АКУСТИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРТА ХЛОПКА-СЫРЦА. ПОСТРОЕНИЕ ГРАДУИРОВОЧНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА ЗРЕЛОСТИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННЫХ СОРТОВ ХЛОПЧАТНИКА

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по разработке градуировочных зависимостей экспресс-метода и нового прибора (акустического сортомера) для определения сорта хлопка-сырца, основанного на акустическом принципе измерений без предварительного джинирования проб хлопка-сырца.

Для обеспечения единства измерений коэффициента зрелости для серии приборов применена двухступенчатая градуировка прибора, согласно которой прибор предварительно калибруется на государственных стандартных образцах физико-механических свойств хлопкового волокна с аттестованными значениями коэффициента зрелости.

Методом регрессионного анализа построены уравнения градуировочных зависимостей акустического сортомера для селекционных сортов Султан, С-6524, Наманган 77 и Бухара 8.

ABSTRACT

The results of research on the development of calibration dependencies of a new device for rapid determination of the variety of seed cotton using the acoustic measurement principle without preliminary ginning of seed cotton samples are presented.To ensure uniformity of measurements of the maturity coefficient for a series of devices, a two-stage calibration of the device is used, according to which the device is pre-calibrated on state reference materials of the physical and mechanical properties of cotton fiber with certified values of the maturity coefficient.

Using the method of regression analysis, equations for the calibration dependencies of the acoustic grade tester were constructed for the selection varieties Sultan, S-6524, Namangan 77 and Bukhara 8.

Ключевые слова: хлопок-сырец, зрелость, сорт, акустический сортомер, проба, измерение, градуировочная зависимость

Keywords: seed cotton, maturity, grade, acoustic device, sample, measurement, calibration dependence

Введение. Ускорение научно-технического прогресса и рост эффективности производства хлопково-текстильных кластеров неотделимы от постоянного улучшения качества продукции, которое во многом зависит от качественных показателей сырья.

Действующей системе приемки хлопка-сырца присущи ряд недостатков, сдерживающих стимулирование фермерских хозяйств в улучшении качества сдаваемого ими сырья хлопкоперерабатывающей промышленности. Недостатки существующей системы приемки заключаются в следующем:

Действующей системе приемки хлопка-сырца присущи ряд недостатков, сдерживающих стимулирование как развитие фермерских хозяйств, так и улучшение качества сдаваемого ими сырья для хлопкоперерабатывающей промышленности. Недостатки существующей системы приемки обусловлены следующим.

а) Существенный человеческий фактор: оценка сорта хлопка-сырца осуществляется визуально путем сличения проб с эталонными образцами. Последствия – ошибки в оценке сорта, неравномерность сырья и пересортица из-за смешивания разных сортов в одной партии при складировании.

б) Применяемые методики. Оценка засоренности и влажности осуществляется один раз в день по среднедневной пробе, составленной из отобранных за день точечных проб по каждому фермерскому хозяйству. Последствия – измерение среднедневной пробы приводит к большим погрешностям по оценке фактических показателей качества хлопка-сырца с разных полей и не стимулирует различных фермеров улучшать качественные показатели своей продукции.

в) Слабая приборная база. Большинство применяемых средств измерений и приборов выпущены на рубеже 70-80 годов прошлого столетия, морально и физически устарели и не автоматизированы, процесс измерений занимает длительное время.

Поэтому по инициативе АО "Узпахтасаноат", выборочно, с учетом наличия приборного парка, в ряде областей Республики Узбекистан – Ташкентской, Сырдарьинской, Джизакской, Бухарской, Навоийской областях на всех заготпунктах, в порядке эксперимента, была организована электронная система приемки хлопка-сырца. Она включала инструментальную оценку влажности и засоренности по каждой поступающей партии и органолептическую оценку сорта путем сличения отобранных проб хлопка-сырца от подвозимой партии с эталонными образцами внешнего вида. Сорт инструментально оценивался только в спорных случаях путем джинирования пробы на устройстве ППВ и определением сорта на приборе ЛПС-4 по воздухопроницаемости пробы волокна, на что дополнительно затрачивалось время порядка 7-10 минут [1], [2].

