation process was carried out, which allows determining the actual value of the number of strokes and touches of removable brushes on the working surface of the saw drum per technological cycle. The authors mathematically described the angle of rotation of the toothed drum around its axis during the period of direct exposure to removable brushes, and also derived an equation for determining the average number of mechanical contacts. Based on the field theory and differential connections, the dependence between the change in the mass of the processed raw material and the dynamics of its density along the arc of the grate is established. A numerical analysis of the influence of geometric and kinematic parameters, such as the number of grates and proportionality coefficients, on the overall efficiency of fiber cleaning is carried out. The obtained theoretical results and graphical dependencies make it possible to optimize the parameters of the saw blade headset, minimize the wear of the working parts and increase the qualitative indicators of cotton cleaning without damaging its natural properties..

Ключевые слова: пильный барабан, сырьё, щётка, щёточный барабан, хлопкоочистительная машина, линтер, джин, пильная гарнитура, колосниковая решётка, эффективность очистки, математическое моделирование, коэффициент пропорциональности.

Keywords: saw blade drum, raw materials, brush, brush drum, cotton gin, linter, gin, saw blade headset, grate, cleaning efficiency, mathematical modeling, proportionality coefficient.

Введение

С целью совершенствования существующих конструкций и повышения эффективности очистки учёными нашей страны разработаны многочисленные конструкции колосниковых решёток, обладающих высокой производительностью при сохранении природных свойств хлопка-сырца.

В хлопкоочистительной промышленности применяются различные типы устройств для реализации технологии очистки хлопкового волокна от различных примесей перед его складированием. Эти очистные устройства должны располагаться, как правило, после сушильных барабанов для хлопка с высокой влажностью. В связи с практическим внедрением машинного сбора урожая в республике целесообразно частично очищать хлопок-сырец от крупных и мелких примесей перед его складированием. В таких условиях возникает необходимость внесения изменений в конструкции машин для очистки хлопка от мелких и крупных примесей.

Крупные примеси отделяются от состава сырья в результате динамического взаимодействия частичек сырья, расположенных на зубьях очистного барабана и движущихся вместе с барабаном, с колосниковой решёткой. Мелкие примеси перемещаются по сетчатой поверхности под воздействием ударов колышков по частичкам хлопка, и поскольку удары наносятся на массу хлопкового потока в разных точках поверхности, расстояния между частичками изменяются, а плотность сырья неравномерно распределяется по поверхности.

Под ударным воздействием рабочих органов на частички, содержащиеся в сырье, в процессе отделения примесей наблюдаются процессы разрыхления хлопка, снижения его плотности и уменьшения примесей. В точках, где расстояния увеличиваются, плотность сырья снижается, и содержащиеся в нём примеси под действием ударной силы отделяются через открытые участки сетчатой поверхности и выводятся наружу. Проведём теоретический анализ отделения крупных примесей из состава сырья на основе описанного механизма.

Как указано выше, основное требование при отделении крупных примесей определяется тем, что частички хлопка движутся по дуге колосниковой решётки с одинаковой линейной скоростью, что и очистной барабан [1]. Предположим, что хлопок-сырец непрерывно подаётся в рыхлительно-очистительную камеру с расходом Q. Время пребывания сырья в камере зависит от длины дуги колосниковой решётки в камере , и при стационарном движении оно равно , где R (м) – радиус барабана, α (рад) – центральный угол дуги колосниковой решётки, ω (с⁻¹) – угловая скорость вращения очистного барабана.

Поскольку движение сырья стационарно, за промежуток времени T в камеру подаётся одинаковое количество хлопка-сырца массой . Рассмотрим изменение массы сырья, поступившего в камеру за этот промежуток времени, по дуге решётки в результате отделения примесей. Предположим, что на произвольном расстоянии s (0 < s < s₀) масса сырья в камере равна m, плотность ρ, объём , а на расстоянии ds в результате отделения примесей его масса равна , плотность , объём . Тогда между этим

и величинами выполняется следующее равенство [2]:

Разделив это равенство на объём V:

                                                       (1)

Согласно принятому в работе допущению, на произвольном расстоянии s уменьшение массы принимается пропорциональным изменению объёма. Соответственно можно записать:

                                                                       (2)

где a – коэффициент пропорциональности; с его ростом отношение dm/m уменьшается при неизменном объёме [3].

Разложив правую часть равенства (1) в ряд по малым величинам  и  и пренебрегая бесконечно малыми второго порядка, получаем:

Используя соотношение (2), получаем дифференциальную связь между изменением массы сырья и изменением его плотности:

Интегрируя эту связь при начальных условиях , находим зависимость между массой и плотностью сырья:

                                                                     (3)

где λ = 1/(1 + a).

