Экспериментальное исследование остаточной влажности кожи Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Современные инновации, системы и технологии // Modern Innovations, Systems and Technologies

2022; 2(4) eISSN: 2782-2818 https://www.oajmist.com

УДК: 677.057 EDN: EIHTKI

DOI: https://doi.org/10.47813/2782-2818-2022-2-4-0112-0121

Экспериментальное исследование остаточной

влажности кожи

Н.У. Аннаев, Ш.И. Хуррамов

Ташкентский архитектурно-строительный институт, Ташкент, Узбекистан

Аннотация. Работа посвящена к экспериментальному исследованию остаточной влажности кожи в процессе валкового отжима. Получены регрессионные и эмпирические модели остаточной влажности кожи. Установлено, что с уменьшением радиуса и скорости валка и увеличением интенсивности нагрузки уменьшается остаточная влажность кожи. Выявлено, что лучший эффект интенсивности нагрузки наблюдается в отжимных машинах с маленькими радиусами и скоростями.

Ключевые слова: валковый отжим кожи, остаточная влажность, интенсивность нагрузки, диаметр валка, скорость валка.

Для цитирования: Аннаев, Н. У. & Хуррамов, Ш. И. (2022). Экспериментальное исследование остаточной влажности кожи. Современные инновации, системы и технологии - Modern Innovations, Systems and Technologies, 2(4), 0112-0121. https://doi.org/10.47813/2782-2818-2022-2-4-0112-0121

Experimental study of residual leather moisture

N.U. Annaev, Sh.I. Khurramov

Tashkent Institute of Architecture and Civil Engineering, Tashkent, Republic of Uzbekistan

Abstract. The work is devoted to the experimental study of the residual moisture content of the leather in the process of roller squeezing. Regression and empirical models of residual leather moisture have been obtained. It has been established that with a decrease in the radius and speed of the roll, and an increase in the intensity of the load, the residual moisture of the skin decreases. It was found that the best effect of load intensity is observed in squeezing machines with small radii and speeds.

Key words: roller squeezing of leather, residual moisture, load intensity, roll diameter, roll speed.

For citation: Annaev N.U. & Khurramov Sh. I. (2022). Experimental study of residual leather moisture. Modern Innovations, Systems and Technologies, 2(4), 0112-0121. https://doi.org/10.47813/2782-2818-2022-2-4-0112-0121

© Н.У. Аннаев, Ш.И. Хуррамов, 2022

0112

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей процесса валкового отжима кожевенного полуфабриката после хромового дубления (кожи) является обеспечение требуемой технологическим процессом остаточной влажности. Поэтому при валковом отжиме кожи одной из основных задач является определение аналитической зависимости остаточной влажности от основных параметров процесса валкового отжима, то есть необходимо моделирование остаточной влажности кожи.

В теории валкового отжима кожи исследования по моделированию остаточной влажности отжимаемого материала проводятся в трех направлениях. Первое -экспериментальное, строится на основе опытных данных с применением методов математической статистики и планирования эксперимента, результаты получаются в виде эмпирических или регрессионных зависимостей. Второе - экспериментально-теоретическое, строится путем теоретических исследований на основе экспериментально полученных эмпирических зависимостей. Третье - теоретическое, строится на основе теоретических исследований путем изучения гидравлических явлений, происходящих в зоне контакта валков с отжимаемым материалом.

Работы [1-3] посвящены экспериментальному исследованию и описанию регрессионной модели остаточной влажности кожевенного полуфабриката с вертикальной подачей.

Данная работа посвящена экспериментальному исследованию и моделированию остаточной влажности кожи с горизонтальной подачей.

МЕТОДЫ

Экспериментальные исследования проводились на специально спроектированной и изготовленной установке (рис. 1).

Для выполнения экспериментальных работ предусмотрен комплект валков с различными диаметрами. Конструкция установки позволяет заменять валки, а также изменять скорость вращения валков и усилия их прижима. Были изготовлены валки с диаметрами 0,1, 0,21 и 0,326 м. После намотки, диаметры валков равнялись

0,116, 0,228 и 0,340 м. Длина валков во всех случаях составляла 0,12 м. Скорости

Современные инновации, системы и технологии // Modern Innovations, Systems and Technologies

2022; 2(4) https://www.oajmist.com

вращения валков регулируются с помощью реостатов и измеряются тахометром часового типа. Диапазон изменения интенсивности нагрузки 15 - 65 кН / м.

Необходимое давление валков создавалось собственным весом верхнего валка и усилием дополнительного прижима, осуществляемым с помощью пружинно-винтовой системы.

Рисунок 1. Вид экспериментальной установки.

Figure 1. View of the experimental setup.

