Разработка колосниковой решетки для очистки волокнистой массы в виде хлопка-сырца

Для снижения повреждаемости волокна и семян хлопка-сырца, повышения качества хлопковых волокон и обеспечения последующего изготовления конкурентоспособных текстильных изделий с повышенными потребительскими свойствами в условиях замещения импорта, целесообразно обеспечить условия одновременного снижения степени вредного воздействия рабочих органов очистителей на волокнистую массу с одновременным повышением эффективности процессов при первичной обработке хлопка-сырца. При этом важным фактором технологического процесса является повышение интенсивности воздействия рабочих органов очистителя на хлопок-сырец за счет совершенствования их конструкции. На машинах современных очистительных линий для хлопка с использованием способа ударного воздействия на волокнистую массу широко распространены колосники рабочих камер с треугольным поперечным сечением профиля колосников. Для очистки хлопка-сырца, содержащего свыше 2/3 семян хлопчатника, подобная форма колосников имеет отрицательный эффект, вызывающий повреждение семян при пер- вичной очистке хлопка-сырца. Нами предложена новая конструкция колосниковой решетки (рис. 1) очистителя хлопка-сырца от крупных сорных и жестких примесей [1‒4], содержащая колосники новой формы профилей поперечного сечения, снижающие уровень вредного механического воздействия на волокнистую массу в виде хлопка-сырца.

В колосниковую решетку включены многоугольные колосники 1, установленные в дугообразных планках-фиксаторах, с плоскими рабочими гранями. Колосники имеют разное количество граней, увеличивающееся на одну, начиная с первого колосника, имеющего четурехгранный профиль поперчного сечения. В серийных очистителях марки УХК колосники установлены в трех секциях по пять штук в каждой. Таким образом, общее количество колосников составляет 15 штук.

Волокнистый материал в виде хлопка-сырца поступает к пильному цилиндру 2, зубья которого захватывают и протаскивают по колосникам, воздействие которых уменьшается с увеличением количества рабочих граней колосников.

Увеличение граней колосников на существующем серийном технологическом оборудовании по ходу движения волокнистой массы хлопка-сырца снижает силу воздействия колосников на летучки хлопка-сырца.

Известно, что на колосник действует случайная возмущающая сила со стороны протаскиваемого хлопка-сырца [3, 5]:

F b = ( F b ) ± 5( F b ) , (1)

где F b – случайная возмущающая сила, действующая на колосник, Н;

δ(F b ) – изменение силы, действующей на колосник, в зависимости от конструкции колосника и способа его крепления, Н.

Следует отметить, что жесткость упругой опоры имеет нелинейный характер и восстанавливающая сила определяется из выражения:

Р = сх + ex 3 , (2)

где с 2 , с 1 ‒ значения коэффициентов жесткости упругой опоры;

x 1 ‒ перемещение колосников в вертикальном направлении.

Колебания колосника описывается дифференциальным уравнением:

mx + c_Yx + с ²- x³ = F sin to t ,         (3)

Ц где m ‒ приведенная масса колосника;

µ ‒ постоянный коэффициент нелинейности;

F sin to t - возмущающая сила от протаскиваемого хлопка-сырца.

Известно [6], что чем больше деформация, тем больше амплитуда (меньшая жесткость при одинаковом материале упругих элементов), а частота колебаний может быть определена из соотношения:

—

c p=1 m •                  (4)

где с ‒ жесткость упругого элемента, m ‒ масса колебательной системы.

Рисунок 1 ‒ Новая конструкция колосниковой решетки

При постоянной массе барабанов с колками и планками частота колебаний зависит в основном от жесткости резиновых кольцевых втулок. При этом с увеличением частоты колебаний за счет увеличения жесткости (уменьшения толщины) резиновых кольцевых втулок барабанов увеличивается частота импульсивного воздействия колков и планок на протаскиваемый хлопок, что приводит к интенсивному выделению сорных примесей.

Ранее для оценки степени воздействия рабочих органов очистительных машин предлагалось использовать показатель частоты встряхивания, который характеризует интенсивность процесса рыхления волокнистой массы и отражает, интенсивность взаимодействия клочков хлопка с колосниками очистителя:

_v = ^{n (} R 6 ⁺ r ) n 6

30 d ^,

где R б – радиус рабочего органа – колкового или ножевого барабана, м;

r – разводка между рабочим органом и колосниковой решеткой, м;

n б – частота вращения рабочего органа, мин^-1;

d – расстояние между рабочими ребрами смежных колосников, м.

В результате проведенного нами анализа экспериментальных, испытательных работ и теоретических исследований [6‒10], выявлены следующие основные варьируемые факторы: производительность (кг/ч); жесткость (толщина) упругой опоры (мм) сетчатой поверхности; зазор между колками и сетчатой поверхностью (мм).

В таблице 1 приведены факторы и уровни их варьирования проведенного нами эксперимента, с учетом современного уровня техники и технологии [15, 16].

За выходной параметр эксперимента была принята величина, характеризующая эффективность очистки хлопка-сырца.

В математическую модель процесса включены только значимые коэффициенты. Таким образом, система уравнений, полученная в результате обработки данных с помощью компьютерной программы MS Office® Excel, имеет вид:

y 1 =80,957+0,71x 1 -1,37x 2 +1,12x 3 -0,54x 1 x 3 +0,21x 2 x 3 -0,12x 1 x 2 x 3 .

Таким образом, используя выбранный метод, можно обосновать необходимые параметры системы, обеспечивающие повышение эффекта очистки волокнистой массы хлопка-сырца на очистителях УХК от крупных сорных и жестких примесей (табл. 2).

Таблица 1 ‒ Уровни варьирования факторов эксперимента

№	Наименование фактора	Единицы измерения	Обозначение	Значение факторов			Уровни варьирования
				-1	0	+1
1	Производительность	10-3 кг/ч	x 1	5	6	7	1
2	Жесткость (толщина) упругой опоры	103 Н/м (мм)	x 2	1,2 (2,5)	1,8 (4,0)	2,4 (6,0)	0,6 (1,5)
3	Зазор между колками и сетчатой поверхностью	мм	x 3	11	14	17	3

Таблица 2 ‒ Результаты сравнительных производственных испытаний

Показатели, %	После очистителя с опытными колосниками	После очистителя с серийными колосниками
Исходный хлопок-сырец Влажность	8,7	8,7
Засоренность до очистки	4,2	4,2
Эффект очистки	67,95	59,84
Содержание сорных и жестких примесей	1,41	1,83
Механическая поврежденность семян	2,07	3,16
Свободное волокно	0,107	0,22