Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор патентной литературы, постановка задач исследований 9
1.1. Классификация технологических отходов 9
1.2. Технологические особенности процесса переработки отходов 13
1.3. Основные виды машин, предназначенных для рыхления волокнистого материала 14
1.3.1. Машины отечественного производства 14
1.3.2. Машины зарубежного производства 43
1.4. Анализ питающих устройств 59
1.5. Заключение по главе 65
2. Ввод продукта питающим бункером 68
2.1. Теоретические исследования транспортирующе - формирующего бункерного устройства 68
2.2. Заключение по главе 74
3. Разработка модуля предварительного рыхления 76
3.1. Влияние конструктивных параметров колкового барабана на его приведённую жесткость 76
3.2. Влияние обечайки на увеличение жесткости колкового барабана 81
3.3. Вывод основных расчетных формул для определения критических скоростей узла колковых барабанов 88
3.4. Экспериментальные исследования частот собственных колебаний колкового барабана.
99
3.4.1.Цели и задачи испытания конструкции динамической нагрузкой 99
3.4.2. Описание установки для записи виброграмм 102
3.4.3. Проведение эксперимента по определению частот собственных колебаний 103
3.5. Заключение по главе 104
4. Экспериментальные исследования по выявлению оптимальных режимов работы узла колковых барабанов машины для регенерации отходов 104
4.1. Выбор факторов и параметров оптимизации 104
4.2. Статистический анализ результатов эксперимента 118
4.3. Оптимизация режимов процесса рыхления в зоне колковых барабанов 123
4.4. Расчет комплексного показателя эффективности 125
4.5. Построение графических зависимостей поверхностей отклика 127
4.6. Заключение по главе 133
5. Совершенствование слое - формирующего устройства 133
5.1. Методика расчета телескопических вставок 133
5.2. Заключение по главе 139
6. Разработка вариантных конструкций машин для переработки отходов 140
6.1. Совершенствование и исследование машины для непрерывной регенерации отходов (МНРО) 141
6.2. Разработка и исследование машины регенерации отходов льна (МРОЛ) 149
6.3. Распределение волокон по группам длин при введении в смесь регенерированного волокна 157
6.4. Новое оборудование, выполняемое на базе проведенных исследований 160
6.5. Заключение по главе 165
Общие основные выводы и результаты работы 165
Список использованных источников
- Основные виды машин, предназначенных для рыхления волокнистого материала
- Влияние обечайки на увеличение жесткости колкового барабана
- Статистический анализ результатов эксперимента
- Разработка и исследование машины регенерации отходов льна (МРОЛ)
Введение к работе
Переработка хлопкового и льняного волокна в пряжу сопровождается образованием на всех переходах производства большого количества волокнистых отходов.
В настоящее время возросла потребность бережного отношения к ресурсам, к разработке и освоению малоотходных технологий, регенерации волокна из отходов [1]. Обогащение отходов, использование регенерированного волокна в основном производстве поможет текстильной промышленности экономить дорогостоящее сырьё. Для этого необходимо совершенствовать оборудование, разрабатывать и внедрять как отдельные части машин, так и целиком машины с более современными механизмами для отчистки волокна [2 -4].
В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования элементов модуля предварительного рыхления машины для регенерации отходов, обеспечившие возможность разработки данного модуля.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Данная диссертационная работа выполнена в соответствии с: межвузовской программой «Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в производстве текстильной промышленности» (Текстиль России) (1992 - 1996 гг.); грантом 1996 года по фундаментальным исследованиям в области проблем легкой промышленности (тема: «Разработка и организация малоотходной ресурсосберегающей технологии в прядильном производстве») (1997 - 1998 гг.); государственной научно-технической программой России «Высокоэффективные технологии в социальной сфере» (тема: «Разработка технологии переработки отходов текстильного производства с
4использованием блочно- модульной системы проектирования») (1992 - 1995 гг.);
НИР вузов, финансированными из средств федерального бюджета по единому заказ - наряду (тема: «Оптимизация процесса регенерации шляпочного очёса и совершенствование регенерирующего устройства», jv «Разработка и исследование двухпоточного питающего бункера») (1996 -
2000 гг.); межвузовской программой «Русский лён» (Тема: «Разработка новых способов и оборудования для котонизации льна, получения полотен из отходов производства, качественной пропитки льняных тканей и исследования структуры и свойств льняного волокна», 1996 г.).
В связи с этим разработка и исследование модуля предварительного рыхления в составе машины для регенерации отходов является работой актуальной и имеющей важное научно-хозяйственное и научно-техническое значение.
Цель и задачи исследований: Целью диссертационной работы является ^ решение вопросов совершенствования технологии предварительного рыхления и разработка высокопроизводительного модуля с повышенной эффективностью очистки волокнистого материала.
В связи с этим в данной работе рассмотрены следующие задачи: произведен анализ отечественных и зарубежных литературных источников и определены тенденции развития технологий и конструкций механизмов для использования при предварительной очистке и регенерации хлопкового волокна; исследована конструкция узла колковых барабанов; проведены экспериментальные исследования малогабаритного колкового устройства для получения обогащенной волокнистой массы, определения оптимальных условий его работы; исследован и; узел промежуточного слоеформирования; разработаны предложения по совершенствованию технологии регенерации и конструкции модуля предварительного рыхления машины для регенерации отходов и самой машины и показана возможность его применения в новых минигабаритных машинах.
