CC BY
3
УДК 658.51/677.11.021
Т.1. ТЕРНОВА, С.С. БАБ1Ч, В.П. БАЗИК
Херсонський нацюнальний техшчний унiверситет
ОПТИМ1ЗАЦ1Я ТЕХНОЛОГ1ЧНОГО ПРОЦЕСУ ОЧИЩЕННЯ ЛУБУ ЛЬОНУ ОЛ1ЙНОГО ЗА ДОПОМОГОЮ МЕТОД1В МАТЕМАТИЧНОГО
МОДЕЛЮВАННЯ
У данш роботi наведенi математичнi модел1 технологгчного процесу мехатчного очищення лубу льону олтного, використання яких дае можливiсть отримувати лляну сировину визначеног якостi.
З метою одержання волокна, придатного до виготовлення наповнювачiв для армування композицшних матерiалiв, було запропоновано здшснювати додаткове очищення лубу на чесальнш машинi ЧМД-5 тсля мехатчног обробки стебел соломи на модертзованому куделеприготувальному агрегатi. За рахунок математичного моделювання технологiчного процесу було визначено оптимальт параметри та режими обробки лубоволокнистог сировини, застосування яких дозволяе отримувати луб з високими показниками якостi - достаттм ступенем розволокнення й низьким вмiстом костриц та смiттевих домшок
Ключовi слова: математичне моделювання, луб, очищення, штапельна масодовжина, лiнiйна щшьтсть, вмкт кострицi та смiттевих домшок
Т.И. ТЕРНОВАЯ, С.С. БАБИЧ, В.П. БАЗЫК
Херсонский национальный технический университет
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ЛУБА ЛЬНА МАСЛИЧНОГО С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В данной работе приведены математические модели технологического процесса механической очистки луба льна масличного, использование которых дает возможность получать льняную сырье определенного качества.
С целью получения волокна, пригодного к изготовлению наполнителей для армирования композиционных материалов, было предложено осуществлять дополнительную очистку луба на чесальной машине ЧМД-5 после механической обработки стеблей соломы на модернизированном куделеприготовительном агрегате. За счет математического моделирования технологического процесса были определены оптимальные параметры и режимы обработки лубоволокнистого сырья, применение которого позволяет получать луб с высокими показателями качества - достаточной степенью розволокнения и низким содержанием костры и мусорных примесей.
Ключевые слова: математическое моделирование, луб, очистка, штапельная массодлина, линейная плотность, содержание костры и мусорных примесей.
T. TERNOVA, S. BABICH, V. BAZYK
Kherson National Technical University
OPTIMIZATION OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF CLEANING OF LUBRICATED LYON LUBE BY METHODS OF MATHEMATICAL MODELING
In this paper, mathematical models of the technological process of mechanical purification of a flaxen oilseed are given, the use of which gives the opportunity to obtain flax raw material of a certain quality.
In order to obtain fiber suitable for the production offillers for reinforcement of composite materials, it was proposed to carry out an additional purification of the barn on a CMD-5 hedge machine after mechanical straightening of stalk stems on a modernized cornice preparation unit. Due to the mathematical modeling of the technological process, optimal parameters and regimes for the processing of fibrous raw materials were determined, the application of which allows to obtain a beam with high quality indices - a sufficient degree of flaking and a low content of bonfires and garbage impurities.
Keywords: mathematical modeling, lobe, purification, stack mass length, linear density, boning content and garbage impurities.
Постановка проблеми
Дана робота присвячена одержанню полiмонiальноl регресшно! багатофакторно! моделi другого порядку процесу очищения лубу льону олiйного з метою одержання волокна, придатного для виготовлення композицшних матерiалiв, за результатами ротатабельного центрального композицшного експерименту.
Знаючи математичну модель процесу або об'екта, можливо прогнозувати властивостi продукту, який буде отримано в результатi певного технологiчного процесу, оцшити ступiнь впливу вхiдних факторiв з метою розробки схеми контролю та стабшзацп найбiльш впливових факторiв, а також здiйснити оптимiзацiю процесу.
