РАЗРЫХЛИТЕЛЬ-ОЧИСТИТЕЛЬ С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКОЙ
AERATOR-CLEANER WITH MULTISTAGE TREATMENT

Изобретение относится к текстильному оборудованию и может быть использовано в разрыхлительно-очистительных агрегатах для разрыхления, съема, транспортировки, очистки волокнистых продуктов и равномерного питания последующей машины.
Известен резервный питатель ПРЧ-2 для разрыхления, очистки хлопкового волокна от сорных примесей, создания резерва волокнистого продукта и передачи последнего в систему распределения по чесальным машинам. Питатель оснащен автоматической системой регулирования толщины подаваемого слоя волокнистого продукта в зону разрыхления. Волокнистый продукт подается в камеру бункера питателя, откуда двумя выпускными и поддерживающим цилиндрами по столику поступает под педальный цилиндр. Вращаясь, педальный цилиндр подает слой к игольчатому трепалу, где волокнистый продукт разрыхляется и очищается от сорных примесей. Сорные примеси удаляются через колосниковую решетку. Разрыхленные клочки волокон выбрасываются в патрубок, соединенный с последующей машиной [1].
Недостатком данного питателя является то, что он работает в основном как накопитель. Кроме того, игольчатое трепало при одинаковых условиях работы больше, чем пильчатое, повреждает волокна, не обеспечивает должного выделения сорных примесей, ремонт его трудоемок и дорогостоящ. Педальный регулятор в производстве обычно отключен, так как он не полностью выполняет свои функции.
Известен резервный питатель чесальных машин UNIstore A 77 для обеспыливания и разрыхления волокнистых продуктов. От пневмотранспорта волокнистый продукт подается на перфорированный стальной экран, где происходит отделение пыльного воздуха с мелкими примесями от волокон. Далее волокнистый продукт, опускаясь по шахте вниз, попадает под воздействие гарнитуры рыхлительного барабана. Очищенный и разрыхленный волокнистый продукт по каналу передается в систему распределения волокон по чесальным машинам [2].
Недостатком данного питателя является то, что обеспыливание волокнистого продукта осуществляется до процесса разрыхления, т.е. в бункере. После разрыхления выделившиеся сорные примеси и пыль не удаляются из волокнистого продукта и поступает в бункер чесальной машины. Данный питатель не оснащен регулятором линейной плотности на выпуске.
Известен горизонтальный разрыхлитель В 36 для разрыхления и очистки от крупных сорных примесей волокнистых продуктов. Волокнистый продукт с предыдущей машины агрегата подается конденсором в бункер, из которого рифлеными валиками и поддерживающим цилиндром по столику подается в зону разрыхления, где волокнистый продукт разрыхляется и очищается от крупных сорных примесей. Разрыхлитель оснащен автоматической системой регулирования толщины подаваемого слоя волокнистого продукта в зону разрыхления [3].
Недостатком данного разрыхлителя является то, что регулировка толщины подаваемого слоя волокнистого продукта осуществляется до зоны разрыхления. Количество выпадаемых волокон в отходы и наличие остаточного слоя на разрыхлительном барабане не учитываются, не обеспечивается равномерность подачи волокнистого продукта к последующей машине. Аэросъем не обеспечивает полный съем волокон с разрыхлительного барабана. Выделившиеся после разрыхления мелкие сорные примеси и пыль не удаляются из волокнистой массы и поступают к следующей машине.
За прототип принят универсальный разрыхлитель TO-U для разрыхления и транспортировки волокнистых продуктов, содержащий бункер, подающие валы, выпускные валы, разрыхлительный вал и устройство для подачи воздушного потока, предназначенного для съема клочков волокон с поверхности разрыхлительного вала. Подача волокнистого продукта в разрыхлитель осуществляется посредством бункерного питателя. В нижней части бункера клочки волокон захватываются подающими валами и направляются к паре выпускных валов, последние подводят клочки к разрыхлительному валу. Под действием дополнительного воздушного потока происходит съем клочков волокон с поверхности разрыхлительного вала и транспортировка к последующей машине [4].
Недостатком данного разрыхлителя является то, что хотя дополнительный воздушный поток и способствует съему клочков волокон с поверхности разрыхлительного вала, однако этот съем неполный, на поверхности разрыхлительного вала остается остаточный слой волокнистой массы. Кроме того, разрыхление волокнистых продуктов сопровождается повышенным выделением сорных примесей и пыли, удаление которых не предусмотрено. Наличие пыли в волокнистом продукте вызывает большие затруднения при его переработке, особенно на пневмомеханических прядильных машинах.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение полного съема волокон с пильчатого барабана с одновременным повышением эффективности очистки и снижением неровноты волокнистого продукта.