Методика исследований. Данная работа включает теоретическое и
5 экспериментальное изучение машины для непрерывной регенерации отходов разрыхлительно-трепального агрегата, слоеформирующего устройства. транспортируют^ - формирующего бункерного устройства. При этом используются методы математической статистики, методы дифференциального и операционного исчисления. . Экспериментальные и теоретические исследования проводились в студенческом конструкторско - исследовательском бюро (СКИБ) Ивановской государственной текстильной академии и Костромском государственном технологическом университете на работающем оборудовании с использованием современной измерительной аппаратуры. Исследовались засоренность и длина регенерированного волокна, его выход из отходов, эффективность очистки, степень повреждаемости волокна.
В процессе исследований использовались стандартные методики и специально разработанные компьютерные программы.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в: jf экспериментальном анализе и обобщении исследований процесса рыхления; теоретическом исследовании выравнивающей способности транспортирующе-формирующего устройства бункерного питателя; теоретическом и экспериментальном обосновании условий переработки отходов в зоне колковых барабанов; изучении влияния изменения конструктивных параметров рабочих органов на качество выходного продукта с разработкой программы и алгоритма; определении условий вывода регенерированного волокна и организации движения воздушных потоков в промежуточном слоеформировании и выводной части устройства.
У» На основе развитых в диссертации теоретических положений решена задача по созданию модуля предварительного рыхления, обеспечивающего эффективную технологию получения регенерированного волокна.
Новизна технических решений подтверждена патентами № 2135651 РФ [5], № 2134316 РФ [6], №2160333 РФ [7], свидетельствами на полезную модель № 12130
6 РФ [8], № 9845 РФ [9], № 27389 РФ [10], №27387 РФ [11].
Практическая значимость. Практическая ценность работы заключается в: совершенствовании технологии получения регенерированного волокна в составе модуля предварительного рыхления машины для регенерации отходов; разработке новых конструктивных предложений для узлов предварительного питания, рыхления и слоеформирования, позволяющих получить более равномерный поток в зоне питания, качественный продукт на выходе из устройства при подаче его в зону пильчатых барабанов.
Даны рекомендации на проектирование нового минигабаритного оборудования для переработки отходов.
Проведенные исследования физико-механических свойств регенерированного волокна при поиске оптимальных параметров работы колковой пары позволили повысить разрабатывающую и очищающую способности узла предварительного рыхления отходов и сепарации сорных примесей. Благодаря этому появляется возможность повысить производительность труда и оборудования, увеличить эффективность использования сырьевых ресурсов.
Реализация результатов исследований. Разработана техническая документация на машину для регенерации отходов (в двух вариантах), которая сдана для изготовления опытных образцов машины на Фурмановский литейно-механический завод (ФЛМЗ).
Основные положения работы используются в практической работе СКИБ ИГТА, на кафедрах МТТМ, ПТМ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: межрегиональном научно-практическом семинаре «Роль студенческих объединений в развитии научно-технического прогресса в текстильной и легкой промышленности». Модуль-93, Иваново, 1993 г.;
7международной научно- технической конференции «Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности». Прогесс-94.
Иваново, 1994 г.; всероссийской студенческой научно-технической конференции «Развитие техники и технологии текстильной промышленности»,
Москва, 1994 г.; межрегиональном научно-практическом семинаре «Роль студенческих объединений в развитии научно-технического прогресса в народном хозяйстве». Иваново, 1995 г.; всероссийской студенческой научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития текстильной промышленности». Москва,
1995 г.; международной научно-технической конференции «Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве». Прогресс-96. Иваново, 1996 г.; всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии текстильной промышленности». Текстиль-96. Москва, 1996 г.; международной научно-технической конференции «Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве». Прогресс-97. Иваново, 1997 г.; межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности». Москва, 1998 г.; международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях». Кострома, 1998 г.; всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». Текстиль-98.
Москва, 1998 г.; международной научно-технической конференции «Новые ресурсосберегающие технологии и улучшение экономической обстановки в легкой промышленности и машиностроении». Витебск, 1998 г.; межвузовской конференции молодых ученых и студентов, посвященной 55-летию образования Костромской области «Студенты и молодые ученые университета - развитию науки и производства Костромской области-99». Кострома, 1999г.; международной научно - технической конференции «Современные jy наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2000)», Иваново,2000. расширенном заседании кафедры ПТМ Ивановской государственной текстильной академии, 2003 г.
Публикации. По результатам проведенной работы опубликовано 24 научных работ, из них 5 статей в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», 6 статей депонировались в ЦНИИТЭИлегпром, получено 3 патента и 4 авторских свидетельств на полезную модель, остальные;.-тезисы конференций.
4/ Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (глава 1), изложения результатов исследований (5 глав), выводов, списка используемых источников литературы (116 наименований), 11 приложений.
Диссертация изложена на 209 страницах машинописного текста, в число которых входит 79 рисунков и 20 таблиц.
91. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ,
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Технологические отходы текстильной промышленности и вторичные материальные ресурсы составляют около 25% всего перерабатываемого хлопкового и льняного сырья. Это огромные резервы, которые можно использовать в текстильной промышленности [12].
Предварительная подготовка и разрыхление текстильных технологических отходов в основном зависят от их вида, состава, места образования в технологическом процессе, степени загрязнения. Качество полученной в результате переработки волокнистой массы в значительной степени зависит от используемой технологии и оборудования.
За счет совершенствования оборудования с технологической и экономической точек зрения выгодно перерабатывать следующие виды сырья: хлопок с различным содержанием сорных примесей и с разными свойствами, химические волокна небольших линейных плотностей, лен, угарные и низкосортные волокна.