Таким чином, отримання математичних моделей технолопчного процесу очищення лубу льону олшного дасть можливiсть прогнозувати яшсть отриманого волокна, що е важливим i актуальним питанням для використання його як наповнювача в композицшних матерiалах
Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй
На даний час питання прогнозування основних властивостей волокна, отриманого з лубу льону олшного, е актуальними для ф^вщв льонопереробно! галузг Проблемi пошуку взамозв 'язку мiж як1стю волокнисто! сировини з льону олшного, параметрами технолопчного процесу й основними властивостями готового продукту присвятили сво! науковi працi багато закордонних i вiтчизняних вчених: Федосова Н.М., Пашин £.Л., Тiхосова Г.А, Головенко Т.М., Круглий Д.Г., Меняйло-Басиста 1.О.та багато шших [1-5].
Формулювання мети дослвдження
Метою дано! роботи е пошук к1льк1сних залежностей мiж основними показниками лубу льону олiйного та параметрами налагодження машин для його очищення, що дасть виробникам можливють прогнозувати проведення процесу очищення лубу льону олшного та одержувати продукцш iз заданими показниками якостi.
Викладення основного матерiалу дослiдження
Аналiз отриманих експериментальних даних свiдчить, що луб, одержаний зi стебел соломи льону олшного, мае високу закостричешсть 27,2-30,6 % i низьке значення мщносп 3,9-5,0 даН. Вихiд лубу при цьому достатньо високий: при середшх значеннях довжини стебел 32,0-36,0 см, вихщ лубу дорiвнюе 32,4-39,4 %. Однак така сировина, як показуе аналiз вихiдних характеристик непридатна до одержання техшчного текстилю для армування композицiйних матерiалiв. Для видалення кострищ потрiбне додаткове очищення лубу за допомогою чесальних машин. Тому, тд час подальших дослiджень луб додатково очищувався вiд кострицi за допомогою операцп тонкого чесання на машинах ЧМД-5. Даний технологiчний процес повинен здшснюватися за оптимiзованими режимами.
Для цього за допомогою ротатабельного планування другого порядку було дослщжено залежносп штапельно! масодовжини лубу, масово! частки кострицi та смiттевих домiшок, лшшно! густини лубу льону олiйного вщ частоти обертання головного барабана та величини розведення мiж головним барабаном i смiттевiдбiйним ножем машини ЧМД-5.
Враховуючи вищевикладене, за фактори варшвання при кожному прочiсуваннi було обрано
частоту обертання головного барабана Щ (П2) та величину розведення 1\ (¡2) мiж головним барабаном i смитевщбшним ножем машини ЧМД-5. Вихiдними параметрами при першому та другому прочюуваннях вщповщно були у\ (у4) - штапельна масодовжина лубу, у2 (у5) - масова частка кострицi
та смитевих домiшок, Уз (у6) - лшшна щiльнiсть лубу льону олшного. У табл. 1 i 2 наведено матриц
ротатабельного планування експерименпв для першого та другого прочюування.
У загальному випадку математична модель мае вигляд:
у = к + кх. + кх + Кпхх. + Ъих2 + Ъ1Пх2
У и и 1 I 2 ] 12 I ] 11 I 22 ] , (1)
де и = 1, 6; I = 1, 3 ; ] = 2, 4 .
Таблиця 1
Матриця планування експерименту при I прочкуванм_
№ Рiвнi фага^в Найменоваш змшш Вихщш параметри
Х1 Х2 -1 п-, хв ¡1, мм _У1, мм 7 2, % У3, текс
1 +1 +1 770 4.5 28.00 2.90 1.00
2 -1 +1 670 4.5 27.10 3.20 1.30
3 +1 -1 770 3.5 28.30 2.45 1.05
4 -1 -1 670 3.5 26.70 2.35 1.33
5 -42 0 650 4.0 23.80 3.15 1.0
6 42 0 790 4.0 26.50 2.70 1.08
7 0 -42 720 3.3 27.40 2.75 1.22
8 0 42 720 4.7 24.90 3.05 1.01
9 0 0 720 4.0 26.60 2.55 1.08
10 0 0 720 4.0 27.60 2.75 1.18
11 0 0 720 4.0 27.25 3.00 1.15
12 0 0 720 4.0 26.35 3.10 1.13
13 0 0 720 4.0 28.00 3.25 1.16
X 348.5 37,2 14.69
У матриц планування експерименту при першому прочiсуваннi було вибрано меж1 змши частоти обертання головного барабана (пг) вiд 650 хв-1 до790 хв-1, а величина розведення мiж головним барабаном i смiтгeвiдбiйним ножем (11) - вiд 3,3 мм до 4,7 мм. Найменше значения частоти обертання
головного барабана дорiвиюe 650 хв-1, що вiдповiдаe рiвию фага^в 42 , Х2 = 0, а найбiльше
значення цього показника становить 790 хв-, що вщповвдае рiвию факторiв Х-
Матриця планування експерименту при II прочкуванм
1 — 42, х2 — о.