Указанный технический результат достигается тем, что в разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой, содержащем бункер, подающие валы, питающие цилиндры, пильчатый барабан и выпускной трубопровод, согласно изобретению под пильчатым барабаном с возможностью свободного вращения установлен сетчатый барабан, связанный с механизмом пневмоотсоса, соосно сетчатому барабану внутри него размещен неподвижный цилиндр, вдоль образующей которого выполнена полость с поперечным сечением в виде сектора, направленная навстречу волокнистому продукту, под сетчатым барабаном установлена регулирующая заслонка, сообщающаяся с выходным трубопроводом, на входном торце которого имеются щели, а в изогнутой части выходного трубопровода выполнена перфорация, сороотбойный нож и чешущий сегмент установлены от вертикальной оси на расстоянии длины дуги, соответствующей центральному углу 60-90°, за чешущим сегментом по ходу волокнистого продукта на ограждении вдоль образующей пильчатого барабана выполнены щели для поступления воздушного потока.
Полный съем волокон с пильчатого барабана осуществляется благодаря аэродинамическому съему, обеспечивающему поступление дополнительного воздушного потока через щели на ограждении пильчатого барабана, отсосу технологического воздуха сетчатым барабаном, снимающим волокна и клочки волокон с пильчатого барабана. Повышение эффективности очистки достигается за счет многоступенчатости последней. Первая ступень очистки обеспечивает удаление сорных примесей в зоне открытой поверхности пильчатого барабана, вторая ступень - удаление мельчайшей пыли во время отсоса технологического воздуха сетчатым барабаном и третья - удаление оставшихся примесей через перфорацию на изогнутой части выходного трубопровода. Снижение неровноты волокнистого продукта осуществляется исполнительным механизмом, который автоматически изменяет скорости питающих цилиндров в зависимости от количества волокнистого продукта на заслонке под сетчатым барабаном.
На фиг.1 изображена технологическая схема настоящего разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой; на фиг.2 - номограмма для определения плотности волокнистого продукта в зависимости от засоренности смеси волокнистых продуктов; на фиг.3 - номограмма для определения давления волокнистого продукта в зависимости от плотности волокна, высоты волокнистого столба в бункере, относительной засоренности волокнистого продукта; на фиг.4 - зависимость относительных сил (без учета веса клочка волокон) - удерживающей, аэродинамической, трения и нормального давления - от скорости витания клочка волокон; на фиг.5 - модель спектра скоростей воздушного потока в зазоре между пильчатым барабаном и сороотбойным ножом.
Разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой содержит бункер 1, под которым размещены пара подающих валов 2 и пара питающих цилиндров 3. Под последними установлен рабочий барабан 4, обтянутый пильчатой гарнитурой 5. На периферии пильчатого барабана под углом γ к вертикальной оси размещены сороотбойный нож 6 и неподвижный чешущий сегмент 7, а под последним выполнена щель 8 для поступления воздушного потока. Под пильчатым барабаном установлен сетчатый барабан 9 с возможностью свободного вращения относительно размещенного соосно внутри него подключенного к механизму пневмоотсоса неподвижного цилиндра 10. Вдоль образующей цилиндра 10 выполнена полость с поперечным сечением в виде сектора, обращенная к разрыхленному волокнистому потоку, поступающему с пильчатого барабана 4, а в донной части под сетчатым барабаном 9 расположена регулирующая заслонка 11 с возможностью поворота относительно оси 12. Регулирующая заслонка 11 сообщается с выходным трубопроводом 13, на входном торце которого выполнены щели 14 для подачи дополнительного воздушного потока. В изогнутой части 15 трубопровода 13 имеется перфорированная поверхность 16, отделяющая трубопровод от устройства пневмоотсоса 17.
Разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой работает следующим образом.
Волокнистый продукт с предыдущей машины агрегата подается в бункер 1 конденсором, обеспечивающим оптимальные условия согласно выражению (1), устанавливающему связь между параметрами волокнистого продукта, размерами бункера и давлением в распределительном канале
в
где ρ - плотность волокна;
g - ускорение свободного падения;
k - коэффициент сжимаемости волокнистого продукта, учитывающий изменение его плотности при изменении давления;
з
з
Y=1-y, y - засоренность в долях единицы;
а - расстояние между передней и задней стенками бункера.