Работа предприятия, таким образом, зависит от эффективности нового технологического процесса и обеспечивающего его разрыхлительно- трепального и чесального оборудования. Становится возможным увеличение выпуска пряжи. Так же положительный эффект можно получить при эксплуатации современного оборудования с возможностью регулирования его параметров в зависимости от перерабатываемого сырья [13 - 14].
1.1. Классификация технологических отходов. Задача найти новые, более эффективные способы использования сырьевых ресурсов хлопчатобумажной промышленности является одной из важнейших [15]. Отечественный опыт переработки отходов указывает, как правило, на характерное решение локальных проблем. Отходы текстильной промышленности разделяются на возвратные и невозвратные. К возвратным относятся обраты - рвань холстов, ленты и ровницы. Обраты по своим свойствам близки к хлопковому волокну, входящему в состав сортировки и поэтому их возвращают в свою сортировку. Кроме того, к возвратным относятся отходы, выделяемые в основном при
10очистке, то есть при разрыхлении, трепании, кардочесании и гребнечесании. Те отходы, которые после очистки и подготовки можно повторно использовать в прядении, называют прядомыми. Прядомые отходы: орешек, полученный при переработке хлопкового волокна высоких сортов; очесы кардные и гребенные; ровница; колечки и мычка. Отходы таких типов после JY соответствующей обработки, разрыхления или расщипывания чаще всего не возвращают в сортировку, из которой они получены, а используют в более низких сортировках для получения пряжи большей линейной плотности. К не прядомым или ватным отходам относят орешек и пух трепальный, получаемый при переработке хлопкового волокна низких сортов (IV, V, VI), пух с чистительных валиков, загрязненную подметь и обтирочные концы. Эти отходы используют для выработки ваты, а так же в сортировках, перерабатываемых в пряжу большой линейной плотности. Невидимые или невозвратные отходы - это влага и пыль, выделяющиеся при переработке хлопкового волокна [16].
По составу текстильные технологические отходы делятся на следующие: хлопковые отходы - состоят из 100% хлопка или содержат минимальное '^у количество отходов смеси из 67% хлопчатобумажного и 33% нормального или модифицированного вискозного волокна; отходы хлопкового типа - содержат хлопчатобумажное волокно в смеси с химическими волокнами и нитями; отходы шерстяного волокна - состоят из 100% шерсти или содержат минимальное количество отходов смеси, в которой присутствует не менее 70% шерсти; отходы шерстяного типа - содержат все виды технологических отходов и вторичное сырье из смеси шерсти с химическими волокнами и нитями; лубяные отходы - содержат все виды технологических отходов и У; вторичное сырье из лубяных волокон; отходы шелковой промышленности — содержат все виды технологических отходов и вторичное сырье из .натурального шелка с химическими волокнами, вискозными, полиэфирными, полиамидными, ацетатными и др.; отходы химических волокон - содержат все виды технологических отходов, получаемых при производстве химических волокон и нитей; смешанные отходы - содержат технологические отходы, получаемые при переработке различных типов сырья.
На многих текстильных предприятиях отдельные виды отходов после дополнительной обработки вводят в определенных пропорциях в сортировку или используют для производства нетканых материалов или ваты.
Отходы в зависимости от вида, физико - механических свойств и места образования подразделяются по номерам и по группам. На предприятиях в основном образуется от 7 до 30% хлопчатобумажных отходов, причем прядомые отходы составляют, в общем составе отходов, 80 - 90 % общего их объема [17].
В зависимости от вида, характера и места образования отходы разбиты на номера [18]. №1 - пух подвальный трубный с фильтров. №№ 2,3,4- орешек и пух трепальный, получаемые при переработке тонко- и средневолокнистого хлопка. №№ 5,6- орешек и пух второго пропуска. № 7 - орешек и пух чесальный, состоящие из неоднородной массы волокон, слегка закатанных завитков, содержащих сорные примеси, кожицу с волокном, узелки и жгутики. №8 - орешек и пух чесальный, получаемый при переработке низкосортного хлопкового волокна. №9 - пух-распыл, образующийся в соросборниках роторных, аэромеханических и роторно - армирующих прядильных машин. №№ 10,11, 12 - очес кардный, получаемый при переработке соответственно тонко- и средневолокнистого хлопка на шляпочных чесальных машинах и чесальных аппаратах. №13 - подбор крашенного волокна. №14 - окрайка, образующаяся при транспортировке и распаковке. кип хлопкового волокна. №№ 15, 16 - очес гребенной, получаемый при переработке тонко - и
12средневолокнистого хлопка на гребнечесальных машинах. №17 — пух с чистителей приготовительного, прядильного и ленточного оборудования, из волокносборников ленточных машин. №№ 18, 19, 20 - рвань ровницы с ровничных, прядильных, прядильно-крутильных машин. №№ 21, 22, 23 — колечки с чистительных валиков вытяжных приборов ровничных, прядильных и прядильно - крутильных машин, №24 - мычка с химической нитью. №№ 25, 26, 27 - мычка из прядильных камер пневмомеханических прядильных машин. №№ 28 — 32 - мычка из камер мычкоуловителей кольцепрядильных и прядильно - крутильных машин. №33 - подметь чистая приготовительных цехов. №34 - подметь грязная. №35 - путанка армированной нити. №№ 36 - 38 - путанка пряжи. №№ 39 - 46 - концы пряжи. №№ 47, 48 - концы армированной нити с приготовительно - ткацкого, ткацкого и ниточного оборудования. №49 - срезка и вырезка так же с приготовительно — ткацкого, ткацкого и ниточного оборудования. №50 - кромка обрезная. №51 - пух стригальный и ворс. №52 - подметь ткацкая. №53 - орешек и пух от гигроваты с очистительного оборудования. №54 - пух и орешек от гигроваты с чесальных машин. №55 - пух очес от гигроваты с чесальных машин.