Реализация опытной приемки выявила узкие места – это, прежде всего длительность анализов влажности и засоренности. Фермеры в ожидании результатов анализов дополнительно выжидали 15-20 минут из-за несовершенства действующих приборов.

В связи с этим, на втором этапе предусмотрено внедрение электронно-инструментальной приемки на базе скоростных автоматизированных приборов при следующих условиях:

• определение влажности хлопка-сырца на АВХС-01 и засоренности на ЛКМ-3А по одной пробе;
• определение сорта на акустическом приборе ПАН-1 по одной пробе хлопка-сырца, очищенного на ЛКМ-3А, массой 150 г;
• объем поступающей партии в среднем  – 2 тележки.

При этом общая длительность анализов влажности, засоренности и сорта составляет около 9 мин., при условии работы 2 приборов АВХС-01,  2 приборов ЛКМ-3А и 1 прибора ПАН-1. При этом темп выдачи результатов составляет до 30 партий в час в самый пик приемки с 17:00 до 22:00 часов.

Это подтвердило актуальность внедрения экспресс-метода и акустического прибора ПАН-1.

Целью данного этапа работы явилось построение градуировочных зависимостей прибора ПАН-1 для хлопка-сырца различных селекционных сортов.

Методология проведения экспериментальных исследований

Экспериментальные исследования проводили на опытном образце акустического прибора ПАН-1 на образцах хлопка-сырца селекционных сортов Султан, С-6524, Бухара 8, Наманган 77 разных промышленных сортов, отобранных из разных регионов республики и имеющих различные значения коэффициента зрелости.

Методика испытаний

При разработке градуировочной зависимости применили метод двухступенчатой градуировки. На первой ступени прибор предварительно калибруется на однородном материале, в качестве которого применили Государственные стандартные образцы физико-механических свойств хлопкового волокна с аттестованным значением коэффициента зрелости (ГСО) [3],[4], [5],[6], [7], [8].

Государственные стандартные образцы хлопкового волокна пропускали через хлопковый анализатор Sherly-Analizer и выдерживали в стандартных климатических условиях не менее 4-х часов [9]. Масса пробы волокна при калибровке должна составлять (60±0,02) г. Образцы хлопка-сырца, имеющие влажность около 8 %, предварительно выдерживали при комнатной температуре.

Предварительно прибор ПАН-1 включали с помощью рубильника и прогревали в течение 20 мин., затем провели калибровку прибора по уровню сигнала на микрофоне, для чего нажали на кнопку "Калибр".  После чего прибор ПАН-1 калибровали на государственных стандартных образцах физико-механических свойств хлопкового волокна по двум точкам согласно инструкции по эксплуатации, по следующему алгоритму

         ,                                                         (1)

где  Кз - коэффициент зрелости калибровочного волокна;

U - выходной сигнал прибора, mV;

В_о и В₁ – коэффициенты, устанавливаемые при калибровке прибора по ГСО физико-механических свойств хлопкового волокна по аттестованной величине коэффициента зрелости.

Для калибровки запускали программу калибровки прибора на калибровочном волокне. На рисунке 1 приведена градуировочная зависимость прибора ПАН-1 на ГСО физико-механических свойств хлопкового волокна с коэффициентами зрелости  Кз =2,12 и  Кз =1,49, соответственно, 1/К = 0,689, 1/К = 0,472.

Рисунок 1. Калибровочная зависимость прибора ПАН-1 на ГСО физико-механических свойств хлопкового волокна

По представленной калибровочной шкале проверяют правильность работоспособности прибора на ГСО физико-механических свойств хлопкового волокна, а также можно поверять прибор по методике [10]. Во всех случаях при контрольных проверках и поверке прибора в диапазоне измерения коэффициента зрелости погрешность измерения коэффициента зрелости не должна превышать  ± 0,1 единицы коэффициента зрелости на ГСО [11].

На второй ступени, после калибровки на ГСО, выполнялась разработка градуировочных зависимостей прибора ПАН-1 по пробам хлопка-сырца по селекционным сортам хлопчатника.

Так как прибор откалиброван на ГСО хлопкового волокна в единицах коэффициента зрелости пробы хлопкового волокна, то для пробы хлопка-сырца массой (150±0,02) г на экране индикатора высвечивается два показателя: выходной сигнал U в милливольтах и коэффициент зрелости хлопкового волокна в пробах хлопка-сырца Кz по шкале прибора ПАН 1.