Для определения остаточной влажности в каждом отжатом образце кожи проводили пять замеров процентного содержания влаги по углам и середине образца. Средняя арифметическая величина этих замеров составляла остаточную влажность образца. При измерении влажности применяли сушильный шкаф СНОЛ -2,5; весы типа ВЛР-200 с точностью измерения 0,01 мг, эксикаторы, бюксы.

Исследованию подвергались кожевенные полуфабрикаты крупного рогатого скота после хромового дубления. Образцы вырезали из кожевенных полуфабрикатов шириной 0,2 м и требуемой длиной в зависимости от вида опытов. Укомплектовали

образцы с целью исключения влияния топографических различий в группы по методу асимметрической бахромы.

В качестве функции отклика принимали Жост, которая полностью отвечает

требованиям, предъявляемым к функциям отклика при планировании эксперимента [4].

На основе поисковых экспериментов было принято решение проводить экспериментальное исследование методом D-оптимального планирования второго порядка с использованием матрицы планирования К. Кано.

На основе априорной информации Жост исследование проводилось с учетом трех

факторов: x1 — интенсивность нагрузки Q, кН /м; Х2 — диаметр валка D, м; Х3 —

скорость валка V, м / с.

Выбраны следующие диапазоны изменения факторов: интенсивность нагрузки -15 ^ 65 кН / м; -диаметр валка - 0,116, 0,228, 0,340 м; скорость валка - 0,10 ^ 0,34 м / с.

Уровни и интервалы варьирования факторов приведены в таблице 1. Таблица 1. Уровни и интервалы варьирования факторов. Table 1. Levels and intervals of factor variation.

Фактор Уровень варьирования Интервал вариации

- 0 +

Q, кН / м 15 40 65 25

а 0,375 1,000 1,625 0,625

D, м 0,116 0,228 0,340 0,112

А 0,509 1,000 1,491 0,491

V, м / c 0,10 0,22 0,34 0,12

V 0,454 1,000 1,546 0,546

Функция цели аппроксимирована полиномом

к к к

У0 + Ё ЪХг + Ё "

=1 i,j=1 i=1

^0 = Ь0 + Ё ЪХг + Ё bUX'XJ + Ё ' (1)

где Ь0, Ь, Ь, Ь - коэффициенты регрессии.

После реализации рабочей матрицы получено среднее арифметическое значение Жост (таблица 2).

Однородность дисперсий оценена критерием Фишера [4] при доверительной вероятности а = 0,95 :

S2

^расч = ^ Sjmax = 18,485; fn = 5; smm = 3,125; / = 4; Fpac4 = 5,92.

s min

Табличные значения критерия Фишера при fmax = 5 и fmin = 4 равны FTa6jI = 6,26

[4].

Таким образом, все дисперсии для W и N при а = 0,95 можно считать однороднмм так как ^расч < Fma6n.

Таблица 2. Результаты экспериментального исследования. Table 2. Results of the pilot study.

Рабочая матрица Остаточная влажность „2 ( w - W Л " 0 "о 2

£i = W V W0

б! V, W гг 0 W " 0

1,000 1,000 1,000 57,93 57,13 0,0002

1,625 1,491 1,546 58,64 57,89 0,0001

1,625 0,509 1,546 56,32 55,10 0,0005

0,375 0,509 1,546 60,59 61,77 0,0004

0,375 1,491 1,546 62,09 64,90 0,0019

1,625 1,491 0,454 52,31 52,81 0,0000

1,625 0,509 0,454 43,51 50,26 0,0241

0,375 0,509 0,454 58,47 56,35 0,0000

0,375 1,491 0,454 60,24 59,20 0,0000

1,625 1,000 1,546 57,18 56,83 0,0000

1,000 0,509 1,546 59,63 57,22 0,0000

0,375 1,000 1,546 59,80 63,72 0,0043

1,625 0,509 1,000 54,13 53,32 0,0002

0,375 0,509 1,000 61,10 59,79 0,0000

0,375 1,491 1,000 61,17 62,82 0,0007

1,625 1,491 1,000 58,43 56,03 0,0017

1,000 1,491 1,546 59,38 60,12 0,0002

1,625 1,000 0,454 51,06 51,84 0,0002

1,000 0,509 0,454 53,52 52,20 0,0006

0,375 1,000 0,454 59,31 58,13 0,0000

1,000 1,491 0,454 57,26 54,84 0,0018

21 I 1 1202,07 1202,27 0,0370

После определения и исключения независимых коэффициентов регрессии плана К. Кано [4] получены уравнения:

Жост = 58,03 - 0,718.x2 -1,442х\ + 0,529ад + 1,705.. - 3,43+ 0,776. + 2,481. . (2)

Гипотезу об адекватности найденных уравнений проверили с помощью критерия Фишера [4] при доверительной вероятности а = 0,95 :

S2

F = S ад

Zn( Уи- у u)

расч су 2

S

Si —

2 1

N

{у}

N (к + 1)(к + 2) ' 2

S 21 —

{y} N

Zs

= 16,577; Я;,, = 11,434; = 1,45; /„ = 11, /и = 91;

Табличные значения критерия Фишера при /шах = 90 и /тЬ = 91 и /т1п = 11 равны Етабл = 1,85 [4]. Таким образом, уравнение (2) можно считать пригодным с 95% -ной доверительной вероятностью ( Ерасч < Етабл).

