ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ХЛОПКА ОТ МАЛЫХ ПРИМЕСЕЙ

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты аналитического изучения процесса разрыхления и очистки хлопка-сырца от мелкого сора колковыми рабочими органами очистителей на основании которой выбрана направления дальнейщих исследований по оптимизацию параметров разработанного колкового барабана со сферическими колками и прорезиновыми планками.

ABSTRACT

This article presents the results of an analytical study of the process of loosening and cleaning raw cotton from small debris by pegging working bodies of purifiers, on the basis of which directions for further research were chosen to optimize the parameters of the developed pegging drum with spherical pegs and rubber strips.

Ключевые слова: конструкция, колково-планочный барабан, очистка от мелких сорных примесей, очистка от крупных сорных примесей, первичная переработка, технология, колки, колковый барабан.

Keywords: construction, peg-slat drum, cleaning from small impurities, purification from large impurities, primary processing, technology, pegs, peg drum.

Введение. Процессы разрыхления и очистки клочков волокнистой массы являются ключевыми на начальных этапах джинирования, поскольку они обеспечивают подготовку хлопка-сырца к джинированию и напрямую влияют на надежность, производительность этих процессов и качество получаемого волокна.

Одной из основных целей исследования процессов разрыхления и очистки является повышение качества очистки хлопка-сырца. Главными средствами разрыхления и очистки хлопка являются: геометрические параметры: величина разводки между сорными решетками и колками барабанов; число, форма, длина, заостренность, количество колков; число барабанов; плотность колков (число колков на единицу площади); плотность сорной решетки (число отверстий на единицу длины). Эти параметры определяют объем рабочего пространства.

Вопросам очистки хлопка-сырца посвящена диссертация Р. З. Бурнашева [1]. Им было проведено теоретическое и экспериментальное исследование механической технологии процессов очистки хлопка-сырца от мелкого сора. Изучено взаимодействие частиц хлопка с рабочими органами машин.

Вариант очистки хлопка-сырца от мелких сорных примесей с увеличением угла обхвата до 210^о разработал Х.С.Усманов, где за счет вертикальной компоновки рабочих органов минимизированы ударные воздействия на летучки хлопка [2].

Описанию взаимодействия клочков хлопка-сырца рабочими органами очистительных машин посвящен ряд работ [3, 4]. Х. И. Иброгимов, Р.В.Корабельников определили параметры колков (число рядов колков, коэффициент трения на колках), обеспечивающих захват и удержание частиц хлопка [3]. Этими же авторами выявлены параметры движения частиц хлопка по колку: время движения частицы по колку, время схода частицы с колка, относительная скорость частиц по колку в момент схода [5]. Приведем основные результаты в области исследования распределений характеристик клочков. Одной из первых известных работ является работа Т. А. Фроловой [6], которая исследовала изменение распределения волокон по длине до и после трепального перехода.

Аналогичная работа была выполнена японскими исследователями [7, 8], в которой был проведен большой объем исследований по переходам, изменению распределения волокон по длине, по содержанию жестких сорных примесей.

Исследование по распределению клочков хлопковых волокон было проведено также испанским исследователем А. Барелла, который в своей статье [9] поместил серию распределений и определил их соответствие известным законам распределения. Было доказано, что распределение массы крупных клочков хорошо описывается логарифмически нормальным законом. По мере деления клочков модальное значение распределения приближается к нулю, а распределение практически не отличается от экспоненциального.

В фундаментальной работе 1941 года А. Н. Колмогорова [10] построена математическая модель процесса многостадийного дробления частиц и получено предельное распределение массы частиц при числе делений, стремящимся к бесконечности. Доказано, что этим предельным распределением является логарифмически нормальное распределение независимо от начального распределения массы частиц.

Методы исследования. В работе использованы краткий теоретических анализ процесса разрыхления и очистки хлопка-сырца от сорных примесей для выбора направления дальнейщих исследований для разработанного колкового барабана со сферическими колками и прорезиновыми планками к очистителю хлопка-сырца от мелкого сора.

Оборудование 1ХК, используемое в настоящее время на производстве, оснащено механизмом перемещения куска хлопка под действием внешних сил с целью обеспечения переноса мелких примесей, отделившихся от поверхности сетки, и воздействия ворсового барабана на хлопок. поток.

Схема ударных сил представлена ​​на рисунке -1

Рисунок 1. Схема движения куска хлопка в ворсовом барабане

mg– вес куска хлопка;

kv2 – сопротивление воздуха;

2mω2ẋ - сила Кариолиса;

mω2h – центробежная сила;

N - сила давления;

h-длина дугообразного колка.

Следующие внешние силы возникают в результате движения ворса на куске хлопка при передаче на барабан со следующей ворсом.

