автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка экспрессных приборов и автоматизированной информационно-измерительной системы контроля качества хлопка-сырца

ТАШКЕНТСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени АБУ РАЙХАНА БЕРУ НИ

На правах рукописи

ВОЛОШИН Семен Исаакович

УДК 681.2:677.21.021.152

разработка экспрессных приборов и

автоматизированной информационно-измерительной системы контроля качества хлопка-сырца

Специальность 05.11.13— Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий,

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

ТАШКЕНТ - 1990

Работа выполнена в Ташкентском научно-производственном объединении «Сигнал».

Научный руководитель—заслуженный изобретатель УзССР, доктор технических наук, профессор ИСМАТУЛЛАЕВ П. Р.

Официальные оппоненты—доктор технических наук, профессор БАИДЮК П. В.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник МАТВЕЕВ В. И.

Ведущее предприятие — Центральное проектно-конструкторское технологическое бюро научного приборостроения АН УзССР.

Защита состоится « У » 1990 г. в "^^^асов

на заседании специализированного совета К 067.03.01 в Ташкентском политехническом институте имени Беруни по адресу: 700000, Ташкент, ГСП, Вузгородок, факультет АСУ с ВЦ, ТашПИ.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Ташкентского политехнического института по адресу: Ташкент, ул. Навои, 13.

Автореферат разослан « ^О » иЛС-ь 1990 г.

Ученый секретарь . . •

специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент Н. Н. ТУРАПИНА

<-'■п и

^ С/

, • ■ ЯТ'"'* 3 .Л». -1- '....... ь

| 0БЩАП ХАРАЮЕРИСВКА РАБОТЫ

чесе

"Актуальность теш. Повышение качества продуктов, получа-мх из хлопка-сырца возможно при правильной организации его занения и соблюдения оптимальных режимов технологии перэра->тки на всех этапах. Правильное складирование и выбор тех-логической переработки зависят от качэстшнннх показателей юпка-сырца, а именно, его влажности, засоренности, сортнос-I, селекционной разновидности. Эти параметры контролируются учитываются такке заготовительными организациями при взаи->расчетах с поставщиками.

Применяемое в настоящее время методы и приборы контроля гчественньгс показателей хлопка-сырца не отвечают требованиям сспрессности, хотя и обладают необходимой точностью измерении малых пробах. Переход к более перспективным, с точки зрения зхнологичности, эксгтрессности и возможности автоматизации змерений, инструментальным методам контроля сдерживается, в зновном, необоснованно высокими требованиями к точности, без лета представительности отбираемых проб. Применяемая методи-а оценки метрологических характеристик и эффективности нэ эзволяет' сделать правильный выбор методов измерения при раз-аботке экспрессных приборов контроля качества хлопка-сырца, .к. не учитывает один из основных источников погрешности-эгрешности'выборки, которая при измерениях .'параметров нэодно-одных материалов по малым отобранным пробам преоблоччет над семи другими составлявшими погрешности. Поэтому важное зна- 1 ение приобретают правильный выбор массы анализируемой пробы методика ее отбора и подготовки. ' '

Увеличение производства и ускорение темпов переработки лопка предъявляют, все более высокие требования как к техноло-ичрекому оборудованию, так и к приборам контроля качественных оказателей сырья, полуфабрикатов, и готовой продукции. Поэто-у разработка приборов контроля качества хлопка-сырца, осно-анных на современных методах измерения, является актуальной адачей.

Направление работы определено планами НИР в соответствии Постановлением СМ УзССР № 925, в котором поставлена задача

разработки оптимальных методов экспрессного и автомагического контроля качественных показателей хлопка-сырца и продуктов его переработки.

Цель работы заключается в разработке методики оценки эффективности методов и технических средств, учитывающей со-отноыения между массой анализируемой пробы и допустимой погрешностью применяемых методов измерения и создания на ее основе комплекса экспрессных приборов и автоматизированной информационно-измерительной системы контроля качества хлопка-сырца, обеспечивающей приемку сырья в темпе его поступления от хозяйств.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- определение критериев и разработка методики оценки эффективности методов и приборов контроля качественных показателей хлопка-сырца;

- анализ составляющих погрешности и определение границ допустимой погрешности средств измерения качественных характеристик хлопка-сырца;

- разработка методики и автоматизированных средств отбора анализируемых гф^ ,

- анализ и выбор базовых методов измерения влажности, засоренности хлопка-сырца, тонины и крепости волокна;

- исследование выбранных методов и разработка совместимых в систецу приборов контроля;

- аттестация и внедрение разработанных приборов на хлоп-копарерабатывашшх предприятиях;

- создание на базе разработанных приборов автоматизированной информационно-измерительной системы контроля качества хлопка-сырца.

