Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса в области очистки хлопка-шрца от крупных сорных примесей и задача исследования 7
1.1. Очистка хлопка-сырца от крупного сора на хлопкозаводах СССР 7
1.2. Очистка хлопка-сырца от крупного сора в США 12
1.3. Задача исследования 14
Глава 2. Программа и методика провщения исследований 17
2.1. Разработка экспериментальной установки с бункером и питателем 17
2.2. Определение очистительного эффекта на различных участках колосниковой решетки 19
2.3. Исследование влияния частоты вращения и формы колосника на процесс очистки . 21
2.4. Определение качественных показателей хлопка-сырца и хлопковых семян 22
Глава 3. Теоретические основы процесса взаимодействия хлопка с колосниками в очистителях крупного сора 24
3.1. Анализ влияния формы и окружной скорости колосников на интенсивность выделения сорных примесей 24
3.2. Сила удара хлопка-сырца о вращающиеся колосники 36
3.2.1. Давление колосника на волокно 37
3.2.2. Сила трения очищаемого материала о колосник 38
3.2.3. Сила натяжения летучки вращающимоя-колосником 39
3.3. Частота собственных колебаний колосников 42
3.4. Траектория движения сорных примесей при вращении барабанов 48
3.5. Взаимодействие хлопка с колосниками 57
Глава 4. Эксперементальное исследование пильчатого очистителя 72
4.1. Оптимальная расстановка круглых колосников 72
4.2. Дифференцированная расстановка колосников 76
4.3. Комбинированная установка колосников различной формы 78
Глава 5. Влияние форш и окружной скорости колосников на эффективность очистки хлопка-сырца 82
5.1. Различные формы колосников и изменение частоты их вращения 85
5.1.1. Круглые колосники 85
5.2. Окружная скорость трехгранного колосникового валика и очистительный эффект 89
5.2.1 Изменение положения грани относительно частоты вращения колосника 102
5.3. Частота вращения четырехгранного колосникового валика и выделение сора и уход летучек в отходы . 106
5.4. Пятигранные колосники 116
5.5. Шестигранные колосники 122
5.6. Колосники с трапециевидными канавками ( с переменным сечением ) 132
5.7. Колосники с однозаходной винтовой канавкой . 139
5.8. Колосники с двузаходными винтовыми канавками . 148
5.9. Комбинированная форма колосника 156
Глава 6. Производственные испытания активной сороудалящей поверхности и расчет экономической эффективности от её вщдрения 165
6.1. Промышленные испытания новой конструкции активной сороудаляющей поверхности 165
6.2. Испытание новой конструкции активной сороуда-лягащей поверхности с вращающимися трехгранными колосниками 167
6.3. Анализ прядильно-технологических свойств волокна, переработанного при активной сороудаля-ющей поверхности с вращающимися трехгранными колосниками 171
6.4. Экономическая эффективность от внедрения активной сороудаляющей поверхности 171
Основные выводы и првдяожения 178
Литература 181
- Очистка хлопка-сырца от крупного сора в США
- Определение очистительного эффекта на различных участках колосниковой решетки
- Траектория движения сорных примесей при вращении барабанов
- Комбинированная установка колосников различной формы
Введение к работе
Труженики нашей страны, вооруженные программой коммунистического созидания, разработанной ШТ съездом КПСС, неуклонно претворяют её в жизнь. Подъём народного благосостояния опирается на интенсификацию производства, повышение его эффективности и качества работы, выполнение Продовольственной программы СССР [I] .
Удовлетворение растущих жизненных запросов советских людей было и остается важнейшей задачей. Большое значение в решении этой проблемы уделяется увеличению производства хлопка - важнейшей технической культуры. С увеличением производства хлопка-сырца на основе комплексной механизации его выращивания и сбора необходима забота о его качестве, тем более, что удельный вес первого и второго сортов хлопка-сырца машинного сбора в общем объёме заготовок снизился за пять лет с 70 до 46 процентов.