Вторичная переработка отходов позволяет реализовать значительные резервы ценного сырья. В мировой практике существуют два течения.по переработке отходов. Они могут использоваться или отдельно, или же смешиваются с основным перерабатываемым сырьём.
131.2. Технологические особенности процесса переработки отходов.
На протяжении длительного периода времени были проведены глубокие теоретические и экспериментальные исследования по усилению очистки отходов хлопка на машинах приготовительного отдела. Для этого использовали машины ведущих зарубежных фирм, а также машины отечественного производства. На основании исследований были определены параметры рабочих органов машин, их количество, а также последовательность размещения машин в технологической цепочке.
Теоретические разработки и практические исследования показали, что на существующем оборудовании приготовительного отдела отечественного производства осуществить качественную очистку хлопка и его отходов затруднено. Для этого необходимо иметь новую серию машин, обеспечивающих не только хорошую очистку, но и в меньшей степени повреждающих волокна. На основании проводимых исследований была создана целая серия машин: трехрядный рыхлитель-чиститель ТРЧ, двухрядный рыхлитель-чиститель ДРЧ, комбинированный наклонный очиститель ОНК-б, брикетирующая машина БМПУ, модернизированный питатель П-5М. На хлопкопрядильных фабриках для очистки отходов может применяться следующее оборудование: смеситель непрерывного действия СН-ЗУ, вертикальные разрыхлители ВРП-1, наклонные очистители ОН-6-4, угароочищающие агрегаты УОА-2, трехрядный рыхлитель -чиститель ТРЧ концервальные машины, щипальные машины СЩ-850, нителовки Н-3 (НФ-1), полуавтоматические прессы АРО-1, мешконабивные машины МНШ-48 [19].
На многих предприятиях для очистки отходов применяются пыльный волчок и угароочищающая машина ЧУ, состоящая из двух колковых барабанов с колосниковой решеткой и пильчатого барабана с сороотбойным ножом. Эффект очистки волчка составляет 26%, а машины ЧУ достигает 46%.
В ИвНИТИ создан угароочищающий агрегат, состоящий из очистителя РЧК, горизонтального разрыхлителя ГР-6, наклонного очистителя ОН-6-3, быстроходного конденсора, пильчатого очистителя системы ИвНИТИ. Эффект очистки отходов на этом агрегате составляет 36-37%.
14Недостаточная очистительная способность угароочищающего оборудования, а также прекращение выпуска многих машин затрудняют переработку отходов, в связи с этим на большинстве предприятий, вырабатывающих аппаратную и кардную пряжу большой линейной плотности, вложение отходов в сортировку составляет от 2 до 20%. Сортировка состоит в основном из хлопкового волокна IV-VI сортов.
Эффект очистки хлопка возрастает при увеличении числа рабочих органов в очистительной линии. Однако число рабочих органов может быть уменьшено за счёт применения планочных, игольчатых трепал, колковых и ножевых барабанов при их воздействии на волокнистый материал, находящийся в зажатом состоянии.
1.3. Основные виды машин, предназначенных для рыхления волокнистого материала. С внедрением пневмомеханического способа прядения, возможности переработки отходов увеличиваются. Для этого способа прядения можно использовать волокна с широким диапазоном длины, в том числе и короткие. Пневмомеханический способ прядения позволяет получить высококачественный продукт из отходов, поэтому имеет наибольшую экономическую эффективность.
Практически все виды отходов могут быть переработаны, но для этого необходимо качественно разрыхлить, очистить и удалить из них пыль. Это обуславливает создание новых машин или улучшение качества уже выпускаемых.
1.3.1. Машины отечественного производства
Российскими учёными были предложены различные машины и устройства по очистке хлопка, а также отходов хлопкопрядильного производства.
Очиститель наклонный ОН-6-4М [19] изготовлен на базе машины ОН-6-4, отличается от нее большей площадью сечения колосников и большим диаметром отверстия отвода отходов. Кроме того, в очистителе ОН-6-4М использован комбинированный способ обработки волокнистой массы: сначала бородка волокна подвергается воздействию первого ножевого барабана в зажатом состоянии в зоне питающих цилиндров, а затем обрабатывается последующими ножевыми барабанами.
15 Работа наклонного очистителя ОН- 6-4М осуществляется следующим образом. Предварительно разрыхленное хлопковое волокно из предыдущей машины агрегата подаётся конденсером 1 (рис.1.) в бункер 2, а из него двумя выпускными 3, поддерживающим 4, и двумя питающими 5 цилиндрами передаётся под воздействие ножевого барабана 7 и протаскивается по колосниковой решетке 6. Дойдя до следующего ножевого барабана, волокно снимается его ножами и вновь протаскивается по колосниковой решетке. Для улучшения процесса съёма волокна с барабанов над ними установлены щитки 8, позволяющие регулировать зазор щиток - ножи барабана в пределах 5-20 мм.
Процесс обработки хлопкового волокна на последующих ножевых барабанах аналогичен описанному. Последний ножевой барабан сбрасывает волокно в бункер 9, из которого оно подаётся в последующую машину агрегата.
