МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УДАРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ ПЕРЕМЕННЫМ УСЛОВИЕМ КОНТАКТА С ДИСКРЕТНЫМИ РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ КОЛОСНИКАМИ ПРИ ОЧИСТКЕ ЕГО ОТ СОРНЫХ ПРИМЕСЕЙ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена вопросам извлечения прядильных волокон из волокнистых отходов, используемых при первичной переработке хлопка. Новые пилы используются для эффективного отделения волокон, пригодных для прядения, от волокнистых отходов. Также проводились теоретические исследования.

ABSTRACT

The article is devoted to the extraction of spinning fibers from fibrous waste used in the primary processing of cotton. The new saw blades are used to effectively separate fibers suitable for spinning from fiber waste. Theoretical studies were also carried out.

Ключевые слова: хлопок, волокно, отходы волокна, повреждение, пильный диск, зуб пилы, пильный цилиндр, колосник.

Keywords: cotton, fiber, fiber waste, damage, saw blade, saw tooth, saw cylinder, grate.

В технологическом процессе переработки хлопка, кроме основной продукции, выделяются различные отходы. Отходы, отделенные от джина и пуха, улюка, собранный в циклоне и пылевой камере, представляют собой волокнистые отходы [1-3]. Анализ работы различных хлопкозаводов установлено, что выделившийся технологическим оборудованием волокнистый улюк не регенеруется, а их реализация производится в виде очищенного улюка. Это вызвано тем, что хлопкозаводы не оснащены достаточным количеством оборудования, обеспечивающего соблюдение регламентированного процесса переработки волокнистых отходов [4-5]. Одновременно из-за технологических и конструктивных недостатков оборудование цеха переработки волокнистых отходов используется не рационально.

Волокна, полученные в результате переработки волокнистых отходов, используются в качестве сырья в текстильной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Очистки волокнистых отходов применялся сетчатой барабан. Процесс очистки на улючном барабане происходит таким образом, при котором неочищенный улюк засыпался через воронку в барабан,после чего барабан приводился в движение. С помощью пил ударяется волокнистых отходов и через сетки удалялся посторонние  примеси. Улючные барабаны не обеспечивали хорошего качества выпускаемого после очистки волокнистого улюка. Улюк в барабанах подвергался вращательному движению, вследствие чего извлекаемое из улюка волокно зажгучивается.

В данной работе теоретически исследуется процесс, происходящий между волокнистыми отходами, прилегающими к цилиндру пилы. При этом учитывается изменение угла наклона краев колосника относительно центра пильного барабана. В отличие от предложенной схемы расчета будем считать, что взаимодействие сетки с волокнистой массой происходит с изменением состояния контакта, которое осуществляется за счет изменения углов между сетками при полном радиусе диска.

В отличии от расчетной схемы, предложенной в работе [6] принимаем что взaимодействие между колосникoм и волокнистой массой происходит с переменами условием контакта, реализуемыми изменением углов между колосниками радиусом полного диска (рис. 1).

Рисунок 1. Расчетная схема

Из рис. 1 находим _i =/ _i /; так что _i = _i / при  _ii = - -_{i ,} при _i+   (i=1, 2,………..N)  N-количество колосников.

Колосники взаимодействуют со слоем потока массы в точкaх  , где контакт массы происходит по направлению нормали  _i  к ребру колосника  .

Обозначим через p давление в слое волокна, которая  при стационарном режиме удовлетворяет уравнению Эйлера. Полагаем, что на волокнистую массу вдоль ребра    действует сила трения Кулона =f_i  .

C учётом этой силы и отсутствия силы тяжести уравнение Эйлера вдоль дуги очистки записываем в виде.

 =  () /R                                        (1)

Полагая s=R  уравнение (1) приводим к виду

 =  () .                                    (2)

Где   скорость и давление в слое волокнистой массы.

R - радиус пильного диска. , ρ-плотность волокнистой массы.

f - коэффициент трения вдоль ребра ,

N - количество колосников в зоне очистки,

l - длина зоны очистки,

(z) - функция Дирака.

В дальнейшем полагаем  

Уравнение (2) содержит три неизвестные w, для замыкания которого используем закон сохранения массы потока за единицу времени.

 S= const= Q_{0 0} S                                                      (3)

здесь S=Lh, _{, 0} –плотность и скорость волокнистой массы при входе в камеру, где полагается w_0n , w_n – линейная скорость пильного барабана. L-длина барабана, Q₀ -производительность очистительной машины, кроме того известен закон уравнение среды, выражающий через зависимость p=p() 

В случаи линейной зависимости давления p от объёмной деформации имеем

p=Kε+p₀                                                                         (4)

K- модуль объёмного сжатия волокна p₀ – давление в поступающем потоке

Здесь  =  =1--  -объёмная деформация.

Тогда закон принимает вид

p=K (1--) +                                                               (5)

Для волокнистой массы реализуется процесс сжатия по этому .