Полученное выражение (1) позволяет построить универсальные номограммы (фиг.2, 3), устанавливающие связь между геометрическими параметрами бункера, механическими характеристиками и засоренностью питающей смеси, а также давлением воздуха в распределительном канале.
В нижней части бункера 1 клочки волокон захватываются подающими валами 2 и направляются к питающим цилиндрам 3, последние подводят клочки тонким слоем под действие пильчатого барабана 4. Пильчатый барабан 4, имея большую частоту вращения, ударяет по выступающей из питающих цилиндров 3 бородке волокон и вычесывает из нее отдельные клочки. Под действием наносимых ударов и разделения клочков волокон ослабевают связи крупных сорных примесей с волокнами, благодаря чему они сравнительно легко удаляются. Скорость крупных сорных примесей и клочков волокон в результате механического воздействия пильчатого барабана 4 и воздушного потока в кратчайшее время достигает окружной скорости пильчатого барабана 4. Скорости движения клочков волокон и крупных сорных примесей в зоне действия сороотбойного ножа 6 приблизительно одинаковы. При этом крупные сорные примеси, обладающие большей кинетической энергией под действием центробежных сил, отделяются от пильчатого барабана 4 и выделяются сороотбойным ножом 6. Отчасти это относится и к волокнам, которые имеют меньшую массу и большую удельную поверхность. Заявляемая конструкция позволяет решить вопрос получения максимального количества выделенного сора, не выделяя при этом волокна. Условием удержания клочка волокон в зоне открытой поверхности пильчатого барабана 4 до сороотбойного ножа 6 является следующая зависимость:
уд
где F - удерживающая сила как результирующая упругих сил со стороны соседних волокон и волокнистых клочков;
Б
Б
V, R - угловая скорость, частота вращения, окружная скорость, радиус пильчатого барабана 4;
α - угол наклона зуба гарнитуры пильчатого барабана 4;
β - угол при вершине зуба гарнитуры пильчатого барабана 4;
ст
δ - угол между рабочей гранью зуба гарнитуры пильчатого барабана 4 и вектором силы тяжести клочка волокон;
µ - коэффициент трения между клочком волокон и рабочей гранью зуба;
вит
m, ν - масса, скорость витания клочка волокон.
Зависимость (2) получена на основе экспериментальных исследований и связывает геометрические параметры гарнитуры пильчатого барабана 4 и его частоту вращения.
Для оценки влияния сил, действующих на клочок волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана 4, приведен график зависимости относительных сил (без учета веса клочка волокон) - удерживающей, аэродинамической, трения и нормального давления - от скорости витания клочка (фиг.4).
Из графика следует, что указанные силы уменьшаются с ростом скорости витания клочка волокон приблизительно по гиперболическому закону. Расчеты по предложенной модели показывают, что наибольшее влияние на клочок волокна оказывают центробежная и удерживающая силы.
Количество выделяемых сорных примесей и потери прядомых волокон зависят от местонахождения сороотбойного ножа 6 и разводки между ним и пильчатым барабаном 4 (фиг.5). Оптимальная разводка определяется по формуле
где s - разводка между пильчатым барабаном 4 и сороотбойным ножом 6;
пб
R - радиус пильчатого барабана 4;
пб
V - окружная скорость пильчатого барабана 4;
з
H - высота зуба гарнитуры;
г
Т - толщина основания гарнитуры;
з
T - толщина зуба гарнитуры;
L - расход воздуха в зазоре.
Дальнейшее разрыхление клочков волокон происходит при взаимодействии с неподвижным чешущим сегментом 7, установленным после сороотбойного ножа 6. Съем клочков волокон с поверхности пильчатого барабана 4 осуществляется сетчатым барабаном 9 в зоне полости неподвижного цилиндра 10. Длина дуги зоны аэродинамического съема клочков волокон с пильчатого барабана 4 определяется углом φ. К цилиндрической поверхности барабана 9 под действием тяги воздуха присасываются клочки волокон. Пыль и другие мелкие примеси, вместе с воздухом пройдя отверстия сетчатого барабана 9, направляются в фильтр (не показан). Так как процесс непрерывен, воздух, отводящийся сетчатым барабаном 9, всасывается через щель 8 на ограждении пильчатого барабана 4.
Центральный угол φ, соответствующий длине дуги аэродинамического съема клочков волокон с пильчатого барабана 4, определяют из решения уравнения
или
.