Выделенные отходы попадают в угарную камеру 10, после наполнения которой автоматически включается система удаления отходов 12. Исполнительный механизм 11 после поступления соответствующего сигнала открывает заслонку 13, соединяя угарную камеру 10 с пневмосистемой удаления отходов 12.
Время заполнения угарной камеры составляет 0,5-1 ч, полезный расход воздуха для удаления отходов-1750 м3 /ч, ориентировочно время очистки угарной камеры-1-2 мин.
Рис. 1.1 .Очиститель наклонный ОН-6-4М В целях определения характера воздействия различных видов трепал (колковых, ножевых, планочных и игольчатых) на волокнистый материал в свободном состоянии была создана новая очистительная машина (рис. 1.2) [19], на которой вместо шести ножевых барабанов установлены колковые барабаны 1, 3, 5; ножевой барабан 2, планочное трепало 4, и игольчатое трепало 6. Комбинирование трёх различных способов воздействия на волокнистый материал с промежуточным действием колковых барабанов и определило название новой машины - комбинированный наклонный очиститель ОНК-6.
Рис. 1.2. Комбинированный наклонный очиститель ОНК-6
Техническая характеристика ОНК-6
Число рабочих органов 6
Диаметр рабочих органов, мм 406
Частота вращения рабочих органов, мин-1 425-1000
Рабочая ширина машины, мм 1060
Производительность, кг/ч 650
Мощность электродвигателей, кВт 4 Габаритные размеры, мм длина 2680 ширина 1690 высота 2800
Уровень шума, дб До 70
Очистительная способность, % 10
Основные виды машин, предназначенных для рыхления волокнистого материала
С внедрением пневмомеханического способа прядения, возможности переработки отходов увеличиваются. Для этого способа прядения можно использовать волокна с широким диапазоном длины, в том числе и короткие. Пневмомеханический способ прядения позволяет получить высококачественный продукт из отходов, поэтому имеет наибольшую экономическую эффективность.
Практически все виды отходов могут быть переработаны, но для этого необходимо качественно разрыхлить, очистить и удалить из них пыль. Это обуславливает создание новых машин или улучшение качества уже выпускаемых.
Российскими учёными были предложены различные машины и устройства по очистке хлопка, а также отходов хлопкопрядильного производства.
Очиститель наклонный ОН-6-4М [19] изготовлен на базе машины ОН-6-4, отличается от нее большей площадью сечения колосников и большим диаметром отверстия отвода отходов. Кроме того, в очистителе ОН-6-4М использован комбинированный способ обработки волокнистой массы: сначала бородка волокна подвергается воздействию первого ножевого барабана в зажатом состоянии в зоне питающих цилиндров, а затем обрабатывается последующими ножевыми барабанами. абота наклонного очистителя ОН- 6-4М осуществляется следующим образом. Предварительно разрыхленное хлопковое волокно из предыдущей машины агрегата подаётся конденсером 1 (рис.1.) в бункер 2, а из него двумя выпускными 3, поддерживающим 4, и двумя питающими 5 цилиндрами передаётся под воздействие ножевого барабана 7 и протаскивается по колосниковой решетке 6. Дойдя до следующего ножевого барабана, волокно снимается его ножами и вновь протаскивается по колосниковой решетке. Для улучшения процесса съёма волокна с барабанов над ними установлены щитки 8, позволяющие регулировать зазор щиток - ножи барабана в пределах 5-20 мм.
Процесс обработки хлопкового волокна на последующих ножевых барабанах аналогичен описанному. Последний ножевой барабан сбрасывает волокно в бункер 9, из которого оно подаётся в последующую машину агрегата.
Выделенные отходы попадают в угарную камеру 10, после наполнения которой автоматически включается система удаления отходов 12. Исполнительный механизм 11 после поступления соответствующего сигнала открывает заслонку 13, соединяя угарную камеру 10 с пневмосистемой удаления отходов 12.
Время заполнения угарной камеры составляет 0,5-1 ч, полезный расход воздуха для удаления отходов-1750 м3 /ч, ориентировочно время очистки угарной камеры-1-2 мин. Очиститель наклонный ОН-6-4М В целях определения характера воздействия различных видов трепал (колковых, ножевых, планочных и игольчатых) на волокнистый материал в свободном состоянии была создана новая очистительная машина (рис. 1.2) [19], на которой вместо шести ножевых барабанов установлены колковые барабаны 1, 3, 5; ножевой барабан 2, планочное трепало 4, и игольчатое трепало 6. Комбинирование трёх различных способов воздействия на волокнистый материал с промежуточным действием колковых барабанов и определило название новой машины - комбинированный наклонный очиститель ОНК-6.
Разделение рабочей камеры наклонного очистителя на три условные зоны (I, II, III), объединяющие соответственно по два разнотипных рабочих органа, позволило получить чередование различных способов воздействия на волокнистый материал в рамках одной машины. лч w Центральный ножевой барабан служит для возврата волокна под действием центробежных сил в зону рыхления. Он имеет большее число ножей по сравнению с остальными шестью. Это обеспечивает большую захватывающую способность и интенсифицирует процесс. Использование данного изобретения позволяет дополнительно очистить волокнистый материал от примесей, которые трудно отделяются на последующих машинах без механического воздействия на волокнистую массу.
Осевой очиститель ЧО-У предназначен для разрыхления и очистки волокнистого материала в свободном состоянии (рис. 1.3) [17].
