Энергопотребление в процессе пильного джинирования

АННОТАЦИЯ

В статье изучено энергопотребление при джинировании хлопка-сырца, динамические воздействия пилы на хлопок, мощность на преодоление сил трения сырцового валика о поверхности пилы. Уточнены диапазон расходуемых мощностей в процессе джинирования хлопка-сырца при вариациях их физико-механических свойств и конструктивных параметров.

ABSTRACT

In this article, the oscillations of saw blades of a saw cylinder during ginning a raw fiber cotton, the dynamic effects of a saw on cotton, and the power to overcome the friction forces of a raw roller on the surface of the saw are studied. The range of consumed power in the process of raw cotton ginning with variations in their physical and mechanical properties and design parameters has been clarified.

Ключевые слова: джин, пильный цилиндр, сырцовый валик, сила трения, плотность, мощность.

Keywords: gin, saw cylinder, raw roller, friction force, density, power. 

В ранее выполненных исследованиях обоснован выбор конструкции и геометрические параметры пилы пильного джина. Однако при этом не были решены задачи:

- изгибных колебаний пилы пильного джина в процессе динамического нагружения ее сырцовым валиком;

- теоретической оценки энергозатрат на процесс пильного джинирования;

- обоснования методики оценки энергозатрат при джинировании хлопка-сырца с изысканием резервов их снижения.

Рассмотрение первой задачи обусловлено тем, что амплитуды изгибных колебаний, достигаемые в зоне контакта с хлопком зубьев пилы толщиной способствуют увеличению активной ширины пропила до . Это явление увеличивает энергозатраты на процесс волокноотделения [1].

Пилы, применяемые в пильных джинах, характеризуются наружным диаметром   мм при толщине мм. По своим динамическим параметрам их можно отнести к пластинам, у которых превалирующим является упругие деформации изгиба в плоскости, проходящей через оси вращения валов пильного цилиндра и сырцового валика.

Решение задачи динамического нагружения материала пилы выполним с использованием расчётной схемы (рис.1) и следующих допущений:

1. На пильный цилиндр с осью вращения  (рис.2), содержащий  пил с шагом расстановки давит сырцовый валик шириной  и длиной . Считаем известными значения суммарного усилия давления сырцового валика. Принимаем функцию:

Распределения давления осевого сжатия сечений пилы в пределах ширины сегмента пилы от 0 до

                                                         (1)

где величина удовлетворяет условию

                                                              (2)

                                                                          (3)

Изменение функции ширины сегмента пилы в пределах зоны её сжатия напряжением принимаем в виде

                                                                        (4)

где  – постоянная, зависящая от и диаметра междупильных прокладок Ш, сжимаюыих пилы П, на пильном цилиндре с осью вращения .

2. Учитываем динамические деформации  по времени   и координате сжимаемого поперечного сечения с площадью .

Каждый зуб пилы (зона В) считаем по форме остроконечным треугольником с вершиной в точке, передняя режущая грань зуба наклонена к линии под постоянным углом.

При таком допущении импульсы крутящего момента от воздействия одного зуба на летучку ВС составит

                                                                  (5)

3. Учитываем следующие составляющие распределенных усилий, нагружающих сечения пилы и считаем их равномерно распределенными:

- вязкое трение торцовой поверхности пилы о поверхности, пропиливаемой в сырцовом валике, в виде моментной нагрузки

,

приводимой к ее интенсивности

 ,                                                              (6)

где – коэффициент трения тыльной поверхности зубьев пилы о сырцовый валик.

-Импульсная нагрузка на каждый зуб пилы от воздействия с технологическим продуктом

                                               (7)

где– импульсивные функции времени 1 – и 2 – рода.

Уравнение поперечных изгибных колебаний сечений пилы

     (8)

После преобразований из (8) получим:

   (9)

Приближенное решение последнего уравнения найдем в форме

                                                               (10)

При этом начальные условия принимаем нулевыми , а также пренебрегаем членами с производными и взамен вводим среднее интегральное значение величины с учетом введенных допущений из (9) получим уравнение

                                             (11)

Решение последнего уравнения выполняем методом операционного исчисления переменной

В этом случае, получим изображение решения уравнения (11)

                                                      (12)

Для перехода к оригиналу последней функции предварительно отыскиваем корни знаменателя из уравнений

Откуда , а затем и оригинал функции

                  (13)

Полученные решения свидетельствуют о возможных условиях резонансных колебаний при

                                                               (14)

Откуда резонансная угловая скорость вращения пилы будет равна

                                                                       (15)

Для использования полученных данных аналитических формул в расчетах энергозатрат в процессе джинирования хлопка-сырца необходимо обоснование динамической схемы силового нагружения зубьев пилы с учетом накопленной энергии в сырцовом валике.