где Q=B[cos(α-0,5φ)+µsin(α-0,5φ)];
H=-B[sin(α+0,5φ)-µcos(α+0,5φ)];
ac
ν - скорость воздушного потока, воздействующего на клочок волокон в зоне аэросъема;
φ - угловой размер дуги аэросъема;
h - высота зуба гарнитуры пильчатого барабана 4.
Б
Б
ac
Это уравнение сводится к уравнению типа F(φ, R, n, h, α, ν)=0.
Уравнение (5) связывает угловой размер φ с геометрическими и кинематическими параметрами пильчатого барабана 4 и скоростью подаваемого воздушного потока.
3
Расход воздуха в сетчатом барабане 9 составляет 500-600 м/ч. Полость неподвижного цилиндра 10 обращена к волокнистому продукту и выполнена таким образом, что клочки волокон, удерживаемые на поверхности сетчатого барабана 9, при достижении крайнего положения полости неподвижного цилиндра 10 под воздействием центробежных сил и собственного веса сбрасываются на заслонку 11, расположенную в донной части машины. Поворот заслонки 11 относительно оси 12 регулирует равномерность подачи волокнистого продукта к последующей машине. С заслонки 11 клочки волокон сбрасываются в трубопровод 13 и направляются в зону дополнительной очистки волокнистого потока от мелкодисперсной пыли. На внешней стенке трубопровода 13 в месте изгиба 15 последнего выполнена перфорированная поверхность 16. Мелкодисперсные пылевые частицы под действием центробежных сил и разрежения, создаваемого пневмоотсосом 17, всасываются через перфорированную поверхность 16 и направляются в фильтр. Дополнительный воздушный поток, необходимый для транспортировки волокнистой массы по трубопроводу 13, поступает в последний через щели 14.
Для получения равномерной подачи волокнистого продукта к последующей машине применяется исполнительный механизм, который автоматически изменяет скорости питающих цилиндров 3 в зависимости от количества волокнистого продукта на заслонке 11.
Производственные исследования проводились в ОАО «Камешковский текстиль» и OOO «Прядильно-ткацкая фабрика «Ткачество» (Владимирская область). Результаты представлены в таблице.
Результаты сравнительных испытаний двух вариантов подготовки полуфабриката к пневмопрядению
Показатели
Варианты
Процент улучшения, %
РОА
РОА + настоящее изобретение
Эффективность очистки смеси, %
49,6
68,5
38,1
Линейная плотность чесальной ленты, ктекс
4,0
4,0
-
Засоренность чесальной ленты, %
1,1
0,71
35,5
Коэффициент вариации чесальной ленты, %
5,2
4,0
23,1
Линейная плотность пряжи, текс
18,5
18,5
-
Удельная разрывная нагрузка, сН/текс
9,3
10,1
8,6
Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, %
13,3
10,3
22,6
Сорт пряжи
3
1
-
Обрывность пряжи на 1000 камер/час
198
136
31,3
Источники информации
1. Питатель резервный ПРЧ-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Внешторгиздат. Изд. №11417 эс.
2. Резервный питатель чесальных машин UNIstore A 77 фирмы Rieter (Швейцария). Оборудование текстильной и легкой промышленности. Информационно-справочный сборник. - С.-Петербург, ООО «Информационное агентство «Партнер», 2005.
3. Горизонтальный разрыхлитель В 36. Техническая информация фирмы Marzoli (Италия), 2005.
4. Универсальный разрыхлитель TO-U. Технология волокон. - Проспект фирмы "Truetzschler" (Германия), 2005.
5. Мкртумян А.С. Методика расчета высоты столба засоренной волокнистой смеси в шахте бункерного питателя [текст] / А.С.Мкртумян, А.Г.Хосровян, Я.М.Красик, Г.А.Хосровян // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. - 2006. - №2
6. Хосровян А.Г. Математическое описание силового воздействия на клочок волокон на зубе гарнитуры приемного барабана в зоне открытой поверхности [текст] / А.Г.Хосровян // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. - 2006. - №5.
7. Кушаков О.Н. Разработка метода расчета спектра скоростей воздушного потока в зоне сороотбойного ножа с учетом его углового положения[текст] / О.Н.Кушаков, А.Г.Хосровян, Я.М.Красик, Г.А.Хосровян. Известия Ивановского отделения Петровской академии наук и искусств. Секция технических наук. - Иваново: ИГТА, 2006.
8. Хосровян А.Г. Совершенствование процессов разрыхления, очистки, транспортировки полуфабриката и формирования пневмомеханической пряжи с целью повышения ее качества. Дис. канд. техн. наук. - Иваново. - 2007. - 247 с.