Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор .13
1.1. Теоретические исследования в области механики движения волокон в шахте бункерного питателя 13
1.2. Автоматизированные поточные линии в хлопкопрядении... 14
1.3. Распределители волокнистой массы по чесальным машинам .17
1.4. Сорные примеси, пороки хлопкового волокна и способы их удаления 26
1.5. Современные пильчатые разрыхлители-очистители прядильного производства 31
1.6. Современное оборудование для очистки и обеспыливания волокнистых материаловс цельюих подготовки к прядению . 41
1.7. Выводы по главе... 52
2. Математическое моделирование процесса движения разрыхленной волокнистой смеси в шахте бункерного питателя 54
2.1. Уравнение механики засоренной волокнистойсмеси в шахте бункерного питателя .54
2.2. Решение уравнения механического состояния волокнистой смеси в бункере 60
2.3. Аналитическая зависимость для расчета распределения плотности засоренной волокнистойсмеси по высоте бункера 62
2.4. Общие зависимости для расчета параметров бункерного питателя. 64
2.5. Допустимые ограничения на значения параметров систем бункерного питания. 68
2.6. Взаимозависимость расчетных значений давления в шахте и плотности питающей смеси 69
2.7. Расчет высоты столба волокнистого продукта в шахте бункерного питателя.. 77
2.8. Выводы по главе 85
3. Экспериментальные исследования характера изменения плотности засоренной волокнистой смеси от давления 86
3.1. Расчетные формулы для определения плотности засоренной волокнистой смеси... 86
3.2. Экспериментальное определение характеристики сжатия засоренной волокнистой смеси. 89
3.3. Выводы по главе. 108
4. Теоретические исследования технологических процессов, протекающих на разработанном разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой . 109
4.1. Разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой Очисткой.. 109
4.2. Предварительный анализ зависимости высоты засоренной смеси от параметров системы бункерного питания разработанного разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой... 123
4.3. Разработка математической модели для расчета величины относительной плотности продукта на выходе из бункера машины 125
4.4. Разработка регулятора линейной плотности на разрыхлителе -очистителе с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы 131
4.5. Теоретические исследования процесса удаления сорных частиц в изогнутой части трубопровода разрыхлителя-очистителя... 136
4.6. Выводы по главе 143
5. Производственные исследования разработанного оборудования .. 144
5.1. Производственные исследования разработанных бункеров .144
5.2. Производственные исследования разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой. 148
5.3. Выводы по главе 151
Общие выводы по диссертационной работе 152
Библиографический список использованной литературы. 165
Приложения 168
- Современное оборудование для очистки и обеспыливания волокнистых материаловс цельюих подготовки к прядению
- Взаимозависимость расчетных значений давления в шахте и плотности питающей смеси
- Экспериментальное определение характеристики сжатия засоренной волокнистой смеси.
- Разработка математической модели для расчета величины относительной плотности продукта на выходе из бункера машины
Введение к работе
Актуальность работы заключается в решении проблем в области совершенствования технологических процессов разрыхления и очистки волокнистой смеси с целью разработки современного разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой и теоретического исследования этих процессов, их математического описания и оптимизации.
В процессе разрыхления и очистки волокнистая смесь проходит через технологические зоны, ряд которых в настоящее время не имеет обоснованных математических моделей для описания процессов, протекающих в них. Это, в частности, касается процесса движения волокнистой смеси в зоне питания разрыхлителя-очистителя, процесса регулирования равномерности по массе выпускаемого разрыхлителем-очистителем продукта, а также процесса очистки в зоне выхода волокнистого продукта в трубопровод.
Таким образом, становятся актуальными теоретические исследования, описывающие технологические процессы, протекающие на разработанном разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой, а также экспериментальные исследования процесса поведения волокнистой смеси, в том числе, ее сжатия, и определение характеристик сжимаемости конкретной волокнистой смеси.