Анализ показал, что ухудшение качества объясняется повышенной засоренностью мелким и крупным сором, а в регламентированном технологическом процессе все большее место занимает очистка хлопка-сырца, многократно повторяемая на основных рабочих органах очистителей крупного сора, включающих пильчатый барабан и колосниковые решетки. Однако до настоящего времени не было глубокого анализа процесса очистки хлопка-сырца в основной секции барабанно-пильчатых очистителей прямоточного действия, обеспечивающих получение волокна, отвечающего требованиям ГОСТа [2] .
Весьма актуальными проблемами для хлопкоочистительной промышленности являются интенсификация процесса удаления сора из хлопка-сырца, разработка усовершенствованных конструкций очистителей крупного сора, изыскание новых способов очистки хлопка-сырца от мелких и крупных сорных примесей, выбор режимов очистителей, благоприятствующих высокому качеству хлопкового волокна и семян.
Создание эффективных очистителей хлопка-сырца, повышение очистительного эффекта при минимальном количестве очистительных машин - весьма актуальная задача. В работе исследована возможность создания машины, пригодной для очистки средневолокнистых сортов при определенных оптимальных параметрах и режиме её работы. Сейчас для очистки хлопка-сырца от крупного сора средневолокнистых сортов рабочая секция включает, в основном, пильчатый барабан и колосниковую решетку, которая имеет малый очистительный эффект по крупному сору, и получается пониженное качество волокна. Увеличение очистительного эффекта при этих технологических процессах до 98-99 % позволит получить волокно с суммой сора и пороков в пределах норм ГОСТа.
Назрела острая необходимость в выборе типа и конструкции основной секции очистителя хлопка-сырца от крупного сора, которая обеспечивала бы высокий очистительный эффект в сушильно-очистительных и очистительных цехах хлопкозаводов при сохранении постоянных природных свойств волокна и семян. Это требует исследования принципов взаимодействия летучки хлопка, закрепленного на гарнитуре барабана о поверхностью колосника, процесса сороотде-ления на пильчатых очистителях по зонам колосниковой решетки, определение траектории отражения сора от вращающегося колосника, влияния различных конструкций колосников на качественные показатели хлопка-сырца, семян и волокна.
Решению этой задачи посвящена настоящая работа, экспериментальная часть которой проводилась в лаборатории "Первичная обработка хлопка" Ташкентского института текстильной и легкой промышленности с 1976 года. ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ОЧИСТКИ ХЛОПКА-СЫРЦА ОТ КРУПНЫХ СОРНЫХ ПРИМЕСЕЙ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ С переходом на машинную уборку хлопка-сырца засоренность его резко возросла. Это потребовало создания высокоэффективного оборудования, при котором сохранялись бы природные качества волокна. Изучение особенностей качества сорных примесей, процесс их выделения в рабочих органах очистителей крупного сора проводилось в ЦНИИХПроме,ТГСКБ по хлопкоочистке и институте (ГЙТЛП)[3, 4,5,6,7,8,9,11,13,14,12,15,35] .
Было установлено, что содержание сорных примесей в хлопке-сырце колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов в том числе и от способа его сбора. Рабочие органы очистителей крупного сора служат для отделения в основном крупного сора, но одновременно выделяются и мелкие сорные примеси. Взаимодействие хлопка-сырца с поверхностью колосников является важным элементом процесса отделения сорных примесей от материала в очистителях крупного сора. Поэтому изучение динамики ударных процессов и траектории перемещения летучки хлопка-сырца на поверхности колосника, выявление оптимальной формы поверхности колосника и его кинематики могут способствовать изысканию резервов для повышения эффективности очистки. Это и стало основой проводимого исследования.
Очистка хлопка-сырца от крупного сора в США
В хлопковой промышленности США за последние [10-15] лет при значительном росте объёма мапшнного сбора качество волокна ухудшилось. Современная хлопкоочистительная промышленность США характеризуется усложнением технологического процесса, увеличением количества очистительного или комбинированного очистительного оборудования [44,45,46,47] . Хлопок-сырец машинного сбора, поступающий на американский хлопкозавод, весьма засорен (до 28-29 % примесей) и различен по качественным показателям волокна. Переход на полную машинную уборку по американской схеме сбора и переработки хлопка-сырца не является наилучшим, так как снижается качество волокна. Машиностроительные фирмы США выпускают очистители разных типов и конструкций как отдельных технологических машин, так и поточных [17] .