Из (4) установим связь между скорости давления

w=₀ =                                            (6)

Исключая из (2) давление w) с помощью (6) составим уравнение для определения скорости

a                           (7)

Где a=1--

Поскольку в камере очистке происходит разрыхление потока т.е.  ρ<, то необходимо p.  В соответствие (5)  в зоне разрыхления происходит снижение давления, поэтому следует полагать a=1  или Здесь c₀= -скорость распространения звуковой волны в исходной волокнистой массе. Так, например, если принять K=21f0³ Па, ρ₀=20 kg /м³, то имеем c₀=10 м/с, т.е. скорость поступающего в камеру потока удовлетворяет неравенству w₀ 10 м/с. Пологая p/p₀ представим решение уравнения (7) в виде.

   если  ,

   если  

   если  

   если  

--------------------------------------------------------------------------

   если  

-------------------------------------------------------------------------

если   

b_i=fsin(γ+ , с=w₀/c₀ 

Плотность и скорость потока волокна определяются по формулам (5) и (6).

Относительное количество выделяемых сорных примесей dm_i=(m₀-m₁-m₂-...-m_i-1)/m₀ после каждого удара вычисляется по формулам [7]

, , …)

Здесь ^λ

Суммарная масса выделенныx сорных примесей будет равна

В таблицах 1.2 представлены резултаты расчетов давления (Па), скорости  w_i(м/с),  плотности ρ_i(кг/м³)  волокна и  масса (отнесенонй к начальной массе волокна) выделенных из потока сорных примесей (в процентах) после каждого удара колосником при различных значениях угла   для  В расчетах принято: ρ₀=30kg /м³ , K=310³  Па, w₀ =5м/с, f=0.3 λ=0.2,     =30⁰ при =20⁰ при  .

Из анализа табличных данных следует, что давление и плотность потока после каждого удара снижаются, при этом наблюдается увеличение скорости потока. Причем снижение давления более значительно чем плотности. Такой характер поведения давления и плотности потока связан с начального состояния потока волокон, подаваемого в зону очищения. Наибольшая масса выделяемых примесей наблюдается после взаимодействия потока с первыми начальными тремя при  и пятью колосниками при  после удара с остальными колосниками сорные примеси практически не выделяются. Сравнивая данных, представленных в таблицах 1 и 2 можно заметить, что рост числа колосников может привести к повышения эффективности очистки. Так, например суммарная масса выделенных сорных примесей для Nравна а для  -

Таблица 1.

Расчетные данные для давления (Па), скорости w_i(м/с), плотности ρ_i(кг/м³) волокна и масса (отнесенной к начальной массе волокна) выделенных сорных из потока примесей (в процентах) после каждого удара колосником при различных значениях угла  для

Таблица 2.

Расчетные данные для давления (Па), скорости w_i(м/с), плотности ρ_i(кг/м³) волокна и масса (отнесенной к начальной массе волокна) выделенных из потока сорных примесей (в процентах) после каждого удара колосником при различных значениях угла  для  

По результатам теоретических исследований, проведенных по устройству очистки волокнистых отходов, можно сделать следующий вывод.

Увеличение значения угла, полученного с кромкой колосника относительно центра пильного барабана, приводит к уменьшению силы давления, действующей на волокнистый слой. Также с увеличениям скорость волокнистого слоя в момент удара о край колосника, а его плотность уменьшается

Список литературы:

1. M. Salokhiddinova and R. Muradov (2022) Methods for Increasing the Efficiency of Cleaning the Transfer Device. Engineering, 14, 54-61. https://doi.org/10.4236/eng.2022.141005
2. Makhliyo Salokhiddinova, RustamMuradov. Research to Reduce Seed and Fiber Strain in Cotton Separator // AIP Conference Proceedings 2650, pp.030018 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0105476 Published Online: 22 November 2022
3. Mashkhura Salomova, Makhliyo Salokhiddinova, Rustam Muradov, and A’zamat Kushimov. How to increase the effect radius of the cotton transport process in a mobile device // International conference “Problems in the textile and light industry in the context of integration of science and industry and ways to solve them (PTLICISIWS-2022)” (Scopus, Web of Science) Namangan, Uzbekistan 5–6 May 2022. pp.040045 1-5
4. Salokhiddinova Makhliyo Nurmukhammad qizi, Muradov Rustam Muradovich, Mamatkulov Arif Tursunovich. Investigation of Separating Small Impurities and Heavy Compounds Using the Cotton Separator Equipment. American Journal of Science, Engineering and Technology. Vol. 2, No. 2, 2017, pp. 72-76. http://www.sciencepublishinggroup.com/journal/paperinfo?journalid=325&paperId=10018526
5. Salokhiddinova Makhliyo Nurmukhammad qizi, Muradov Rustam Muradovich, Karimov Abdusamat Ismonovich, Mardonov Botir Mardanovich. The Shortfalls of the Vacuum Valve Cotton Separator. American Journal of Science and Technology. Vol. 5, No. 4, 2018, pp. 49-55. http://aascit.org/journal/archive2?journalId=902&paperId=6911
6. П.Г.Лойцанский. Механика жидкости и газа. Наука, М.1972. 847 с.
7. А.Г.Севостьянов, П.А.Севостьянов. Моделирование технологических процессов. Легкая и пищевая промышленностью. М. 1984, 308 с.