Кроме того, актуальным является теоретическое исследование влияния засоренности на распределение плотности волокнистой смеси по высоте шахты бункера. Очевидно, что для каждого состава смеси существуют свои физико-механические особенности, которые привносят свою специфику на процесс сжатия волокон, а также существует взаимосвязь между физико-механическими характеристиками, составом, засоренностью и первоначальной разрыхлен-ностью волокнистой смеси.
Своевременным является разработка регулятора линейной плотности для разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы на основе получения математической модели для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистого материала на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой.
При исследовании процесса очистки в зоне выхода волокнистого в трубопровод необходимым является разработка методики и получения зависимости для определения смещения сорной частицы, которое происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих в результате движения волокнистой массы и благодаря форме трубопровода, а также получение численного значения величины смещения сорной частицы и определение оптимального расхода воздуха для удаления сорных частиц.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в разработке разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой, повышающего эффективность процессов разрыхления и очистки волокнистых материалов, обеспечивающего равномерное питание последующих машин и повышение качества полуфабриката и пряжи.
Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:
исследование механики прохождения волокнистой массы через бункеры и применение закона распределения волокнистой массы в пневматических распределителях;
вывод уравнения движения волокнистой массы в шахте бункерного питателя с учетом влияния геометрических параметров питателя, механических характеристик питающей смеси, засоренности питающей смеси, давления воздуха в распределительном канале;
разработка и апробация разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой, оснащенного бункерным питателем с оптимизированными параметрами на основе полученных аналитических зависимостей;
получение аналитических зависимостей для технологического расчета процесса бункерного питания различной засоренной волокнистой смесью на разработанном разрыхлителе-очистителе;
определение эмпирических зависимостей, связывающих плотность волокнистой массы в шахте бункера с оказываемым на нее давлением и ее физико-механическими характеристиками, составом, засоренностью и первоначальной разрыхленностью, на основе экспериментальных исследований;
получение математической модели для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистой массы на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой для обеспечения равномерного питания последующей машины;
разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы, которая происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих благодаря движению волокнистой массы и форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.
Объект исследования - технологические процессы разрыхления, многоступенчатой очистки и выравнивание волокнистого материала.
Предмет исследования - разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очистки, бункерный питатель, регулятор линейной плотности, изогнутая часть трубопровода для отвода волокнистой массы.
Методы исследований. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, аналитической геометрии, теории дифференциальных уравнений в обыкновенных и частных производных, численные методы прикладной математики. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном и действующем производственном оборудовании с использованием стандартных методик и современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена на ЭВМ с применением современного математического программного пакета MATLAB.
Научная новизна диссертационной работы заключается в совершенствовании теории механики прохождения волокнистой массы через бункеры и применение законов распределения волокнистой массы в пневматических распреде-
лителях. В рамках развития данной теории впервые получены следующие научные результаты:
выведено на основе законов механики уравнение движения волокнистой смеси в шахте бункерного питателя с учетом величины засоренности;
разработана математическая модель для расчета плотности засоренной волокнистой смеси в зависимости от плотности волокнистой составляющей, плотности сора и засоренности;
получена аналитическая зависимость, связывающая величину высоты столба волокнистой смеси с геометрическими параметрами бункера, с механическими характеристиками питающей смеси, с ее засоренностью и величиной среднего давления воздуха в шахте бункерного питателя;
разработана методика расчета давления в шахте бункерного питателя в зависимости от геометрических параметров питателя и механических характеристик питающей смеси;
разработаны номограммы для определения численных значений давления воздуха в зависимости от плотности питающей смеси.