Машинный сбор хлопка-сырца в США достиг 77-80 % от всего урожая ( шпиндельными машинами 58-60 %, 19-20 % - куракоуборочны-ми ). Очистка хлопка-сырца осуществляется только на хлопкозаводах. Полевая очистка практически отсутствует, лишь изредка ку-рак подвергается некоторой машинной очистке на навесных очистителях. Очистка хлопка-сырца от крупных сорных примесей производится на очистителях с пильчатыми барабанами, работающими в сочетании с отбойными приспособлениями ( колосники, отбойные валики ) в различной комбинации с колковыми рабочими органами. Пильчатые барабаны в новых очистителях имеют небольшой диаметр, около 180 250 мм, окружная скорость их находится в пределах 7-8 м/сек, диаметр съёмных щеточных барабанов равен 200-250 мм, при окружной скорости 12,5 13,5 м/сек. К колосниково-пильчатым очистителям относятся: современный комбинированный очиститель для выделения крупного и мелкого сора фирмы Мосс-Гордин, выпущенный в 1963 г., с очистительным эффектом до 70 %\ очиститель фирмы Люмус для выделения из хлопка-сырца веток, створок и листьев с очистительным эффектом до 50 %\ батарейный пильчатый очиститель с двумя семибара-банными очистителями и очистительным эффектом до 70 %; батарейный питатель фирмы Хардвик-Эгтер и др. Производительность машин составляет 7 8 т/час. Очистка от крупных сорных примесей производится также в пильчатых питателях джинов - пильчатом очистителе - питателе фирмы Континенгаль и фирмы Хардвик-Эттер и др. с очистительным эффектом в 30-40 %. Итак: 1. Теория и практика очистки хлопка-сырца от крупных сор ных примесей в последнее время успешно развивались. Однако во локно все ещё имеет сумму пороков и засоренность выше совре менных необходимых норм. Необходимость снижения засоренности волокна до "нормы" вынуждает хлопкозаводы осуществлять много кратную очистку хлопка-сырца (особенно низких сортов) от круп ных сорных примесей как в сушильно-очистительных, так и очис тительных цехах, причем сильно повреждая волокно и семена. 2. Исследования в СССР, в частности ЦНЙИХПрома и института, показывают, что резервы увеличения очистительного эффекта при неподвижных колосниках исследованы недостаточно. Кроме того, улучшение очистки возможно при применении колосников с прину дительным вращением. 3. Обзор литературы по очистителям крупного сора показывает, что повышение очистительного эффекта на машинах достигается в США лишь увеличением числа ударяющих органов и количеством ба рабанов, а прогрессивная технология не отработана. Сравнение американских очистителей с советскими показывает, что они находятся на одинаковом качественном уровне, причем основная рабочая секция их включает пильчатый (пильный)барабан и неподвижные колосники, результаты не удовлетворяют производство. 4. На основе анализа отечественных и зарубежных материалов определены задачи исследования.
Определение очистительного эффекта на различных участках колосниковой решетки
В стендовой установке все рабочие органы сконструированы и смонтированы консольно на двух металлических боковинах (третьей является пластина из оргстекла). Через оргстекло можно было наблюдать за протеканием технологического процесса и решать вопросы, возникающие при проведении опытов.
Определение очистительного эффекта на различных участках колосниковой решетки Все параметры стендовой установки, кроме изучаемого объекта -колосниковой решетки, соответствовали параметрам пильчатого очистителя от крупного сора ЧХ-ЗМІ : питающие валики р 150 мм и 20 об/мин; колковый барабан ф 450 мм и 540 об/мин; зазор между концом колка и сетки 14 - 16 мм;(пильчатый барабан 480 мм и 340 об/мин; семенной барабан 0 300 мм и 1000 об/мин; зазор между концом" пилки и колосниковой решетки 10-12 мм; длина рабочего барабана - 250 мм; производительность - 300 кг/час).