После раскодирования уравнения (2) получим

Жост = 57,57 - 0,001102 - 100,4К2 + 0,3770^ + 0,5680Г - 0,2560 + 12,5Я + 42Г. (3)

При проектировании отжимных машин для инженерных расчетов требуются более простые зависимости. Исходя из этого, зависимости остаточной влажности от основных параметров отжима аппроксимируем степенной функцией.

Согласно методике, изложенной в работе [6], будем принимать степенную зависимость вида

(4)

W0 — CQiaDiPViy,

где

Qi— Q, D —D, у — V Q„ 1 D„ 1 у

^ср

ср

ср

Логарифмирование (4) дает

lnW — ln C + a ln Q + p\n. D +ylnV1.

(5)

(6)

Обозначив lnW — Y, lnC — tj, ln Ql—Xl, ln Dx—X2 и lny — X3, приведем выражение (6) к линейному виду

Y — aXx + pX2 +/X3 + j. (7)

2

Параметры а, 5, у и т находим методом наименьших квадратов, согласно которой, сумма квадратов отклонений экспериментальных точек от прямой должен быть

21 21

наименьшей, то есть Е(а,5,у,ц) = = ^-(аХ11 + ¡Хъ + уХ3г + т))2 - минимум.

1=1 1=1

Тогда имеем:

а

21 21 21 21 21 IX2 +0IX UX 2i +yI X UX 3i X u =I XuYt

1i ^ A'I^ 1i

i=1 i=1 21

i=1 21

i=1 21

i=1 21

а.

21 21 21 21 21 I XuX2l +fiI X 2i +Г, X2iX3i X 2i =I x2Y ,

i=1 21

i=1 21

i =1

i =1 21

i=1

21 21

а, X 1.X 3. +fiI X2lX3l +rI X3 +тЦ X3i =, X3Y,

i =1 i =1 i =1 i =1 i =1 21 21 21 21

а,

IX1. + PI X 2. + rI X 3. + 21т = I Y

После подстановки все суммы, получаем

9,5 82а + 0,410р + 0,526;к - 3,963т = -16,715, 0,410а + 4,925P + 0,293;к - 2,207т = -8,711, 0,526а + 0,293P + 6,507;к - 2,832т = -10,999, - 3,963а- 2,207P - 2,832у + 21т = 84,948.

(8)

(9)

Система (6) имеет решение: а = -0,078; ¡ = 0,046; у = 0,074; у = 0,074; т = 4,0454.

Отсюда, находим С = вп = в4'0454 = 57,63.

Таким образом, формула (4) будет иметь вид

W = 58,986 ~а077А a046V 0074.

(10)

Вычисленные по формуле (10) значения остаточной влажности приведены в таблице 2.

Определяем среднее квадратичное отклонение [5] а =

коэффициент вариации v = = 0,0441 = 0,0096.

I*2

i=1

0,0370

n - 2

19

= 0,0441 и

4п л/21

Как видно, точность аппроксимации опытных данных формулой (7) более чем удовлетворительна.

1=1

1=1

1=1

i=1

РЕЗУЛЬТАТЫ

Из графы 4 таблицы 2 следует, что сумма остаточных влажностей в процессе экспериментального исследования равна 1202,07%. Отсюда, имеем Жоср = 57,25°%. С

учетом этого из выражения (10) можно получить следующие зависимости

Щ = 0,970-а077Д 0-04(Г1 а074, (1 1)

Ж = 92,580 -°,°77Я °'046У0'074. (12)

На рис. 2- 4 приведены графические интерпретации формулы (12).

ВЫВОДЫ

1. Разработаны регрессионные и эмпирические математические модели остаточной влажности кожи при валковом отжиме.

2. Из анализа расчетных данных и графиков (рисунки 2-4) выявлено следующее:

• с увеличением интенсивности нагрузки остаточная влажность кожи уменьшается;

• при прочих равных условиях функцию остаточной влажности от радиуса валка Жост (Я) можно считать линейно-возрастающей;

• при прочих постоянных параметрах с увеличением скорости валка остаточная влажность увеличивается и асимптотически приближается к определенной величине (например, при 0 = 15 кН / м, Я = 0,058 м значение

Ж приближается к 60.8% ).