Предварительно разрыхленное хлопковое волокно из предыдущей машины агрегата тягой воздуха подаётся на колковый барабан 1, который протаскивает волокно по колосниковой решётке 4. Клочки волокна, пройдя колосниковую решётку 4, отбрасываются в верхнюю часть машины, откуда щитком 2 направляются к месту встречи колковых барабанов 1 и 3, где происходит интенсивное разрыхление хлопкового волокна. Затем большая часть волокна вновь подбрасывается вверх под воздействием колков барабанов и увлекается ими к колосникам, расположенным под барабаном 3. В результате взаимодействия волокна с колками барабанов и колосниками колосниковой решетки происходит эффективное выделение сорных примесей в угарную камеру 5. Разрыхленное волокно подхватывается струёй воздуха в выходящем патрубке и транспортируется в последующую машину агрегата.
Бесхолстовая . трепальная машина МТБ [19] предназначена для разрыхления и очистки смесей из хлопкового волокна низких сортов и прядомых отходов хлопкопрядильного производства. Она является модификацией трепальной машины ТБ-3 и имеет следующие конструктивные отличия: подача волокна к ножевому барабану осуществляется горизонтально; ножевой барабан для отходов имеет одну камеру; на выпуске установлен пильчатый барабан с пилкой специального профиля; в машине применено бесступенчатое регулирование частоты вращения питающих цилиндров; под пильчатым барабаном установлен сороотбойный нож.
Машина МТБ состоит из бункера 1 (рис. 1.4), секции ножевого барабана I, секции сетчатых барабанов II и пильчатого барабана III. Подготовленное разрыхлительным агрегатом хлопковое волокно от распределителя РВП-2 поступает в бункер 1, а из бункера двумя выпускными 2 и поддерживающим 3 валами и двумя питающими 4 цилиндрами подаётся к ножевому барабану 7. Ножевой барабан интенсивно разрыхляет бородку волокна и удаляет сорные примеси, которые выпадают в угарные камеры 6 через зазоры между колосниками 5.
Затем волокнистая масса переносится потоком воздуха, создаваемым вентилятором 8, на поверхность сетчатых барабанов 9, где оседает равномерным слоем и обеспыливается. С сетчатых барабанов волокно снимается съемными цилиндрами 10. После этого волокно захватывается парой питающих цилиндров 11, которые подают его в зону действия пильчатого барабана 12, где происходит дополнительное разрыхление и очистка волокна от сорных примесей. Разрыхленное хлопковое волокно выбрасывается пильчатым барабаном в выводной патрубок 13 для транспортирования к последующим машинам. В начале выводного патрубка имеется щель для регулирования дополнительного подсоса воздуха к трубопроводу.
Влияние обечайки на увеличение жесткости колкового барабана
В результате исследования динамики машин часто требуется оценка вибрации всего барабана как единого целого, без детерминирования колебаний элементов, входящих в конструкцию узла [63-66].
Следует отметить, что на изменение разводок между рабочими органами, а так же на технологический процесс чесания влияют лишь радиальные и угловые смещения барабанов, то есть колебания обечайки относительно опор вала.
В исследуемой конструкции колкового барабана обечайка соединена с валом жесткими втулками. Однако возможна конструкция, когда вместо втулок установлены крестовины со спицами.
В связи с этим следует определить приведенную жесткость узла барабанного типа, для чего отделим обечайку от вала, а крестовины заменим реакциями (рис.3.4.). Расчет приведенной жесткости ступенчатого вала, изображенного на рис.3.5., выполнен ранее [67]: „ = (Л - J2 ) ф+Vi - J, Жу-)+ (Л-. - Л Ж 4+Л. (3.7.) где Jnp - приведенный момент инерции площади поперечного сеченя вала; 7/(/=1,2. . . к) - момент инерции поперечного сечения і-го участка вала; /(/=1,2. . . к) - расстояние от начала вала до конца і-го участка; L- длина вала. Ф(-) = — L L . 2кЪ sin(—) Li /2/r _ вводится для удобства записи.