Колосники были изготовлены в нескольких вариантах, а колос-никодержатель изготовлен с широкой возможностью регулировки параметров разводки.
Для удаления различных сорных примесей необходимо приложить большее или меньшее количество ударно-встряхивающих воздействий со стороны рабочих органов. Сороудаляющая зона на стенде была разделена на три равные зоны (рис. 2.2). Это позволило изучить очистку по зонам воздействия колосников на очищаемый продукт, на его качество и уход волокнистого материала в отхода для сорных примесей тоже был соответственно разделен на ячейки. Для удобства изъятия выделенного сора дно ящика сделано раздвижным.
После опытов производились анализ состава выделенного сора по каждой ячейке, взвешивание на технических весах ВІТ-500, а затем переработка на приборах ЖМ, отделявших крупный и мелкий сор, летучки. формы колосника на процесс очистки
Экспериментальное исследование ставило целью изучение влияния на процесс очистки хлопка-сырца от крупного сора зазора между колосниками, комбинированного варианта расположения колосников, дифференцированной расстановки колосников, формы колосников, окружной скорости колосников ( последние два параметра стали главными).
При изучении каждого из факторов остальные оставались неизменными. Исследования проводились в лаборатории Ташкентского ордена Дружбы народов института текстильной и легкой промышленности им. Ю. Ахунбабаева по методике, принятой для экспериментальной стендовой установки, в пятикратной повторности. Согласно [31] , проведение испытаний на стендовой установке осуществляется с достоверностью в 95-98 %.
При исследовании в исходном сырье и после каждого пропуска хлопка-сырца через очистительную установку определялись масса очищенного хлопка-сырца и состав отходов, а по отобранным образцам после каждой повторности опытов засоренность хлопка-сырца; после очистки крупного и мелкого сора ловрежденность семян,уход волокнистого материала в отходы,количество свободного волокна. Затем по формулам ЦНИИШрома подсчитывался очистительный эффект
Принудительное вращение колосников осуществляется от отдельно установленного электродвигателя, а их окружная скорость изменялась при помощи безступенчатого редуктора Светазарова.
При изготовлении колосников были изготовлены и специальные патроны для осуществления их вращения и облегчения замены колосников при опытах. Опыты проводились при малой и большой скорости колосников. Частота вращения при малых скоростях колосников была в 50,100, 150,200,250 об/мин, а при больших скоростях в 500, 1000, 1500, 2000, 2500 об/мин, которые фиксировались непосредственным их замером тахометром на валу колосников. хлопка-сырца и семян Для проведения опытов был использован хлопок-сырец, выращенный в Пскентском и Букинском районах Ташкентской области, разновидности Ташкент-1, машинного сбора, первого сорта, влажностью 8,5 %, Каждый опыт проводился в пяти, в отдельных случаях, шести повторностях. Подача хлопка-сырца в бункер осуществлялась вручную. После каждого пропуска отбирались средние пробы-образцы для определения качества хлопка-сырца. Качественные характеристики и методика отбора образцов проводились по методике, разработанной ЦНИИШромом, для опытов в экспериментальных установках. Анализ образцов проводился в пятикратной повторности. Определение влажности и засоренности хлопка-сырца, суммы пороков и засоренности хлопка-волокна, а также поврежденности семян производилось согласно инструкциям сборника по техническому контролю и методике испытаний хлопка-сырца, волокна, линта, семян и волокнистых отходов хлопкозаводов и ГОСТам на хлопок-сырец, хлопковое волокно и технические семена. Итак: 1. Создана стендовая установка с возможностью изменения и регулирования параметров рабочих органов и параметров сороуда-ляющей поверхности, режима принудительно вращающихся колосников и колосниковой решетки. 2. Выбрана и описана методика исследования влияния частоты вращения и формы колосников на очистительный эффект, а также определения качественных показателей хлопка-сырца при очистке с активными сороудаляющими поверхностями. 3. Определены экспериментальным путем частоты вращения колосниковых валиков и диапазоны их изучения.