Разработан и исследован новый разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, обеспечивающий полный съем волокон с пильчатого барабана с одновременным повышением эффективности очистки и снижением неровноты волокнистого продукта. В рамках теоретического исследования разработанного нового разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой получены следующие научные результаты:
получены аналитические зависимости для расчета величины высоты слоя засоренного волокнистого продукта в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя с учетом состава волокнистой смеси, величины ее засоренности, давления воздуха в столбе смеси в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя;
разработана методика и построены номограммы расчета давления воздуха в зависимости от плотности, поступающей в бункер разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смеси;
получены аналитические зависимости для различных вариантов технологического расчета процесса бункерного питания разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смесью;
разработан регулятор линейной плотности для разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы. Получена математическая модель для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистого материала на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой;
разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы, которая происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих в результате движения волокнистой массы и благодаря форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Промышленная реализация результатов работы выполнена в условиях ООО «Фурмановская прядильно-ткацкая фабрика №1» г. Фурманов, ОАО «ЮПТФ», ОАО «Мануфактура Балина» г. Южа (Ивановская область), ОАО «Камешковский текстиль», ГП «СИРИУС» г. Москва.
Отдельные результаты внедрены в учебный процесс ИГТА в виде лабораторных работ, предназначенных для студентов, обучающихся по специальности 150601 Материаловедение и технологии новых материалов и покрытий.
Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях при разработке нового оборудования, а также в вузах при изучении студентами специальных дисциплин, в курсовом и дипломном проектировании и научно-исследовательской работе студентов.
Техническая новизна подтверждена патентом РФ на изобретение № 2361022.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2006...2011, 2013), ИГТА, Иваново; на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс, г. Иваново, 2006...2010, 2013), ИГТА, Иваново; на межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РосЗИТЛП, Москва, 2006 г.; на межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ», Кострома, 2007; на заседаниях кафедры.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 20 печатных работ. Из них три статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» и патент на изобретение, входящие в рекомендованный перечень ВАК, одна статья в журнале «Известия Ивановского отделения Петровской академии наук и искусств», 15 работ в сборниках материалов научных конференций различного уровня.
Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертации. Постановка задачи, выбор методов и направлений исследований, обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежит автору. Выбор и разработка методик аналитического и экспериментального исследования при определении характера изменения плотности волокнистых смесей от давления, а также при определении эффективности использования разработанного разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой в технологической линии на технологические показатели вырабатываемого полуфабриката и пряжи выполнены автором при участии научного руководителя.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения с основными выводами по работе, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 167 страницах печатного текста, содержит 4 таблицы, 36 рисунков, список использованной литературы из 125 на-
именований. Приложения включают пять актов внедрения результатов научно-исследовательских работ, изложенных на 9 страницах.
Современное оборудование для очистки и обеспыливания волокнистых материаловс цельюих подготовки к прядению
Присутствующие в волокнистом материале пыль и сорные примеси характеризуются тремя формами связи с волокнами: свободная, слабо связанная с волокнами и прочно скрепленная с волокнами. В настоящее время не представляется возможным извлечь всю массу пыли и сорных примесей на стадии разрыхления и очистки волокна. Прочно скрепленные с волокнами пыль и сорные примеси выделяются в прочесе чесания, при вытягивании полуфабриката на ленточных машинах и при дискретизации на пневмомеханических прядильных машинах. Условия, необходимые для выделения каждой группы сорныхпримесей и пыли из волокнистого материала, должны быть различными. В современных разрыхлительно-очистительных агрегатах не применяются трепальные машины, а в основном используются пильчатые разрыхлители, в которых отсутствуют сетчатые барабаны, поэтому волокна обеспыливаются в меньшей степени. Следовательно, использование обеспыливающих машин становится необходимым[59,82].
Для обеспыливания волокнистых материалов отечественные и зарубежные фирмы выпускали различное по способу обеспыливания оборудование, а именно: конденсорный способ, инерционно-аэродинамический и способ фильтрации[67,78,82].
Конденсорный способ используется для образования волокнистого слоя с одновременным обеспыливанием. Последней машиной отечественного производства явилась машина обеспыливающая марки МО-М, предназначенная для обеспыливания хлопка и удаления из него мелких сорных примесей и пуха[59].