В следствии того, что нагрузка действующая на вал, вызывает его деформацию изгибающий момент, через крестовины передается на обечайку. Причем величина этого момента зависит от коэффициента жесткости крестовин (САГ/?). При Скр=0 всю нагрузку воспринимает вал и приведенная жесткость узла равна жесткости вала без учета обечайки. При Скр= оо приведенный момент инерции в поперечном сечении узла рассчитывается согласно (3.7.), если принять обечайку за ступень вала. Степень влияния жестокостей вала и обечайки друг на друга характеризуется отношением: Ky=fo6lfe (3.8.) гдеу б - стрела пригиба обечайки; /ь - разница между максимальным прогибом вала и прогибом в точке Ъ\. Л ь= -Pbx{b2-bx)2 + M{b2-bxy («ад) (3.9.) В случае симметрии L= Ьх+Ьг. В этом случае максимальный прогиб обечайки от момента М, действующего со стороны крестовины, [68]: /об = -М R /(87rEo6hR), (ЗЛО.) где R - радиус барабана; h - толщина стенки; Ь\ и Ът расстояние до начала и конца обечайки. Угловая деформация на торцах обечайки вов=-М R KlTrE hR2). (3.11.) Введем дополнительные условия, связывающие коэффициент жесткости крестовин Скр с углами поворота вала и обечайки в местах жесткого соединения с крестовинами: dyb dxu хв=\ &об м кр с (3.12.) откуда с учетом (3.11.) имеем: М = [Ф2 -bx)CKp{7h Eo6 E6J6 27jE6Eo6J6h \ (3.13.) Решая совместно (3.8.), (3.9.) и с учетом (3.13.), получаем коэффициент распределения деформации:
В зависимости от модели машины в крестовине может быть 3, 4, 6 и 8 спиц. С учетом изгибной деформации и деформации кручения спиц крестовин коэффициент жесткости спицы с координатой д?\((р=0 - вертикальная плоскость) с = М = [є -rcm cos2 (р((гаХаcos1 (pt л-/3sm2v )+у] ер \є(а cos2 Фі+Р sin2 (р + у2 cos2 (pt J где - (p- общий угол поворота конца спицы с координатой фі; Уст - радиус ступицы. е = -ф,/„, + /І -2lil.lL, /(L, - LJ]}K2EJCJ; си r- V 2Е т(Ц-1спУ V/ I \l I -1 " фиктивная длина спицы; где, Lcn - длина спицы; Jem, Jo - моменты инерции площади поперечного сечения спицы соответственно у ступицы и обода; JK - момент инерции при кручении спицы у обода. Находящиеся спицы в крестовине можно представить как параллельно соединенные упругие элементы с коэффициентом жесткости Сап". сп 7 S cni Необходимые решения для барабанов с соответствующим количеством спиц находятся простым суммированием. Следует иметь в виду, что величина суммарного коэффициента жесткости зависит от положения спиц крестовины относительно вертикальной плоскости. Коэффициент жесткости для крестовин изменяется с периодами л/3, я/2, л/3, л/4 соответственно для трех, четырех, шести и восьми спиц. Максимальные и минимальные значения коэффициентов жесткостей для трех и шести спиц отличаются на 23%, для четырех 52,5% и для восьми на 8,5%. Эти изменения могут являться причинами возникновения параметрических колебаний при вращении барабана [69]. Угол упругого поворота в стыке ступица-вал определяется по формуле [67]: p = 6S0M/PLl, (3.16.) где So - упругое перемещение в середине стыка {50 = С45); 5- нормальное давление в стыке; С - постоянная, зависящая от сопрягаемых материалов чистоты поверхности и вида обработки; Р - усилие в стыке (P=SF); F - площадь стыка; (F=MiLcm); d - диаметр вала; Lcm - длина ступицы. При сопряжении чугун - сталь с чистотой поверхности Ra= 1,25 после точения C=l,12-10"9 {m2l JH] . Коэффициент угловой жесткости ступицы в этом случае будет равен: cm М PL2cm PL2cm4s с--= — = — = ---- (3.17). (Р 650 (6С) Из (3.17.) следует, что Сст зависит от нормального давления в стыке. Общий коэффициент жесткости крестовины как для соединенных последовательно упругих элементов: С С ря+сту В случае, когда вал имеет одно утолщение - обечайку целесообразнее записывать уравнение (3.7.) в виде: Л/» = K\J\ + К г, где J\ и J2 - моменты инерции поперечного сечения соответственно концов и середины вала. M M R Lo6 b;-b Рис.3.4. Обечайка. Jk-1 Рис.3.5. Ступенчатый вал. К2=фф-фф; кх = \-кг (3.18.) Для учета влияния обечайки и крестовин, а также того, что вал и обечайка изготавливаются из разных материалов, необходимо ввести поправочные коэффициенты A, Kv и модули упругости:
Коэффициент А находится из условий, что при отсутствии влияния обечайки на вал эквивалентная жесткость системы равна жесткости вала, то есть при Ку = О, A = MKi если обечайка была бы ступенью вала, то эквивалентная жесткость ступенчатого вала определялась бы в соответствии с (3.21.), то есть при КУ=\,А = 1. Принимая в первом приближении зависимость между этими коэффициентами линейной, записываем:
Формула (3.19.) является окончательной для расчета эквивалентной жесткости узла барабанного типа.
Предложенная методика расчета узлов барабанного типа позволяет на этапе проектирования определить приведенную жесткость узла. При увеличении числа спиц крестовин приведенная жесткость увеличивается незначительно, а вероятность возникновения параметрических колебаний уменьшается.
Статистический анализ результатов эксперимента
Задача исследования заключается в необходимости определения оптимальных параметров зоны колковых барабанов машины для регенерации отходов, обеспечивающих минимальные значения укорочения длины волокон и максимальные значения очистки.
Для определения оптимальных параметров работы зоны колковых барабанов был использован рототабельный центральный композиционный план.
Для решения поставленной задачи расчет регрессионной многофакторной модели (РМФМ) и параметров оптимизации произведен на персональных ЭВМ PC/AT и ЭВМ PC/XT по программе MNK (метод наименьших квадратов).
Программа MNK предназначена для аппроксимации квадратических или линейных функциональных зависимостей вида: Y=b0+b1-Xi+b2-X2+...+bn-Xn+b1i-Xi2+b22-X22+.... +bnn-X„2+b,2-X1.X2+b13 X1.X3+..., (4.4.) где.У- критерий оптимизации; bo - свободный член уравнения регрессии; bi,b2,...b„..bnn...- коэффициенты при линейных членах уравнения регрессии; Ьіг, Ь2з, Ьіз -коэффициенты уравнения регрессии, характеризующие взаимодействие факторов; Ьп, Ъц, Ьзз- коэффициенты при квадратических членах уравнения регрессии.
В результате реализации опытов и статистической обработки результатов эксперимента получены регрессионные многофакторные математические модели параметров \\ - Yn, адекватные с 95 % -ной доверительной вероятностью, свободные члены и коэффициенты регрессии, которых представлены в таблицах 4.8. и 4.9.:
Гипотезу об адекватности моделей проверяли по критерию Фишера. Оценка однородности и воспроизводимости дисперсий выполнена по критерию Кохрена. Значимость коэффициентов уравнений регрессии определена по критерию А \ Стьюдента.