Для определения изменения массы сырья из уравнения (3) необходимо знать закон изменения плотности по дуге колосниковой решётки. Принимая во внимание, что хлопок движется с той же скоростью, что и пильный барабан, разрыхление плотности согласно допущению [4] принимается пропорциональным расстоянию ds и числу колосников:

                                                          (4)

где b – второй коэффициент пропорциональности, k – число колосников.

Используя уравнение (3), можно рассчитать эффективность очистки устройства. Интегрируя уравнение (4) при начальном условии , определяем закон убывания плотности по дуге:

                                                  (5)

Тогда уравнение (6) принимает вид:

                                               (6)

На рис. 1 приведены графики распределения коэффициента эффективности ε (%) по длине колосниковой решётки при различных значениях числа колосников k и коэффициента пропорциональности β.

Используя уравнение (6), определяем эффективность очистки:

                                          (7)

где , .

Количество примесей, отделившихся от сырья, определяем интегрированием выражения (7) [30]:

                                              (8)

При стационарном режиме очистки в таблице 1 приведены значения изменения отношения массы примесей, выходящих из очистной камеры, к массе сырья, подаваемого в камеру (в процентах), при различных значениях числа колосников k и параметра β. Изменение относительного количества примесей , выделенных из состава сырья, при различных значениях числа колосников k и коэффициента β.

Таблица 1. Изменение отношения массы примесей, выходящих из очистной камеры, к массе сырья, подаваемого в камеру, при различных значениях числа колосников k и параметра β

Из анализа графиков и значений, приведённых в таблице, видно, что эффективность очистки пропорционально возрастает с увеличением числа колосников k и коэффициента пропорциональности β. Поскольку параметр β равен произведению коэффициентов пропорциональности , b и длины дуги решётки S₀, для повышения эффективности очистки следует увеличивать значение коэффициента β или длину дуги S₀, а также уменьшать значение параметра a.

Заключение

Если обратить внимание на таблицу изменения отношения массы примесей, выходящих из очистной камеры, к массе подаваемого сырья при различных значениях числа колосников k и параметра β, а также на построенную на её основе диаграмму, можно убедиться, что эффективность очистки прямо пропорциональна числу колосников k и коэффициенту пропорциональности β. Число колосников пропорционально возрастает в соответствии с коэффициентом пропорциональности β.

Список литературы:

1. Мирошниченко Г.И. Основы проектирования машин первичной обработки хлопка. – М.: Машиностроение, 1972. – 415 с.
2. Худых М.И. Ремонт и монтаж оборудования текстильной и лёгкой промышленности. – М.: Легпромбытиздат, 1991. – 288 с.
3. Хамов М.Г. Ремонт, монтаж и наладка хлопкоочистительного оборудования. – Ташкент: Укитувчи, 1990. – 192 с.
4. Джабборов Г.Дж., Отаметов Т.У., Хамидов А. Технология первичной обработки хлопка-сырца. – Ташкент: Укитувчи, 1987. – 234 с.
5. Борзунов Г.И. Механическая технология текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1982. – 352 с.
6. Плеханов Ф.М. Проектирование и расчет технологических машин. – М.: Машиностроение, 2004. – 256 с.
7. Рахимов А.Х. Динамика рабочих органов хлопкоочистительных машин. – Ташкент: Фан, 2011. – 180 с.
8. Корабельников Р.В. Теория процессов переработки волокнистого материала. – Кострома: КГТУ, 2015. – 320 с.

References:

1. Miroshnichenko G.I. [Fundamentals of design of primary cotton processing machines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1972. 415 p. (In Russ.)
2. Khudykh M.I. [Repair and installation of equipment for the textile and light industry]. Moscow, Legprombytizdat Publ., 1991. 288 p. (In Russ.)
3. Khamov M.G. [Repair, installation and adjustment of cotton ginning equipment]. Tashkent, Ukituvchi Publ., 1990. 192 p. (In Russ.)
4. Dzhabborov G.Dzh., Otametov T.U., Khamidov A. [Technology of primary processing of raw cotton]. Tashkent, Ukituvchi Publ., 1987. 234 p. (In Russ.)
5. Borzunov G.I. [Mechanical technology of textile materials]. Moscow, Legkaya industriya Publ., 1982. 352 p. (In Russ.)
6. Plekhanov F.M. [Design and calculation of technological machines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2004. 256 p. (In Russ.)
7. Rakhimov A.Kh. [Dynamics of working parts of cotton ginning machines]. Tashkent, Fan Publ., 2011. 180 p. (In Russ.)
8. Korabelnikov R.V. [Theory of processing of fibrous material]. Kostroma, KGTU Publ., 2015. 320 p. (In Russ.)