Машина состоитиз приемной и выпускной секций и станции управления. Наней установлено три перфорированных барабана, двавентилятора, два колковых барабана, шесть съемных и шесть питающих цилиндров. Технологический процесс, выполняемый на машине, схематично изображен на рис. 1.8.
Предварительно разрыхленный уголок с предыдущей машины агрегата пневматически подается в приемную секцию машины, где воздух вместе с пылью, пухом и мелкими сорными примесями отсасывается вентилятором I через перфорацию барабана 2, хлопок снимается съемными цилиндрами 3, подхватывается питающими цилиндрами 4 и попадает под воздействие кол-кового барабана 5. Колковыйбарабан разрыхляет хлопок и сбрасывает его на перфорированный барабан 6, с которого съемными и питающими цилиндрами 7 и 8 он подается на перфорированный барабан 9. На барабанах 6 и 9 происходит последовательно двухстороннее обеспыливание слоя хлопка. С перфорированного барабана 9 посредством съемных и питающих цилиндров 10 и 11 хлопок подается под воздействие колкового барабана12, который разрыхляет его и подает в патрубок 13, из которого хлопок пневматически подается в последующую машину агрегата.
На приемном патрубке установлен фотодатчик, который осуществляет останов обеспыливающей машины и питающих органов предыдущей машины в случае забивания волокном съемных цилиндров.
В торце выводного патрубка установлен датчик давления, исключающий возможность забивания патрубка и колкового барабана волокном.
Фирма Truetzschler предлагает несколько вариантов оборудования для удаления пыли и сорных примесей с использованием способов конденсорного, инерционно-аэродинамического и фильтрации[78].
Так, в интегрированном отделителе тяжелых частиц SP-IH (рис. 1.9) используется конденсорный1 (конденсор BR-CO)иинерционно аэродинамический 2 способы очистки волокнистых материалов.Такой же конденсор 1 (конденсор BR-CO) используется в очистителе CL-P (рис. 1.10) для предварительный очистки сильно загрязненного волокнистого материа-ла.Предварительный очиститель CL-P состоит из конденсора 1, питающего 3 5 7 9 11 Рис. 1.8. Схема машины обеспыливающейМО-М бункера 2, зоны очистки 3, двух колковых барабанов 4, выходного трубопровода 5 и зоны сбора и удаления сорных примесей 6[78].
Инерционно-аэродинамическийи способ фильтрации используются в установленном после кипоразборщика многофункциональном отделителе SP MF (рис. 1.11), предназначенном для транспортировки волокнистого матери ала от кипоразборщикас помощью вентилятора, а также для отделения тяже лых частиц, пыли и сорных примесей, состоящем из следующих узлов: транспортирующий канал 1, вентилятор 2, направляющий профиль 3 для аэродинамического удаления тяжелых частиц, датчик 4 для обнаружения искр, зона 5 удаления запыленноговоздуха из волокнистого материала, де тектор 6 для обнаружения металла в волокнистом материале, выпускная за слонка 7, трубопровод 8 для транспортировки волокнистой массы к после дующей машине, заслонка 9 для удаления отходов и сорных примесей, те лежки 10, устройство 11 для пожаротушения, тепловой датчик 12 для кон троля температуры в тележке, трубопровод 13 для подачи запыленного воз духа к фильтрам, зона 14 подачи обратов в линию разрыхлительно очистительного агрегата (рис. 1.11)[78]. Инерционно-аэродинамический способ для очистки отходов или особо засоренного хлопка используется в отделителе тяжелых частиц SP-H (рис. 1.12), который размещается под конденсором и состоит из: гребенки 1, устройства 2 для отделения сорных примесей, запорной заслонки 3, мешка 4 для отходов. При необходимости, т.е. в случае особо засоренного хлопка, с помощью заслонки 3 волокнистый материал направляется в нижний трубопровод, где под действием центробежных и инерционных сил происходит выделение сорных примесей и отходов, которые затем попадают в мешок 4 [78].