Таблиця 2
№ Рiвнi фага^в Найменоваш змшш Вихщш парамет ри
Х3 Х4 -1 П2, хв ¡2, мм У 4, мм У 5, % Уб , текс
1 +1 +1 600 2.0 17.50 0.06 0.40
2 -1 +1 510 2.0 17.75 0.04 0.38
3 +1 -1 600 1.0 18.00 0.02 0.40
4 -1 -1 510 1.0 18.95 0.03 0.35
5 -42 0 492 1.5 17.70 0.05 0.36
6 42 0 618 1.5 17.60 0.02 0.40
7 0 -42 555 0.8 19.00 0.05 0.43
8 0 42 555 2.2 18.20 0.06 0.36
9 0 0 555 1.5 18.05 0.02 0.39
10 0 0 555 1.5 17.80 0.02 0.36
11 0 0 555 1.5 18.10 0.01 0.35
12 0 0 555 1.5 18.65 0.04 0.31
13 0 0 555 1.5 18.00 0.04 0.35
X 235.3 0,46 4.84
У матрищ планування експерименту при другому прочюуванш змша частоти обертання головного барабана (п2) знаходиться в межах ввд 492 хв-1, що вщповщае рiвию факторiв х3 = -42,
Х4 — 0, до 618 хв-1, що вщповщае рiвию факторiв х3 = 42 , Х4 — 0 . Значения величини розведення мiж головним барабаном i смитевщбшним ножем стаиовить 0,8-2,2 мм при тих самих рiвнях факторiв х3 i х4.
Використовуючи вiдомi сшввщношення для визначення коефiцieнтiв рiвняння (1) при ротатабельному плануванш експерименту, знаходять коефщенти всiх шести залежностей та абсолютш
похибки обчислення !х значень (табл. 3) [6-8].
Таблиця 3
_Значення косфшиснив залежностей та величини 1х абсолютних похибок_
г У1 У 2 У3 У 4 У5 У6
Ъг А^ Ъг А^ Ъг А^ Ъг А^ Ъг АЬ Ъг АЪг
0 27.16 0.613 2.93 0.25 1.14 0.034 18.12 0.284 0.026 0.012 0.352 0.026
1 0.79 0.484 -0.105 0.101 -0.058 0.027 -0.168 0.224 -0.004 0.0035 0.016 0.015
2 -0.429 0.421 0.216 0.198 -0.047 0.027 -0.354 0.224 0.008 0.0075 -0.009 0.02
12 -0.175 0.685 -0.10 0.098 -0.005 0.038 0.175 0.317 0.0075 0.013 -0.008 0.029
11 -0.558 0.52 -0.052 0.212 -0.028 0.027 -0.268 0.241 0.0026 0.01 0.012 0.022
22 0.058 0.52 -0.064 0.212 0.0097 0.029 0.207 0.241 0.013 0.01 0.02 0.019
Для визначення адекватносп отриманих моделей застосовують критерш Фiшера. Для 95-вщсотково! довiрчо! ймовiрностi, числа ступенiв свободи бшьшо! дисперсп - 3 та меншо! - 4 критичне значення критерш Фшера становить ^ = 6,59 . Значення критерiю Фшера, що спостерiгаються при
до^дженш кожно! з побудованих моделей, наведено в табл. 4. Очевидно, що ва < ^ , тому немае
пiдстав заперечувати адекватнiсть побудованих моделей.