Скорость подачихлопка-сырца  в рабочую камеру определяем с учетом производительности джинироания 5ДП по хлопку-сырцу:

 или по объему                                       (16)

где плотность подаваемого хлопка-сырца к джину, .

Сечение пропила хлопка-сырца в сырцовом валике от воздействия пил составит

В этом случае средняя скорость составит:

                                                                             (17)

А теперь определяемс учетом  – доля выхода волокна из хлопка-сырца

                                                         (18)

где – 1,3 – коэффициент, учитывающий дополнительное разрушение слоев волокон хлопка с обеих сторон пилы;

Принимаем для расчетов , а крутящий момент на пильном вале джина составит

                                                                         (19)

При таких допущениях суммарное окружное усилие на всех зубьях, находящихся в пределах угла  (рис. 1) для одной пилы будет равно

                                                                        (20)

А отнесенное к одному зубу, составит

                                                                       (21)

Согласно схемы (рис.1), принимаем условие взаимосвязи между ив виде  , откуда амплитуда импульса сжимающего напряжения на 1 зубе пилы составит

 ,                                                    (22)

По чертежу пилы джина 5ДП; в этом случае при м, количество пил шт.

Этому соответствует усилие, прижатия сырцового валика пыльному цилиндру:

                                                               (23)

- расстояние между центром тяжести фигуры, образованной сегментами и центром вращения пилы, м;

1– общая потребляемая мощность джина;

2– мощность на собственное джинирование;

3– мощность на трение;

4– мощность на колебание пил;

где– координаты центров тяжести сегментов, м;

- соответствующие радиусы сегментов, м;

- углконтактов двух сегментов (углы контакта сырцового валика и пилой).

Мощность на преодоление сил трения сырцового валика составляет:

, кВт

где - угловая скорость сырцового валика,.

Мощность с учетом трения и динамических нагрузок будет равна:

, кВт

Для проверки выведенной формулы был произведен расчет мощности для конструкции джина 5ДП, с учетом изменения плотности. Сила трения  сырцового валика о поверхности лобового бруса и фартука, изменялась в пределах 22…48 н.

Динамический анализ пильного джина 5ДП показал закономерность изменения потребляемой мощности при джинировании в зависимости от плотности хлопка-сырца.

Результаты теоретических расчетов приведены в виде графиков (рис. 3.4.). Отсюда видно, что с увеличением плотности сырцового валика возрастает потребляемая мощность джина и при достигает 48,3 кВт.

ВЫВОДЫ

1. Колебания пил пильного цилиндра при джинировании волокнистого хлопка-сырца характеризуется амплитудой 0,05...0,3 мм, динамическое воздействие пилы на хлопок увеличивают толщину каждого пропила в среднем до 1,25 мм, что обуславливает дополнительные затраты мощности в 5,9 кВт;
2. Мощность на преодоление сил трения сырцового валика о поверхности пилы, лобового бруса и фартука составляет 16,5 кВт;
3. Предложенная методика позволяет уточнить диапазон расходуемых мощностей в процессе джинирования хлопка-сырца при вариациях их физико-механических свойств, конструктивных параметров;
4. Сопоставление теоретически рассчитанной мощности с мощностью на реальной машине свидетельствует о правильности учитываемых факторов и сделанных допущений.

Список литературы:
1. Кукин Г.Н., Соловьев А.В. и др. Учение о волокнистых материалах. М., Гизлегпром. 1949 г.
2. Махкамов Р.Г. Основы процесса взаимодействия поверхностей твердых тел с волокнистой массой. Издательство ФАН. Ташкент 1979 г.
3. Мирошниченко Г.И. Основы проектирования машин первичной обработки хлопка. М., Машиностроение. 1972 г.
4. Писаренко Г.С. и др. Справочник по сопротивлению материалов.
5. Сафаров Н.М. Разработка динамических и технологических показателей пильного джинирования при различных плотностях хлопка-сырца. дисс. на соис. к.т.н., Ташкент 1997 г.