Взаимозависимость расчетных значений давления в шахте и плотности питающей смеси
Рассмотрим решение следующей задачи. Вычислим, насколько следует изменить среднее давление р, если изменяется плотность поступающего продукта, а высота столба волокнистого материала в шахте бункерного питателя и линейная плотность настила при этом остаются неизменными.На основе вышеприведенных зависимостей, касающихся расчета давления воздуха в распределительном канале при подаче в бункерный питатель волокнистой смеси, можно получить различные варианты графических зависимостей, позволяющих наглядно оценить взаимосвязь расчетных значений параметров процесса бункерного питания. Для разработки более общей номограммы для определения давления р преобразуем (2.17). Отношение В0 /А0 можно подвергнуть преобразованиям и получить следующую зависимость:На основе вышеприведенных зависимостей, касающихся расчета давления воздуха в распределительном канале при подаче в бункерный питатель волокнистой смеси, можно получить различные варианты графических зависимостей, позволяющих наглядно оценить взаимосвязь расчетных значений параметров процесса бункерного питания. Для разработки более общей номограммы для определения давления р преобразуем (2.17). Отношение В0 /А0 можно подвергнуть преобразованиям и получить следующую зависимость:
Анализ зависимости (2.33) позволяет выбрать следующий способ построения номограммы.Принимая во внимание номограмму, изображенную на рис.2.5, построим номограмму для расчета отношения р/ рпр, исходя из зависимости р/рпр = Е Тлен / ( 10 баЪрпр ). Для этого представим графически зависимость р = ЕТлен / ( 10 -баЬ).
Такая номограмма изображена на рис 2.8. Далее построим вспомогательную номограмму для расчета р/рпр от р при различных/ (рис.2.9 ). Объединяя эти две номограммы в одну, представленную на рис. 2.10, получаем возможность определить по ней отношение р/рпр в зависимости от Тлен , Е и р„р .
На рис.2.11. изображен график зависимости Кр от р/рпр при различных h, который получен, исходя из расчетов по формуле (2.33). График зависимости среднего давления р от Кр при различных значениях р„р показан на рис 2.12. Объединяя графический материал двух последних рисунков, получим представленную на рис. 2.13 номограмму для определения рв зависимости от р/рпр, h, ирпр.
1. В результате теоретических исследований получена зависимость плотности засоренной волокнистой смеси от плотности волокнистой состав ляющей, плотности сора и засоренности волокнистой смеси.
2. На основе применения законов механики выведено уравнение дви жения волокнистой смеси в шахте бункерного питателя с учетом величины ее засоренности.
3.Получена аналитическая зависимость, связывающая величину высоты столба волокнистойсмеси с геометрическими параметрами бункера, с механическими характеристиками питающей смеси, с ее засоренностью и величиной среднего давления воздуха в шахте бункерного питателя.
4.Разработана методика расчета давления в шахте бункерного питателя в зависимости от геометрических параметров питателя и механических характеристик питающей смеси.
5.Построены номограммы для определения численных значений давления воздуха р в зависимости от плотности питающей смеси.
Экспериментальное определение характеристики сжатия засоренной волокнистой смеси.
Построим номограмму для вычисления рп в зависимости от засоренности. Примем следующий способ построения номограммы. На первом этапе строим зависимость Гот . График для вычисления зависимости Гот зпри различных Rс представлен на рис. 3.1. При построении графика величину рв изменяли в пределах от 2 кг/м3 до значения 4 кг/м3, а величину рс - в диапазоне от 40 кг/м3 до 100 кг/м3. По этим данным следует, что величина Rс должна изменятся в диапазоне от 0,02 до 0,1. При расчете принято, что ул = 0. Далее строим график зависимости рпр от Г при различных величинах рп (рис. 3.2.). Полученные графические материалы (рис. 3.1 и 3.2) объединены в единое целое в виде номограммы (рис.3.3). Данная номограмма позволяет определить рп в зависимости от засоренности волокнистой смеси. При этом варьируются следующие параметры:
- засоренность уз;
- характеристика качественного состава сорных примесей Rc;
- плотность волокнистой составляющей продукта рв. Полученный графический материал позволяет по значениям плотности волокнистой составляющей, плотности сора и засоренности вычислить плотность волокнистой смеси.