      (1)

Рассмотрим частоту вращения свайного барабана, и учитывая внешние силы, действующие на кусок хлопка, разработаем закон движения при переносе примесей между поверхностями сетки. Для этого построим дифференциальные уравнения движения декартовой системы координат.

                          (2)

здесь определяется— нормальное давление, действующее на кусок хлопку

Подставив это в уравнение (2), получим следующее выражение. Используя это выражение, мы теоретически анализируем процесс удаления примесей из хлопка и, учитывая зависимость, можем записать уравнение в следующем виде:

              (3)

Угловая скорость вращающегося барабана изменяется по закону следующим образом:

               (4)

 Результаты и обсуждение. Схема взаимодействия колка разрыхляющего барабана и летучки хлопка-сырца представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема взаимодействия колка разрыхляющего барабана и летучки хлопка-сырца

Летучка состоит из двух связанных частей с условными массами m₁ и m₂, сосредоточенными в точках A и B. Под воздействием колка возникает сила P, которая действует на точку A по касательной к траектории движения летучки. Силу P можно разложить на две составляющие: P₁, направленную по вдоль линии AB, и P₂, направленную перпендикулярно AB. Сила P₁ стремится растянуть летучку, что обеспечивает разрыхление его и может привести к разделению его на два. А сила P₂ стремится вращать массу m₁ вокруг массы m₂, что может привести к зажгучиванию летучки P. Интенсивность воздействия рабочих органов на летучки определяется по формуле:

                                             (5) 

где  n – скорость вращения колкового барабана, об/с;

M – число колков на колковом барабане;

Q – количество подаваемого в машину хлопка-сырца, кг/с.

В [11-13] определен комплексный показатель воздействия рабочих органов очистителя на хлопок-сырец с учетом скоростных и силовых параметров этих воздействий. Для хлопкоочистительной машины от мелкого сора комплексный показатель определяется следующим образом:  

                                    (6)

где  – коэффициент воздействия одной колковой секции очистителя мелкого сора;

 – коэффициент динамического воздействия;

 – допустимое значение комплексного показателя.

Коэффициент воздействия одной колковой секции очистителя мелкого сора определяется по формуле:   

 ,                                   (7)

где   – частота вращения колкового барабана, с^-1;

 – число рядов колков на барабане;

N – число барабанов в машине;

τ – время прохождения хлопка-сырца по одному барабану очистителя, с;

η – коэффициент, учитывающий соотношение    линейных скоростей барабана и хлопка-сырца.

В [14-15] рассмотрена и усовершенствована зависимость эффекта очистки волокнистой массы от различных технологических и сырьевых факторов, предложенная Ф. Лейфельдом:

 ,                                              (8)

где:      –абсолютный эффект очистки волокнистой массы от сорных примесей, %;

М – коэффициент, зависящий от конструкции очистительных машин;

С–коэффициент, зависящий от совокупности свойств материала, температурно- влажностного режима и технологических условий производства;

 -процентное содержание сорных и жестких примесей в волокнистом материале на входе в очи стительную машину;

P-фактор, учитывающий производительность и загрузку очистительной линии машин.

Коэффициент динамического воздействия рассчитывается следующим образом:

 ,                                                      (9)

где:     Р_ср – средняя сила удара;

P_к – критическая сила удара.

Таким образом, комплексный показатель для очистителя мелкого сора равен:

                                   (10)

Данный показатель может быть использован для прогнозирования качества перерабатываемого сырья при проектировании новых схем технологических цепочек очистки хлопка.

Выражение для закона движения частицы:

                                         (11)

где: V₀ – скорость колка;      

ω₀ – круговая частота собственных колебаний частицы.

Условие отделения сорных примесей от частицы:

                                           (12)

где: m_c – масса сорных частиц;

Qcz - составляющая силы закрепления сорной частицы на поверхности хлопка в направлении оси  OZ.

Количества хлопка на входе в разрыхлительно-очистительные машины обозначим Q (кг/с). Время пребывания хлопка в очистителе, если колковый барабан занимает 1/2 ее поверхности, составляет:

 ,                                                   (13)

где  n – скорость вращения барабана, об/с.

В процессе пребывания хлопка в очистителе под воздействием ударных сил рабочих органов происходит выделение сорных примесей, за счет чего меняется масса клочков хлопка. В результате процесса разрыхления происходит изменение плотности хлопка. Дифференциальное уравнение движения сорной частицы выглядит аналогично:

 ,                                   (14)

где  S₀ – импульс мгновенных сил; m_i – масса летучки; ω₀ – круговая частота собственных колебаний летучки.