Значимють коефiцiентiв кожно! моделi оцiнимо за величиною !х похибок, значення яких наведено в табл. 4. Як вщомо, якщо абсолютна величина коефщента менша за величину його абсолютно! похибки, то такий коефщент визнаеться незначущим i може бути виключений з рiвняння залежносп.
Таблиця 4
Спостережнi значення критерiю Фiшера ^постер^ для залежностей у\- Уб
У1 У 2 У3 У 4 У5 Уб
6.333 0.810 6,480 0.657 1.142 0,876
Згiдно з експериментальними даними, остаточно отримуемо так1 аналiтичнi залежностi (2-7):
У1 = 27,16 - 0,79^ - 0,429- 0,558x2, (2)
У 2 = 2.93 - 0.105+ 0,216 - 0,1x^2, (3)
У3 = 1,14 - 0,058^ - 0,047x2 - 0,028x2, (4)
у4 = 18,12 - 0,354x4 - 0,265x2, (5)
У 5 = 0,026 - 0,004x3 + 0,0008x4 + 0,013x2, (6)
у6 = 0,352 + 0,016x + 0,02x2. (7)
В найменованих змшних залежностi (2-7) набувають вигляду (8-13). Графiчне зображення цих залежностей подано на рис. 1-6.
у = -96.491 + 0,3372п - 0,858^ - 0,000223^, (8)
у =-8.808 + 0,0139п + 3.312^ -0,004^, (9)
у — 0.5592 -0.00116п + 0,802/, - 0,112/,2, (10)
у —-21.584 + 0,147п2 - 0.708/2 + 0,000132^, (11)
у — 0.402 - 0,0001п2 - 0,144 + 0.052/22, (12)
у — 0,172 + 0,016п2 - 0,244 + 0,08/22. (13)
Слщ зазначити, що в усiх залежностях наявний лiнiйний вплив вхiдних параметрiв на вiдповiдний вихiдний параметр.
У1
Перше прочкування
Рис. 1. Залежнкть штапельноТ масодовжини лубу в1д вхвдних параметрiв при першому прочiсуваннi
У2
Перше проч1сування
Рис. 2. Залежнкть масовоТ частки кострицi та см^тевих домiшок у лубi вiд вхвдних параметрiв при першому прочiсуваннi
У3
Перше прочкування
Рис. 3. Залежнкть лшшноТ щiльностi лубу ввд вхiдних параметрiв при першому прочкуванш
У4
Друге прочкування
Рис. 4. Залежнкть штапельноТ масодовжини лубу ввд вхiдних параметрiв при другому прочкуванш
Y5
Друге прошсування
Рис. 5. Залежнкть масовоТ частки кострицi та см^тевих домiшок у лубi ввд вхiдних параметрiв при другому прочкуванш
Y6
Друге прочкування
Рис. 6. Залежнкть лшшноТ щiльностi лубу ввд вхiдних параметрiв при другому прочкуванш
У залежностях (9, 11-13) спостер^аються ефекти взаемодп впливу вхiдних параметрiв, що видно з наявностi в цих залежностях сумкних добутк1в змшних, як1 вiдповiдають вхiдним параметрам. У
бшьшоста pÎBHAHb наявна квадратична залежшсть вихвдного параметра вiд одного або обох вхщних, що дозволяе надалi будувати математичнi залежностi iншоï, набагато складшшо1 структури, яка б бшьшою мiрою вiдповiдала iснуючим закономiрностям переб^у технологiчного процесу та враховувала вплив шших вхiдних факторiв.
Аналiзуючи матрищ планування експерименту та отриманi аналггичш залежностi, були визначенi оптимальнi значення вхiдних параметрiв, при яких одержують луб льону олiйного з найкращими показниками.
Шд час першого прочiсування при частота обертання головного барабана 650 хв-1 та розведеннi 4,0 мм мiж ним i смiттевiдбiйним ножем отримують луб з найгiршими фiзико-механiчними характеристиками :
- штапельна масодовжина - 23,80 мм;
- масова частка кострищ та смитевих домшок - 3,15 %;
- лшшна щшьшсть - 1,00 текс.