В дальнейших исследованиях необходимо знание моделей, учитывающих влияние на плотность волокнистой смеси, давления, оказываемого на нее в шахте бункера [88, Прил. 1]. В работе [гл.2] приводятся графические примеры таких зависимостей и приводится соответствующая формула.
Очевидно, что для каждого состава смеси существуют свои физико-механические особенности, которые привносят свою специфику на процесс сжатия волокон.В настоящем разделе ставится задача определить эмпирические зависимости, связывающие плотность продукта в шахте с давлением, оказываемым на продукт. Вид зависимостей такого рода определяется физико-механическими характеристиками, составом, засоренностью и первоначальной разрыхленностью волокнистой смеси. Отметим, что в известных нам работах не приводятся зависимости плотности от давления для засоренной волокнистой смеси. Для дальнейших исследований было проведено экспериментальное исследование процесса сжатия волокнистой смеси и определены характеристики сжимаемости конкретной волокнистой смеси. Затем для испытания поведения засоренной волокнистой смеси последнюю направляли на экспериментальную установку (бункерный питатель). Засоренная волокнистая смесь отбиралась из технологической цепочки при выработке разных видов пряжи. Результаты эксперимента были подвергнуты статистической обработке[103…125].
В предварительных экспериментах исследовались три вида волокон: разрыхленные хлопок, лен и лавсан. Опыты проводились отдельно с - засоренным хлопковым волокном, - котонизированным льном, - хлопок с лавсаном, - смесью волокон льна и хлопка в отношении 50/50. Волокна укладывались ровным слоем на экспериментальную установ ку (бункерный питатель для чесальной машины). Высота слоя волокон 240 мм. Далее волокна накрывались тонкой пластиной для проведения опыта (массой пластины пренебрегали). После чего, волокна подвергались нагрузке гирьками массой от 10 до 100 грамм. В опытах, проходящих без восстанов ления волокна, нагрузка постоянная (10, 20, 30...100 грамм). Волокна находи лись под непрерывным давлением со стороны гирек. В опытах с восстанов
лением волокна нагрузка переменная (10 г, восстановление, 20 г, восстанов ление и т. д), после нагрузки каждого уровня волокнам давалось 15-20 минут, чтобы вернуться в первоначальное положение. В каждом опыте параллельно возрастанию нагрузки шло измерение высоты столба волокнистой массы, причем в опытах с восстановлением, измерение высоты столба волокон выполнялось также после каждого восстановления массы волокон. Данные измерений заносились в журнал измерений. На основе этих данных построены графики зависимости высоты столба волокна (Н) от возрастающей нагрузки (Р) на эти волокна. Результаты экспериментов представлены на рис. 3.4… 3.9. Далее после анализа предварительных результатов был проведен следующий эксперимент. Предварительно разрыхленную волокнистую смесь укладывали ровным слоем на экспериментальную установку (бункерный питатель). Первоначальная высота слоя волокон составляла высоту бункера Hц =0,5 м. Далее слой накрывали тонкой пластиной массой Мпл =214 г. Измеряли высоту Н] сжатого под действием силы Мплg волокнистого столба. После чего волокнистая смесь подвергалась различной нагрузке при помощи установки на пластину гирь массой М(7 = 2… п). В эксперименте измеряемая высота волокнистой смеси в бункере НІ связана с плотностью
Разработка математической модели для расчета величины относительной плотности продукта на выходе из бункера машины
Как показано в предыдущей главе, в процессе заполнения шахты бункера волокнистой смесью с высокой засоренностью, происходит снижение высоты слоя. Оценка этого снижения может быть проведена на базе моделей (3.1)… (3.4). Эти модели выведены на основе законов механики и устанавливают взаимозависимость между геометрическими параметрами бункерного питателя, механическими характеристиками, засоренностью продукта и давлением воздуха в распределительном пневмопроводе. Это позволяет поставить задачу вывести упрощенную линеаризованную аналитическую зависимость, связывающую величину изменения высоты смеси в шахте бункера машины с изменением засоренности исходного продукта [83…87].