Траектория движения сорных примесей при вращении барабанов
Очистка хлопка-сырца от крупных соринок и сорных примесей на очистителях колосниково-пильчатого типа осуществляется за счет удара и протаскивания хлопка-сырца, захваченного зубьями пильчатого барабана, о колосники, в результате чего сорные примеси выпадают в отходы через зазоры между колосниками. При установке колосников различного профиля, а также различных зазоров между ними создаются различные условия для выделения сорных примесей.
Был проведен теоретический анализ влияния колосников различных конфигураций, скоростных режимов и характера сцепления соринок с волокнистой массой хлопка-сырца.
При машинной уборке хлопок-сырец получается очень засоренным, так как при прохождении стеблей и листьев между шпинделями, они, измельчаясь, попадают в массу хлопка-сырца и далее в бункер хлопкоуборочной машины, превращаясь в активный сор. При безтарнои перевозке и при длительном хранении хлопка-сырца сор ещё более измельчается и глубже проникает в волокнистую массу бунта. Как известно из научных работ ЦНИйХПрома, ТИТЖ и других научных учреждений, пассивный сор удаляется при первом воздействии на хлопок-сырец. Дяя удаления же активного сора необходимо создание определенных условий для того, чтобы он превратился в пассивный и мог быть удален из хлопка-сырца.
Была рассмотрена задача об установившемся вращательном движении пильчатого барабана с определенной массой хлопка. Барабан вращается с определенной постоянной угловой скоростью и задача состоит в определении траектории движения сорных примесей, находящихся в хлопке-сырце. Принято, что соринки в летучке расположены произвольно. Выделим соринку массой " ТП ".На неё окажут влияние равномерно распределенная нагрузка по поверхности соринки и сила тяжести.
Распределена нагрузку - - ХаракТеРизуВ1 оилн оцедяе-ния волокон с соринкой. Если соринка имеет небольшие размеры по отношению к летучке, то можно предположить, что равнодействующая распределенная нагрузка эквивалентна нулю ( рис. 3.4.1).
Пусть масса летучки совершает вращательное движение вместе с барабаном с постоянной угловой скоростью " СО ". В этом случае сорные примеси, расположенные в той части летучки, кото Расдоложеше соринок на поверхности летучки хлопка-сырца и силы их взаимодействия с волокном. жестко сцеплена с зубьями пильчатого барабана, не совершают вращательного движения,т.е. силы сцепления зубьев барабана препятствуют движению соринки при вращательном движении летучки хлопка. Обозначим траекторию, образованную вращательным движением, зоной "А " (рис. 3.4.2).Рассмотрено движение точки и тела по отношению к двум системам отсчета,из которых одна считается условно неподвижной, а другая сдвигается по отношению к первой. Движение, совершаемое при этом точкой или телом, является сложным, её движение разделяется на относительное, переносное и абсолютное. В нашей задаче система подвижных координат принята, как показано на рис. 3.4.3. Допустим, соринка "3 " с координатами JC„SL у совершает сложное движение. Точка " 3 " находится под действием силы тяжести " р " и силы С }
При неравномерном вращении тела сила "(ф " состоит из вращательной силы инерции "ф ", направленной противоположно враща-тельному ускорению точки и центробежной силы "фц", направленной противоположно центростремительному ускорению этой точки. В нашем случае фо - 0.