60

55

50

45

,16-V J, -О.Ю.ч / Я - 0,06-» —.

15

30

45

60

0,кНм

Г

60

55

50

45

е-бо <Н t м

'е - 40к# 0 = 40кй ' м /м

0,06 0,14 0,22 0.30 V,m/C

Рисунок 2. Зависимость остаточной влажности кожевенного полуфабриката от интенсивности

Рисунок 3. Зависимость остаточной влажности кожевенного полуфабриката

нагрузки Q, kH / м, когда V = 0,20м / c

Figure 2. Residual moisture content of leather semi-finished product from intensity load Q, kH/ м when V = 0,20м/ c .

от скорости валка V, м / c, когда

R = 0,10м . Figure 3. Dependence of the residual moisture content of the semi-finished product on the roll speed V, м / c when R = 0,10м .

60

50

45

0 = 40кН h , с=б0кя м

& = 20 кН!м

0,05

0.11

R.m

Рисунок 4. Зависимость остаточной влажности кожевенного полуфабриката от радиуса валка R, м, когда V = 0,10м / с. Figure 4. Dependence of the residual moisture content of the leather semi-finished product from the roll radius R, м, when V = 0,10 м / с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Аманов Т.Ю., Цой Г.Н. Экспериментальное исследование отжима влаги из двухслойного пакета кожевенного полуфабриката с вертикальной подачей. Узбекский журнал. Проблемы механики. 2012; 3: 45-48.

[2] Аманов Т.Ю., Баубеков С.Д., Цой Г.Н., Набиев А.М. Устройство для обеспечения усилия прижима между рабочими органами валковых технологических машин. Современные наукоемкие технологии. 2018; 9: 9-14.

[3] Bahadirov G., Tsoy G.N., Nabiev A., Umarov A. Exsperiments on moisture squeezing from a leather semi-finished product. International journal of recent technology and engineering. 2020; 8(5): 3367-3371.

[4] Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности). М.: Легкая индустрия. 1974. 262.

[5] Лавров В.В., Спирин Н.А. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента. Екатеринбург. 2004. 257.

[6] Новиков Н.Е. Прессование бумажного полотна. М.: Лесная промышленность. 1972. 242.

REFERENCES

[1] Amanov T.YU., Coj G.N. Eksperimental'noe issledovanie otzhima vlagi iz dvuhslojnogo paketa kozhevennogo polufabrikata s vertikal'noj podachej. Uzbekskij zhurnal. Problemy mekhaniki. 2012; 3: 45-48.

[2] Amanov T.YU., Baubekov S.D., Coj G.N., Nabiev A.M. Ustrojstvo dlya obespecheniya usiliya prizhima mezhdu rabochimi organami valkovyh tekhnologicheskih mashin. Sovremennye naukoemkie tekhnologii. 2018; 9: 9-14.

[3] Bahadirov G., Tsoy G.N., Nabiev A., Umarov A. Exsperiments on moisture squeezing from a leather semi-finished product. International journal of recent technology and engineering. 2020; 8(5): 3367-3371.

[4] Tihomirov V.B. Planirovanie i analiz eksperimenta (pri povedenii issledovanij v legkoj i tekstil'noj promyshlennosti). M.: Legkaya industriya. 1974. 262.

[5] Lavrov V.V., Spirin N.A. Metody planirovaniya i obrabotki rezul'tatov inzhenernogo eksperimenta. Ekaterinburg 2004. 257.

[6] Novikov N.E. Pressovanie bumazhnogo polotna. M.: Lesnaya promyshlennost'. 1972. 242.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Аннаев Нуриддин Узокович,

старший преподаватель, Ташкентский архитектурно -строитель ный институт, Ташкент, Республика Узбекистан e-mail: nuriddin.annayev.91@mail.ru

Хуррамов Шухрат Исакович,

преподаватель, Ташкентский университет прикладных наук, Ташкент, Республика Узбекистан e-mail: khurramov86sh@gmail.com

Nuriddin U. Annaev, Senior Lecturer, Tashkent Institute of Architecture and Civil Engineering, Tashkent, Republic of Uzbekistan e-mail: nuriddin.annayev.91@mail.ru

Shukhrat I. Khurramov, teacher, Tashkent Universty of Applied Sciences, Tashkent, Republic of Uzbekistan e-mail: khurramov86sh@gmail.com

Статья поступила в редакцию 03.11.2022; одобрена после рецензирования 17.11.2022; принята

к публикации 21.11.2022.

The article was submitted 03.11.2022; approved after reviewing 17.11.2022; accepted for publication

21.11.2022.