Исходя из формулы (2.5) для плотности продукта на выходе из шахты питателя, выведем зависимость для определения высоты заполнения шахты бункерного питателя засоренным волокнистым продуктом. Примем во внимание, что в реальных условиях предельные значения величины засоренности уз лежат в числовом диапазоне 0,10…0,15.
В полученную выше зависимость (2.5) величина уз входит нелинейным образом. Это усложняет расчеты. Линеаризация (2.5) при помощи разложения в ряд по степеням уз позволяет получить упрощенные формулы и тем самым сделать осуществимым построение номограмм.
В этом случае можно приближенно принять, что 1 Кр 5.Величина cs зависит от параметра/7 и Кр, причем от Кр линейно. Это обстоятельство значительно упрощает построение номограммы для расчета величины отношения (/? -р)/рв. На рис 4.7 представлен график зависимости Кр от cs при различных h, а на рис. 4.8. - график зависимости (/? -р)/рвот cs при различных уз. Объединяя эти два графика получаем изображенную на рис. 4.9 номограмма для расчета (/? -р)/рв в зависимости от Кр при различных уз и/7.
В этом случае можно приближенно принять, что 1 Кр 5.Величина cs зависит от параметра/7 и Кр, причем от Кр линейно. Это обстоятельство значительно упрощает построение номограммы для расчета величины отношения (/? -р)/рв. На рис 4.7 представлен график зависимости Кр от cs при различных h, а на рис. 4.8. - график зависимости (/? -р)/рвот cs при различных уз. Объединяя эти два графика получаем изображенную на рис. 4.9 номограмма для расчета (/? -р)/рв в зависимости от Кр при различных уз и/7.
Для получения равномерного по толщине волокнистого материала на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой (патент РФ № 2361022) разработана система «CONTROL» [95,99… 102]. Она осуществляет равномерную подачу волокна к главному рабочему органу машины, что достигается принудительным изменением скорости питающих цилиндров исходя из данных, полученных системой «CONTROL» с регулятора постоянного объема, и дает возможность транспортировать волокнистый продукт определенной линейной плотности. Равномерность подачи волокнистого материала к последующей машине регулируется раскрытием заслонки под сетчатым барабаном. Система контроля получает информацию по количеству волокнистого материала, подающегося к последующей машине, с датчиков в транспортирующем канале.
В данной работе рассматривается механика процесса поступления волокнистой массы в транспортный канал. На поддоне рис. 4.10 располагается некоторая масса волокнистой смеси. Обозначим эту массу через тн (t), где t-время. Величина тн переменная во времени. На поддон поступает в единицу времени твх (t) волокнистой массы, а снимается - твых (t). Обозначим через ср угол поворота поддона точки О (рис. 4. 10) [100].
Введем обозначения: 2с - размер поддона по ходу движения волокон; 2Ъп - толщина поддона; а - ширина поддона; 2ЬН - высота слоя волокон на поддоне; тп- масса поддона.
На поддон действует сила тяжести mng и следующие моменты:
- управляющий момент Му (рис. 4.10) для удержания устойчивого состояния системы в целом,
- момент аэродинамических сил Ма, возникающий из наличия разницы между скоростями и давлениями воздуха в камере и в транспортном канале, - момент Мт, обусловленный действием сил тяжести.
По условию начала штатной работы устройства после накопления на поддоне массы волокнистого материала (гпц) = т поддон отклониться от горизонтального уровня на угол . Полагая, что при этом состоянии системы происходит выпуск волокнистой массы штатной линейной плотности, примем, что автоматическое регулирование линейной плотности осуществляется за счет изменения угловой величины, выраженной соотношением