Комбинированная установка колосников различной формы
Задачей по-прежнему ставилось при минимальной затрате энергии получение наибольшего очистительного эффекта с сохранением природных свойств хлопка-сырца, и была изучена возможность комбинирования установки различных колосников. Так» под пильчатым барабаном поочередно устанавливались между двумя круглыми колосниками по одному, по два, по три трапециевидных (рис. 4.2.1). Опыты проводились в пятикратной повгорнос-ти на хлопке-сырце разновидности Ташкент-1, машинного сбора,первого сорта с исходной влажностью в 8 % и засоренностью в 10-12% ( табл. 4.1 и рис. 4.2.1). Увеличение вставки трапециевидных колосников между круглыми повысило очистительный эффект. При чередовании круглого и трапециевидного колосников очистительный эффект по общему сбору составил 69,57 %, по крупному сору - 69,42 %,по мелкому сору -69,38 %, уход летучек в отходы - 0,65 %. При установке колосников: I круглый, два трапециевидных оказалось: Иов = 80»3 #» - V = 84,38 $, fiM = 81,72 %, уход летучки в отходы /}/; - 0,69 %. Очистительный эффект увеличил ся на 10,96 % , а отход летучек вырос незначительно - 0,04 %. При установке трех трапециевидных и одного круглого колосника очистительный эффект резко снизился, общий-в пределах 31 %, по крупному сору - 25 %, а уход летучек не изменился. Таким образом выявилось, что при установке колосников в сочетаний круглого с двумя трапециевидными очистительный эффект увеличивается.
Для достижения интенсификации удаления сорных примесей удлиненной формы, были проведены новые опыты с чередованием колосников, а затем с установкой трапециевидных колосников через два, три и пять круглых. Анализ показал, что с увеличением числа круглых колосников в промежутках между трапециевидными уменьшается уход волокнистого материала в отходы, но уменьшается и очистительный эффект, причем общий очистительный эффект снижается интенсивно, а по крупному сору более планомерно. Например, при чередовании колосников общий очистительный эффект составлял 69,57 %, по крупному сору - 69,42 %, уход летучек -0,65/2, то при просвете в 5 круглых ]{й$ = 58,22 %, IfKp= 59,26 %, уход летучек А = 0,57 %. Таким образом, можно добиться лучшего выделения сорных (крупных и мелких) примесей при установке колосников в последовательности - один трапециевидный, два круглых, причем выделение волокнистого материала будет минимальным. Итак, выявлена оптимальная расстановка неподвижных круглых колосников с нарастанием разводки между ними, установлено влияние сочетания колосников разной формы - неподвижных круглых и трапециевидных на выделение сорных примесей, найдено оптимальное сочетание их расстановки - с дифференциальной разводкой на начальном участке. Стендовая пильчатая очистительная установка была собрана с приёмными секциями, как в очистителях ЧХ-ЗМ (рис. 5.1), с колосниками различной формы: трапециевидными, круглыми, трехгранными, пятигранными, четырехгранными, шестигранными, винтовыми о одним заходом и двумя; заходами, с трапециевидными канавками и комбинированные. Исследования проводились при производительности 300-280 кг/час на 250 мм рабочей длины, т.е.соответственно методике [58,59] .
Пильчатый барабан имел профиль зуба пильчатой ленты типа X 40 с углом наклона, передней грани зуба к радиусу барабана j: - 45. Предварительные испытания проводились с трапециевидными плоскими колосниками, применяемые в настоящее время в очистителях ЧХ-ЗЖ (рабочая грань шириной в 25 мм ) и круглыми колосниками, применяемыми в усовершенствованных модернизированных очистителях крупного сора ЧХ-ЗМ2 "Мехнат" (диаметр круглого колосника в 20 мм ). Зазор в просвете между колосниками был в 40 мм, как на промышленном технологическом оборудовании (ЧХ-3, ЧХ-ЗМ, ЧХ-ЗМІ), что позволило выделять створки со средним размером по длине около 30 40 мм. Трапециевидные (плоские) колосники устанавливались под пильчатым барабаном с углом наклона в 155 -157 к их радиусу, а круглые с просветом между колосниками в 40 мм го радиусу и зазором от пильчатого барабана в 12 мм ( і I ). Колковый барабан приёмной секции имел диаметр по колкам 0 = 450 мм и вращался со скоростью 540 об/мин. Зазор между колками барабанов и лопастями питаощих валиков был принят в 25 мм на основании работы [60] , а между сеткой и вершинами колков 15 - 18 мм - работы [ю] .
