Определение оптимальных параметров очистителя хлопка методом математического планирования экспериментов

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты научно-исследовательских работ по увеличению очистительного эффекта, рекомендована модернизация колосников и приведены результаты определения оптимального параметра очистителя хлопка. В результате получен угол конусности колосника 0,016 °С, расстояние между пилой и колосником – 17 мм, расстояние между колосниками – 40 мм.

ABSTRACT

The article presents the results of research work to increase the cleaning effect, it is recommended to modernize the grates and the results of determining the optimal parameter of the cotton cleaner. As a result, the taper angle of the grate is 0,016 °С, the distance between the saw and the grate is 17 mm, and the distance between the grates is 40 mm.

Ключевые слова: очистительный эффект, хлопок, колосниковая решетка, конический, колосник, скорость, оптимизация.

Keywords: cleaning effect, cotton, grate, conical, grate, speed, optimization.

Процесс очистки хлопка-сырца от сорных и посторонних примесей обусловливается характером его засоренности и эффективностью действия рабочих элементов очистителей. Очистители разделяют на машины для выделения из хлопка-сырца крупных сорных примесей (стебли хлопчатника, коробочка, створка и т.д.) и машины для выделения мелких сорных примесей (частицы листка, прицветника, цветка, пыль и др.).

Эффективность удаления сорных примесей из хлопка-сырца в значительной степени зависит от качественных особенностей, свойственных данному селекционному сорту хлопчатника, промышленного сорта и влажности хлопка, длины волокна, времени нахождения сорных примесей в хлопке-сырце, характера сцепления сора и многих других показателей.

В настоящее время в хлопкоочистительной промышленности широко внедрена поточная линия очистителя хлопка-сырца марки УХК, предназначенного для очистки хлопка-сырца средневолокнистых и длинноволокнистых селекций от крупного и мелкого сора [1].

Чтобы увеличить очистительный эффект, в поточной линии находится множестово рядов очистителей, которые повышают расход электроэнергии, и с увеличеним рабочих органов увеличиваются повреждение семян и зажгученность хлопка.

При проведении аналитических и экспериментальных исследований выяснилось, что имеется возможность увеличить очистительный эффект за счет разрыхления хлопка-сырца для удаления из него мелкого и крупного сора. Для этого есть очиститель от крупного сора с пильчатым барабаном и колосниковой решеткой с неподвижной щеткой для разрыхления хлопка-сырца, у которого форма поперечного сечения колосников выполнена многогранной и по длине в виде усеченных конусов. Многогранные конусные колосники собираются в решетке в шахматном порядке в зависимости от радиуса оснований конусообразных колосников.

Устройство для очистителя хлопка-сырца комбинированного (рис. 1) содержит питатель 1, направитель 2, колковые барабаны 3, сетку 4, бункер для мусора 5, направляющий щеточный барабан 6, пильчатый барабан 7, колосниковую решетку 8, щетку 9, съемную щетку 10, шнек 11 и колосник 12.

Рисунок 1. Очиститель хлопка-сырца комбинированный

Рисунок 2. Очистительная секция с колосниковой решеткой

Устройство работает следующим образом. Хлопок-сырец с питателя 1 поступает на колковый барабан 3. Мелкие сорные примеси из хлопка-сырца интенсивно выделяются на барабанных очистителях. Выделению мелких сорных примесей, находящихся преимущественно в инертной связи с летучками хлопка-сырца, способствует встряхивание его в процессе очистки. Поэтому для очистки хлопка-сырца от мелких сорных примесей применяют колково-рыхлительные очистители. Питатель 1 установлен между третьим и четвертым колковыми барабанами 3. При поступлении хлопок-сырец захватывается колками и движется сверху колковых барабанов 3, при этом происходит разрыхление хлопка. Для направления хлопка при сбрасывании с колка на колок установлен направитель 2.

После очистки от мелкого сора хлопок-сырец направляется с помощью щеточных барабанов 6 на пильчатый барабан 7 для очистки от крупного сора.

При вращении барабана 7 осуществляется очистка. Хлопок-сырец падает на первый пильчатый барабан 7, где он разравнивается неподвижной щеткой 9, которая одновременно закрепляет летучки на зубьях пил. При движении хлопка-сырца летучки, насаженные на зубья пильчатого барабана, подвергаются ударно встряхивающему воздействию о колосниковые решетки 8, в результате чего нарушается связь между летучками и сором, а сам колосник чередуется через раз по набранной по длине конусной форме и острым граням сечения для лучшего отделения крупного сора.

Сорные примеси под действием центробежной силы воздушного потока выпадают через зазоры между колосниками и попадают ко второму пильному барабану 7 с устройством аналогично первому. Сорные примеси отводятся шнеком 11. Хлопок-сырец с зубьев пил снимается щеточным барабаном 10. Очищенный от крупного сора хлопок-сырец выводится из агрегата.

Колосники в виде усеченных конусов D1˃D2 расположены в шахматном порядке в решетке (рис. 2). В зависимости от радиуса оснований конусообразных колосников осуществляется движение хлопка на площади колосников, при этом происходит разрыхление между пильчатым барабаном 7 и колосником 12.

Для определения основных параметров очистителя хлопка проведен полнофакторный эксперимент, который установил, что основными факторами, влияющими на критерий оптимизации, являются очистительный эффект У₁ и механическая поврежденность семян У₂.

По результатам предварительных исследований были выбраны уровни и шаги варьирования факторов, влияющих на качество очистки (таблица 1).

На рис. 3 представлен общий вид рекомендуемой конструкции очистителя хлопка УХК.

Рисунок 3. Снимки общего вида машины для очистки

Таблица 1.

Уровни факторов и интервалы их варьирования

Экспериментальные исследования проведены по плану многофакторного эксперимента В₃ второго порядка [2]. Число различных опытов равно 14; число повторностей – 3; число факторов – 3.

В результате обработки эксперименталных данных с использованием компьютерного программного обеспечения были получены следующие уравнения регрессии, которые адекватно описывают процесс очисткихлопка:

– по очистительному эффекту:

Y₁ = 87,85835 – 1,20667X₁ – 0,70667X₂ – 0,60667X₃ – 1,72498X₁X₁ – 1,69168X₂² – 2,19171 X₃²;

– по механической поврежденности семян:

Y₂ = 0,59051 – 0,06067X₁ – 0,12367X₂ + 0,14731X₂X₂ + 0,3897X₃X₃.

Задача оптимизации решена с помощью метода случайного поиска [3], и получены следующие оптимальные решения (таблица 2).

Таблица 2.

Результаты оптимизации математических моделей.

По результатам многофакторных исследований принимаем рациональное значение: угол конусности колосника – 0,016 °С, расстояние между пилой и колосником – 17 мм, расстояние между колосниками – 40 мм.

Список литературы:

1. Аугамбаев М., Иванов А., Терехов Ю. Основы планирования научно-исследовательского эксперимента. – Ташкент : Укитувчи, 2011. – С. 336.
2. Справочник по первичной обработке хлопка. Кн. 1. – Ташкент : Мехнат, 1994. – С. 235.
3. Юдин М.И. Планирование эксперимента и обработка его результатов : монография. – Краснодар : КГАУ, 2004. – С. 239.