Градуировочная зависимость - это графическая или аналитическая зависимость, связывающая косвенный показатель соответствующего метода с фактическим показателем. Уравнение зависимости принимают линейным. Градуировка по селекционным сортам сводится к нахождению коэффициентов линейной регрессии по следующей формуле:

Кз= А₀  + А₁ *Кz  ,                                                             (2)

где: Кз – коэффициент зрелости, определенный стандартным методом на приборе ЛПС-4 для у пробы волокна селекционного сорта хлопка-сырца;

Kz – коэффициент зрелости волокна селекционного сорта хлопка-сырца, измеренный на приборе ПАН-1 по шкале хлопкового волокна, градуированного с помощью ГСО физико-механических свойств хлопкового волокна.

Образцы хлопка-сырца исследуемой селекции очищали от сорных примесей на устройстве ЛКМ. Из очищенного хлопка-сырца взвешивали три пробы массой по (150±0,02) г. Пробу закладывали в съёмный стакан, который вставляли в прибор и в соответствии с руководством по эксплуатации проводили измерения на приборе ПАН-1. В таком же порядке измерения проводили и на остальных двух пробах. Далее испытанные образцы хлопка-сырца подготавливали для определения зрелости волокна на приборе ЛПС-4 в следующем порядке. Каждый образец хлопка-сырца джинировали на лабораторном джине ДЛ-10, затем пропускали через хлопковый анализатор АХ. Образцы волокна перед испытанием не менее 4 часов выдерживали в климатических условиях по ГОСТ 10681-75 при температуре (20±2) °С и относительной влажности (65±5) %. Испытания на приборе ЛПС-4 проводили по методике ГОСТ 9679.3 [12].

Результаты испытаний, полученные на приборе ПАН-1 (Кz) и на приборе ЛПС-4 (Kz) для разных селекционных сортов хлопка представлены в таблице 1и (столбцы 2,3) и в таблице 2 (столбцы 2,3).

Таблица 1.

Результаты испытаний на образцах волокна селекционных сортов Султан и Бухара8

По фактическим показателям коэффициента зрелости были рассчитаны коэффициенты уравнений линейной регрессии по формуле (2) и получены формулы (3-6). Уравнения регрессии представляют собой аналитическую градуировочную зависимость для исследованных селекционных сортов хлопка. По формулам (3-6) вычислено расчетное значение коэффициента зрелости Кзр.

Таблица 2.

Результаты испытаний на образцах волокна селекционных сортов С-6534 и Наманган 77

На рисунках 2 представлены градуировочные зависимости в виде графиков и уравнений прибора, полученные для прибора ПАН-1 и исследуемых селекционных сортов Султан, С-6524, Бухара 8 и Наманган 77.

Рисунок 2. Графическая градуировочная зависимость селекционных сортов хлопка для прибора ПАН-1: а) сорт Султан, б) сорт С-6524, в) сорт Бухара 8, г) сорт Наманган 77

На графиках приведены также уравнения градуировочной зависимости измеренного коэффициента зрелости испытываемой пробы хлопка-сырца на приборе ПАН-1 от коэффициента зрелости, полученной на приборе ПАН-1 по шкале калибровочного волокна - стандартного образца по формуле (2).

Полученные уравнения градуировочной зависимости по селекционным сортам формулами (3) приведены ниже:

где  Кз - коэффициент зрелости, полученный на приборе ПАН-1,

Kz - коэффициент зрелости, полученный на приборе ЛПС-4.

Из уравнений (3-6) и графиков на рисунке 2 видно, что между стандартным значением коэффициента зрелости Кз на приборе ЛПС-4 и коэффициентом зрелости хлопка-сырца, измеренным на приборе ПАН-1 в пробах хлопка-сырца Кz, испытываемых селекционных сортов существует линейная зависимость с коэффициентом аппроксимации R²=0,98 и более, что подтверждает согласованность теоретических выкладок с экспериментальными результатами.

При этом на всех селекционных сортах разность расчётного коэффициента зрелости на приборе ПАН-1 (Кзр) и полученного стандартным методом на приборе ЛПС-4 (Кз) составляет не более ±0,1, что в пределах допустимой погрешности. Это указывает на перспективность прибора ПАН-1 для определения сорта хлопка-сырца.