Подведение итогов. Таким образом, существует много факторов, влияющих на эффективность процессов разрыхления и очистки клочков хлопка. Поскольку волокнистый поток в зазоре между колковым барабаном и сорной решеткой имеет случайную плотность, варьирующуюся в широких пределах, то устойчивость и стационарность этого потока, которая напрямую отражается в равномерности выходящего потока, зависит от того, какова динамика работы колковых барабанов очистителя.

В заключении можно сказать, что многими исследователями рассмотрена процесс разрыхления и очистки волокнистого материала от сорных примесей, установлена закономерности эффективности процесса очистки от различных параметров рабочего органа. Однако, эти выводы сделаны для конкретного случая и для очистителей с конкретными параметрами рабочих органов. При изменении параметров, например, колкового барабана очистителя хлопка-сырца от мелкого сора, необходимо уточнение воздействие его на процесс разрыхления и очистки хлопка-сырца.

Исходя из вышеописанного направления наших исследований выбрана оптимизация основных параметров разработанного колкового барабана со сферическими колками и прорезиновыми планками к очистителью хлопка-сырца от мелкого сора.

Список литературы:

1. Иброгимов, Х. И. Обеспечение условий захвата и удержания частиц хлопка-сырца колковыми рабочими органами [Текст] /Х. И. Иброгимов, Р. В. Корабельников // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – 2008. - № 6. – С. 27-30.
2.  Усманов Х.С. Основы усовершенствованной технологии очистки хлопка от сорных примесей: дис. … докт. техн. наук. – Ташкент, 2022 – с.61-71.
3. Иброгимов, Х. И. Параметры движения частиц хлопка-сырца по поверх- ности колков в очистителях мелкого сора [Текст] / Х. И. Иброгимов, Р. В. Кора- бельников // Известия вузов. Технология текстильной промышленности.– 2009. -№ 1. – С. 34-36.
4. Корабельников, А. Р. Моделирование процесса взаимодействия волок- нистых частиц с рабочим органом при очистке в свободном состоянии [Текст] / А. Р. Корабельников, Х. И. Иброгимов, Р. В. Корабельников, Д. А. Лебедев // Из- вестия вузов. Технология текстильной промышленности. – 2009. - № 3. – С. 18-22.
5. Корабельников, Р. В. Комплексный показатель воздействия очистителя хлопка на хлопок-сырец в процессе очистки [Текст] / Р. В. Корабельников, Х. И. Иброгимов // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – 2008 - № 3. – С. 35-38.
6. Фролова, Т. А. Исследование влияния треплющих органов трепальных машин на подводимый слой хлопка [Текст] : дис. … канд. техн. наук / Фролова Татьяна Александровна. - М., 1947.
7. Akami, H., Kawakami, T. A Simulation of breakage of cotton tuft by breaker. - Sen-i Gakkaishi, 1973, v.29, 2, pp. 58 – 69.
8. Akami, H., Kawakami, T. Change of size distribution of cotton tuft and evaluation of breakage. – Sen-i Gakkaishi, 1970, v.26, 11, pp. 516 – 522.
9. Barella, A., Pujol, C. Sur la Distribution Statistique du poids des Flocons en ouverture et Battage du Cotton et Fibranne. – Bulletine ITF, v/24, n/149, 617 – 635.
10. Колмогоров, А. Н. О логарифмически-нормальном законе распределения размеров частиц при дроблении [Текст] / А. Н. Колмогоров. - Докл. АН СССР - т. 31. - № 2. – 1941. - С. 99-101
11. Корабельников, Р. В. Комплексный показатель воздействия очистителя хлопка на хлопок-сырец в процессе очистки [Текст] / Р. В. Корабельников, Х. И. Иброгимов // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -2008 - № 3. – С. 35-38.
12. Q.Jumaniyazov, O.Xolmuratov, F.Egamberdiyev, B.Sharopov - Theoretical analysis of the movement trajectory of a cotton piece thrown from the pile surface E3S Web of Conferences 434, 03031 (2023)
13. M.Ochilov, O.Kholmuratov - International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry “Interagromash"” Experimental Determination of Cotton Raw Materials Separation in Improved Delivery Structure
14. Усманкулов А., Саломов А., Аббазов И.  Результаты предварительных исследований и выбор направления исследований по усовершенствованию агрегата УХК для очистки хлопка-сырца машинного сбора // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2022. № 1 (94). С-50-55 URL: https://7universum.com/ru/tech/authors/item/salomov-abubakir
15. Usmankulov, A., Salomov, A., Abbazov, I., & Egamberdiev, F. (2023, March). Creation of improved UXK equipment for cleaning cotton from large impurities. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 1142, No. 1, p. 012080). IOP Publishing.