Для решения многокритериальных задач, позволяющих формализовать процедуру компромиссного решения, в работе предложено два подхода [75], с использованием общих критериев оптимизации: функции желательности и комплексного показателя эффективности.
При расчете необходимо учитывать различную значимость (весомость) параметров оптимизации по отношению друг к другу. Результаты экспериментальных оценок весомостеи параметров оптимизации сведены в табл.4.10. Весомость определялась в зависимости от значимости. Очистительную способность машины ставили на первое место Yj-Ye, затем влияние изменения параметров машины на повреждаемость волокон Y7-Y12. Однако, далее для подтверждения оптимальных значений параметров для работы колковой пары необходимо продолжить поиск оптимума, используя комплексный метод многокритериальной оптимизации, объединив в одном комплексном показателе эффективность (F) все частные (Y1-Y12) показатели и тем самым провести преобразование многокритериальной задачи в однокритериальную.
Далее используем симплексный метод Нелдера-Мида при известных ограничениях параметров оптимизации и выбранного значения весомости. Расчет заканчивается при достижении обобщенной функции, желательно наибольшего значения. Указанный алгоритм реализован в программе KOMPL на ПЭВМ PC/AT. Результаты расчета по комплексному методу многокритериальной оптимизации и наилучшие экспериментальные значения параметров оптимизации Yj-Yi2 сведены в табл.4.14.
Из таблицы видно, что при сравнении результатов, полученных по комплексному методу и функции желательности, относительная ошибка находится в пределах 10%, то есть соответствует хорошей точности эксперимента. Таким образом, на основании проведенного математического планирования эксперимента получены следующие оптимальные значения режимов работы зоны колковых барабанов машины для регенерации отходов:
Разработка и исследование машины регенерации отходов льна (МРОЛ)
Под пильчатыми барабанами 2 установлена пирамидальная сороприемная камера 8, которая перевернута усеченной вершиной вниз к угароудаляющему устройству 9.
Выпускной модуль работает следующим образом. Волокнистый настил, сформированный на поверхности конденсора подается выводными валиками 1 к первому приемному барабану, которым разрабатывается и утоняется и переносится в зону взаимодействия барабана с группой валиков, где осуществляется его последовательное расчесывание рабочими валиками 3 и 4.
При этом часть волокон уходит из основного потока с поверхностями этих валиков, а другая часть переносится в зону взаимодействия барабанов. За счет перекрестного расположения гарнитур и опережающей линейной скорости второго барабана эти волокна полностью переходят на его поверхность.
Через колосниковую решетку из волокнистого потока выделяются сорные примеси и пух, которые направляются сороприемной камерой в угароудаляющее устройство 9, где, подвергаясь увлажнению и уплотнению, выводятся шнеком и брикетируются.
Часть волокнистого потока, ушедшая из основного потока с поверхностями рабочих валиков 3 и 4, в зоне взаимодействия с чистительным валиком 5 снимается с них с утонением, складывается друг с другом и затем с основным волокнистым потоком на поверхности первого пильчатого барабана. Объединенный таким образом волокнистый поток попадает в зону расчесывания барабаном и валиком 4. И процесс повторяется.
Таким образом, в данной зоне происходит интенсивное расчесывание, разделение и смещение слоев потока относительно друг друга, сложение слоев и перемещение волокон, то есть интенсивное выравнивание. Все это сопровождается отделением сора от волокон, но сор в данной зоне из потока не выделяется. Это осуществляется только после зоны взаимодействия пильчатых барабанов.
С целью определения выравнивающей способности выпускного модуля данной машины нами был рассмотрен процесс движения волокнистого потока в зоне пильчатого барабана и группы валиков [111, 112]. В результате получены передаточная функция и амплитудно - частотная характеристика для первого случая (через углы поворота пильчатых барабанов), а так же передаточная функция W(S) = — и амплитудно - частотная характеристика А(а ) = \{Асо$Т\(о + В cosr2co) +(/4sinr, y + В sin т2со) (l-Ccosrjty) +(Csinr3 y) для второго случая (через время вращения пильчатых барабанов), вывод и обозначения которых приведены в работах [109, 111 - 112]. Для расчета АЧХ для первого случая разработана программа на языке «Паскаль», которая реализована на ЭВМ IBM PC [114, 115].
В диалоговом режиме запрашиваются следующие исходные данные, необходимые для вычисления: 1. Коэффициенты съема 1 - го и 2 - го рабочих валиков. 2. Угол поворота 1 - го рабочего валика от точки максимального сближения с барабаном до точки максимального сближения с чистительным валиком; угол поворота 2-го рабочего валика от точки максимального сближения с барабаном до точки максимального сближения с чистительным валиком; угол поворота чистительного валика от точки максимального сближения с 1 - м рабочим валиком до точки максимального сближения с барабаном; угол поворота чистительного валика от точки максимального сближения со 2 - м рабочим валиком до точки максимального сближения с 1 - м рабочим валиком; угол поворота барабана от точки максимального сближения с 1 - м рабочим валиком до точки максимального сближения с чистительным валиком; угол поворота барабана от точки максимального сближения с чистительным валиком до точки максимального сближения со 2 - м рабочим валиком; угол поворота барабана от точки максимального сближения со 2 - м рабочим валиком до выхода на второй барабан.
