МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОЛКОВОГО БАРАБАНА НА ПОТОК ХЛОПКА- СЫРЦА

АННОТАЦИЯ

Изучены распределения давления, плотности и скорости вдоль дуги контакта движущегося хлопка с сетчатой поверхностью в процессе ударного воздействия колками по слой хлопка. Установлено, что давление, плотность и скорость потока по дуге очистки в процессе ударов колками изменяется скачкообразно, при этом происходит снижение давления и плотности, а также рост скорости потока вдоль этой дуги. Определено, что наибольшее количество сорных примесей выделяется на участках между первым и третьем колками, далее происходит незначительное его выделение на участках между следующими.

ABSTRACT

The distribution of pressure, density and velocity along the arc of contact of moving cotton with a mesh surface during the impact of pegs on a layer of cotton was studied. It has been established that the pressure, density and flow velocity along the cleaning arc in the process of striking with pegs changes abruptly, with a decrease in pressure and density, as well as an increase in the flow velocity along this arc. It was determined that the largest amount of impurities is released in the areas between the first and third pegs, then there is a slight release in the areas between the next ones.

Ключевые слова: Колковый барабан, колки, сетчатая поверхность, давления, плотность, хлопок, засоренность, очистительный эффект.

Keywords: Peking drum, pegs, mesh surface, pressure, density, raw cotton, contamination, cleaning effect.

Из-за сложности распределения и связи сорных примесей с волокнами в составе волокнистой среды теоретическое описания процесса выделения их из состава хлопка- сырца практически отсутствует [1]. Существуют простые технологические методы расчета количества примесей после прохождения через очистительной зоны, основанные на баланс сырье до и после переработки его в очистителях. Предложены простые модели описания механизма удаления отдельных частиц примесей из летучек хлопка- сырца. Эти модели основаны на элементарное представление присутствия соринок их связи с волокнами в летучках или в системе летучек. При этом отсутствуют серьезные теоретические предположения, служащие основой для дальнейшего развития представления о смеси «примеси- волокнистая масса» и разработки модели миграции соринок в этой смеси и удаления их при ударных воздействиях и протаскивании ее по сетчатой поверхности. Предложены модели расчета эффективности очистки волокнистого слоя от сорных примесей в чесальных машинах, где относительное изменение массы хлопка в камере пропорционально относительному объему хлопка-сырца в камере [2].

Для моделирования процесса очистки потока хлопка-сырца, поступающего из зоны питателя, с постоянной производительности Q₀ , полагаем движения потока одномерным и считаем, что скорость его при движении по горизонтальной дуге меняется скачкообразно в каждой секции колкового барабана [3]. При движении потока в зоне очистки происходит контакт частиц хлопка-сырца с сетчатой поверхностью, в результате чего отделяется из состава потока частиц сорных примесей. Изучим движение потока по горизонтальной части барабана. Определим значения угла  в интервале  (рис. 1. а), Среду считаем ссжимаемой, выделим из этой зоны элемент потока хлопка-сырца  (рис. 1. б) и составим уравнение движения в форме Эйлера. Движение потока считаем стационарным. Составим уравнения движения потока для зоны очистки, где принимаем, что в этой зоне очистка хлопка-сырца от сорных примесей при движении его по сетчатой поверхности происходит для значений угла , т.е. удар на хлопка-сырца производится тремя колками [4].

Рисунок 1. Схема движения потока хлопка-сырца вдоль барабана при действии трёх колок

Уравнение Эйлера для слоя хлопка-сырца в случае движение потока по горизонтальному направлению вдоль сетка записывается в виде:

         .          (1)

где   - длина дуги контакта хлопка-сырца с сеткой, отсчитываемой из точки А,

v – текущая скорость частиц хлопка-сырца,

 ,  - давления и плотность,

R - радиус барабана,

N - нормальная удельная сила,

f - коэффициент трения между поверхности сетки и хлопком-сырцом.

После исключения силы N из (1) получим уравнение относительно давления  и скорости :

                  (2)

Уравнения (2) содержит 3 неизвестных: ,  и . Для замыкания его используем уравнение состояния сжимаемой среды, устанавливающее связь между давлением  и плотности :

                  (3)

и условие сохранения массы для стационарного движения потока

              (4)

Здесь  – площадь поперечного сечения слоя потока, h- толщина слоя, L- длина барабана, - коэффициент характеризующий уменьшения площади контакта сырья с поверхностями колков. Q₀– производительность очистителя,  - плотность и давления при поступлении сырья на поверхности контакта его с колком, А- постоянная характеризующая сжимаемость хлопка-сырца. Прииз (4) определим скорость

                   (5)

При ударном воздействии колка на сырья на контакте частицы потока приобретает скорость , где - линейная скорость колка, - коэффициент снижения скорости, определяемый опытным путем, в работе [4] средняя скорость потока в зоне очистки принято . Полагая в формуле (5) , находим плотность сырья на поверхности контакта с колком .