Заключение

1. В ходе работы проведен анализ методов контроля качества хлопка-сырца при его приемке на заготовительных пунктах в контексте внедрения электронной инструментальной приемки с оценкой влажности, засоренности и сорта хлопка-сырца по каждой подвозимой партии. Установлено, что для организации электронной инструментальной приемки хлопка-сырца необходимо ускорить внедрение более скоростных современных автоматизированных приборов АВХС-01, ЛКМ-3А и ПАН-1 с элементами информационно-коммуникационной технологии с исключением влияния человеческого фактора на конечные результаты измерений.

2. Разработаны градуировочные зависимости для прибора ПАН-1 в виде уравнения регрессий по селекционным сортам Султан, С-6524, Бухара 8 и Наманган 77.

Коэффициент аппроксимации в полученных зависимостях более 0,98, что указывает на перспективность акустического сортомера для инструментальной приемки хлопка-сырца по каждой подвозимой партии.

3. Внедрение акустического прибора взамен органолептической оценки на хлопкозаготовительных пунктах позволяет повысить оперативность контроля сорта в 7- 8 раз по сравнению с приборами ЛПС-4 с устройством ППВ и обеспечить точность оценки сорта хлопка-сырца при приемке от фермерских хозяйств.

Список литературы:

1. ГОСТ 30445-2009 Хлопок-сырец. Технические условия, взамен   ГОСТ 30445-95, введ. 2009-11-11. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации; Т.: Агентсво Узстандарт, 2020. – 15 с
2. Пахта қабул қилиш сақлаш бўйича йўриқнома, "Ўзпахтасаноат" АЖ, Тошкент, 2017, 56 с. (Инструкция по приемке и хранению хлопка-сырца)
3. А.Ахмедов, Ю.Д. Якубова. Акустический метод оценки качества хлопкового волокна. Научно-технический журнал агентства Узстандарта "STANDART", № 2/2007, c.27., введ. 2014-10-10, агентство Узстандарт, 2014, 13с.
4. А. Ахмедов. К вопросу выбора режимов измерения показателя микронейр хлопкового волокна на акустическом приборе. // "STANDART". – 2012. – №2. – с.42–44.
5. А.Ахмедов. О влиянии массы пробы на сходимость результатов измерений показателя микронейр на акустическом приборе. Научно-технический журнал агентства Узстандарта "STANDART", № 3/2012.
6. А.Ахмедов. Об акустическом методе неразрушающего контроля показателя микронейр хлопкового волокна. Научно-технический журнал агентства Узстандарта "STANDART", № 2/2012, с.36-37.
7. А. Ахмедов, Ю.Д. Якубова "Исследование влияния параметров состояния образцов на режимы измерения показателя микронейр на акустическом приборе", Сборник трудов "Технические науки – от теории к практике": материалы XVII международной научно-практической конференции (Часть II, Новосибирск).
8. Разработка акустического прибора для определения сорта хлопка-сырца по коэффициенту зрелости ПАН-1 экспресс-методом с выдачей технических требований для ОКР, отчет о НИР (заключительный) АО "Пахтасаноат илмий маркази", руководитель А.Ахмедов - тема 1614. Ташкент, 2017, 79 с.
9. ГОСТ 10681-75 Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения взамен ГОСТ 10681-63, вед. 1978-01-01. Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации; М.: ИПК Издательство стандартов, 1997, – 30 с.
10. Р 50.2.038-2004 Государственная система обеспечения измерений. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результатов измерений, взамен МИ 1552-86, введ. 2005-01-01, М.: ФГУП "Стандартинформ", 2011,-7с.
11. ГОСТ 3274.6-98 Волокно хлопковое. Методы определения зрелости. взамен ГОСТ 3274.2-72, введ. 1998-11-12– Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации; Т.: Агентсво Узстандарт, 1999. – 10 с.
12. ГОСТ 9679.3 -2009 Хлопок-сырец. Методы определения характеристик хлопкового волокна, взамен ГОСТ 9679.3-95, введ. 2009-11-11– Минск : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации; Т.: Агентсво Узстандарт, 2020. – 11 с.