Якщо ж частота обертання головного барабана зростае до 790 хв-1, а вшстань мiж вище зазначеними робочими органами машини ЧМД-5 дорiвнюе 4,0 мм, одержують луб з найкращими вихшними параметрами: y1= 26,50 мм, y2 = 2,70 % i y3 = 1,08 текс.
У результата другого прочiсування (рис. 4-6) луб з найпршими характеристиками - y4= 17,50 мм; y5= 0,06 %; уб= 0,40 текс - отримують при n2 = 600 хв-1 i l2 = 2,0 мм.
При частота обертання головного барабана 555 хв-1 та розведенш 1,5 мм мгж ним i смптевшбшним ножем одержують луб льону олшного з найкращими фiзико-механiчними показниками:
- штапельна масодовжина - 18,10 мм;
- масова частка кострищ та смитевих домшок - 0,01 %;
- лшшна щшьшсть - 0,35 текс.
Висновки
Таким чином, завдяки визначенню оптимальних параметрiв процесу чесання на машиш ЧМД-5 встановлено частоту обертання головного барабана та вшстань мiж ним i смiттевiдбiйним ножем, що дозволить одержувати волокно льону олшного, яке за сво!ми фiзико-механiчними властивостями найбшьш придатне для використання в техшчному текстилi для армування композицшних матерiалiв.
Завдяки застосуванню чесання досягнуто високу ступiнь очищення лубу вш кострицi, що е однiею iз основних стадiй пiдготовки луб'яних волокон для застосування !х як армуючих наповнювачiв в композицiйних матерiалах.
Додаткове очищення лубу вш смiттевих домшок i кострицi за допомогою технолопчного процесу подвiйного чесання на машинах ЧМД-5 сприяе зниженню вмiсту кострищ в лубi до 0,01 %, потоншення волокна до 0,35 текс i зменшення його штапельноï масодовжини до 18,10 мм.
Високий стушнь очищення лубу та його мехашчне розволокнення е первинною стадiею шдготовки лубу до використання його для виготовлення композицiйних матерiалiв
Список використано'1 лiтератури
1. Федосова Н.М. Исследование свойств льна-межеумка и обоснование метода прогнозирования его технологической ценности: дис. ... канд. техн. наук / Федосова Н.М. - Кострома, 2002.
2. Пашин Е.Л. Технологическое качество и переработка льна-межеумка: монография / Е.Л. Пашин, Н.М. Федосова. - Кострома, ВНИИЛК, 2003. - 85 с.
3. ^хосова Г.А. Розвиток наукових основ технологи первинно! переробки стебел льону олшного: дис. ... доктора техн. наук: 05.18.01 / ^хосова Ганна Анатолпвна. - Херсон, 2011. - 387 с.
4. ^хосова Г.А. Розробкатехнолопчногопроцесумехашчноюбробкитрестильонуолшного / Г.А. ^хосова, Т.М. Головенко, О.В. Князев // Вюник Хмельницького нац. ун-ту. Техшчш науки. -2011. -№> 2. - С. 111-116.
5. Головенко Т.М. Мехашчна технолопя поглиблено! переробки трести льону олшного / Т.М. Головенко, 1.О. Меняйло, Г.А. Бойко // Перспективи розвитку легко! промисловоста: всеукр. наук. конф. молодих вчених, асп. i студ., 26-28 жовтня 2011 р.: доп. - Луцьк, 2011. - С. 49-54.
6. Глушаков С.В. Математическое моделирование: [учебный курс] // С.В. Глушаков, И.А. Жакин, Т.С. Хачиров. - Харьков: Фолио, 2001. - 524 с.
7. Сенкевич А.Ю. Математическое моделирование автоматизированных систем контроля и управления: [метод.указание] / А.Ю. Сенкевич. - Тамбов: Изд-во Тамб. госуд. техн. ун-та, 2004.
- 44 с.
8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения: [учеб.пособие для студ. ВТУЗов] / Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. - М: Издат. центр «Академия», 2003. - 464 с.