Для определения давления , полагаем известным давлением , плотность сырья в зоне очистки [5]. Тогда полагая  и  в формуле (3) находим:

             (6)

Из требования отсутствия отрыва сырья от поверхности колка следует , что означает , с другой стороны должна выполняться условие разрежения сырья в зоне очистки , которое дает .

Таким образом для реализации процесса разрежения сырья без нарушения контакта с колком необходимо чтобы отношение плотностей  удовлетворяло неравенству

               (7)

Отношение на величину давления  (или скорости колка) из условия отсутствия повреждения семян при ударном взаимодействии колка с сырьем. Если обозначить через  предельной силы удара, при которой происходит повреждение семян, то полагая в формуле (7) , получаем  

Вводим новую переменную по формуле (6)  (- центральный угол, - радиус барабана). С учетом (4) и (6) записываем уравнение (2) относительно давления .

Последнее уравнение приведем к виду:

                  (8)

где  ,

,

Решение уравнения (8), удовлетворяющее условию представляется в квадратурах

             ( )     (9)

Формулу (9) используем для определения давления в каждой секции.

Если контакт потока хлопка-сырца с сетчатой поверхностью происходит в четырех участках ,и , то решение (9) на каждом участке с учетом изменения контактного давления по формуле (7), в силу удара каждым колком, записывается в виде:

          при  , (        (10)

где  ,

,,

Для расчета использован приведенный коэффициент трения между сеткой и хлопком-сырцом по формуле , где , - площадь сетки занятой открытыми участками, - общая площадь сетки.

Рассмотрим процесс выделения сорных примесей из состава хлопка- сырца при движении его по сетчатой поверхности. Следуя работе [4], связь между массы  поступающего в зону очистки хлопка- сырца и его плотности представим в виде:

где  ,

- коэффициент пропорциональности.

Интегрирую последнее уравнение, удовлетворяющее условиям (- масса поступающего в зону между первым и вторим колком зоны очистки неочищенного хлопка- сырца за единицу времени),  при  для зоны очистки между первым и вторым колком, получаем

Учитывая зависимость (3), имеем  при  

Масса выделенной примеси отнесенной к массе , между первым и вторым, вторым и третьими, третьем и четвертыми колками и после воздействия четвертого колка  определяется по формуле

 при  

где давление  определятся с помощью формул (9)-(10). Общая масса выделенных сорных примесей из зоны очистки представляется в виде:

На рисунках 2-4 представлены графики распределения плотности, скорости и масса выделенных примесей (отнесенная к массе неочищенного хлопка- сырца) по дуге контакта хлопка- сырца с сетчатой поверхности в зоны очистки при двух значениях производительности очистителя-питателя джина 5ДП-130 [6].

В расчетах принято:, ;; , , , , , , , .

Рисунок 2. Распределение плотности ) хлопка- сырца в зоне очистки для значений производительности  и

Из анализа графиков следует, что в результате ударного воздействия колков плотность и скорость в сечениях слоя потока в местах удара меняются скачкообразно, при этом плотность при переходах к участкам между колками практически не меняется, а скорость увеличивается значительно, это заметно при большой производительности машины (рис. 3).

Рисунок 3. Распределение скорости потока хлопка сырца в зоне очистки для значений производительности  и

Графики распределения масс выделяемых из потока сорных примесей (отнесенных к массе неочищенной массе хлопка- сырца), представленные на рис 4 показывают, что высокий очистительный эффект наблюдается в

Рисунок 4. Распределение массы выделенных сорных примесей (отнесенной к массе неочищенного хлопка сырца) ( в процентах)  в зоне очистки при значений производительности  и  и различных значениях параметра , ,,, ,,,

участке между первым и вторым колком, далее происходит уменьшение массы выделяемых сорных примесей, значительное снижение ухода сорных примесей в участках между вторым и третьем колками наблюдается при высоких значениях производительности . При этом видно, что рост значения параметра  приводит к увеличению массы выделяемых сорных примесей.

Список литературы:

1. Мирошниченко Г.И. Основы проектирования машин по первичной обработке хлопка. М.
2. Ишлинский А.Ю. Прокатка и волочение при больших скоростях деформирования. Прикладные задачи механики. Кн.1. М: «Наука», 1986.    
3. Жиззах межд конф.
4. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А.. Моделирование технологических процессов. Москва, Легкая и пищевая промышленность, 1980.-344 с.
5. Салимов А.М., Лугачев А.Е., Ходжиев М.Т. Технология первичной обработки хлопка. “Адабиёт учқунлари” . Ташкент. 2018. -184 с.
6. Паспорт пильного джина 5ДП-130. Ташкент. ТГСКБ по хлопкоочистке, 1983.- 14 с.