Методика иссладований. В работе использовались теория электродинамики, аэродинамики, акустика, теория вероятностей, статистические методы регрессивного и дисперсионного анализе планирование эксперимента, технико-экономический анализ.

Научная новизна. Научная новизна результатов исследований заключается в том, что:

- проведен анализ распределения показателей качества

хлопка-сырпа в различных: макрообъемах;

- обоснованы методики пробоотбора хлопка-сырца из макрообъемов;

- проанализированы составляющие погрешности методов и приборов контроля влажности хлопка-сырца;

- выявлены закономерности взаимодействия воздушного потока с хлопком-сырцом и установлен характер влияния содержащихся в нем семян на перзпод воздушного давления;

- определено влияние конструкции ачунжера на взаимодействие акустических колебаний с хлопком-сырцом;

- обоснована методика ускоренного определения содержания сорных примесей в хлопке-сырце;

- обоснован и осуществлен комплексный подход к созданию системы приборов для контроля качества хлопка-сырца при приемке.

Практическая ценность и внедрение .результатов работы.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке серийно выпекаемых приборов:

• - сверхвисокочастотного влагомера (A.c. 877413) по •ТУ 25-1116.006-84;

- устройства для определения сорта хлопка (A.c. 1033592 и A.c. 676649) ТУ 25-1116.003-83;

- устройства для отбора проб волосистых материалов (A.c. 903737) ЗУ-25-1116.013-64;

- сушильного шкафа (A.c. 951037) ТУ '25-1116.35-80; '

- системы приемки к Контроля хлопца (A.ö. 974196.) ТУ 25-11 (ДЛ1.570.004)-82.

На основании данных приборов изменены ГОСТы на определа-' низ качественных характеристик хлопка. ' '.

Приборы отмечены медалями ВДНХ СССР и дипломами ВДНХ УэССР. Экономический эффект от внедрения приборов и систем в народное хозяйство составляет более трех даллионов рублей.

• Апробация работы. Основные положения и разделы диссертации докладывались на: Всесоюзном совещании по влагометрии

(г. Минек, 1978г.)'; Всесоюзном совещании хлопкосеятих респуб-infc (г. Андижан, 1978г.); 'Всесоюзном совещании по оценке качества хлопка (г. Каакха, 1978г.); научно-технических советах

НПО "Сигнал" (г. Ташкент, 1974-1982 гг.).

Публикации. По тема диссертации опубликовано 20 рао'от, в том числе 14 авторских свидетельств на изобретения.

содармшЕ РАБОТЫ

Проведенный ранее анализ существовавших стандартных методов определения влаяности, засоренности, сорта и тонины хлопка-сырца показал, что основным их недостатком является низкая экспрзссдасгь и невозможность автоматизации контроля паремзт-ров хлогтка-сырца при его приемка. Длительностью анализов была обусловлена методика определения качественных показателей по среднедневным образцам. При этом доказано, что погрешность определения качественных показателей складывается из погрешности стандартного метода и погрешности выборки, величина которой на была определена до настоящего времени. За погрешность измерений необоснованно принимали погрешность определения качественного показателя стандартным методом в малой пробе.

Проведанные экспериментальные исследования проб хлопка, случайно отобранных из кузовов транспорта, поступающих на заготпункта Ташкентской области, показали, что случайная погрешность определения характеристических параметров одного и того зкз какрообьема коррелирует с массой пробы. Получана зависимость среднего квадратичного отклонения измеряемого параметра от массы пробы и макрос бьет.

ё[х¿Н]-с^ ■/?■//\ZWefoM] . (1)

где Л7а - ыасса макрообъема

/17 - тсса пробы ^

Н - коэффициент, зависящий от отношения /7 - коэффициент, зависший от вида сбора Со - коэффициент, учитывающий среднюю степень зрелости коробочек хлопка.

Анализ результатов проведенных исследований показывает, что доля погрешности выборки (ДХ1) .в общей погрешности измерения качественных характеристик хлопка-сырца составляет

б

более 80 %.

Исходя из того, что существующая стандартная методика контроля качественных показателей хлопка-сырца удовлетворяет требованиям промышленности, определены границы допустимой погрешности экспрессных приборов при контроле различных мак-рообьемов, с учетом изложенного можно записать: _

v ^ П3 /2«

где Дет - абсолютная погрешность стандартного метода

А"г - погрешность неоднородности в транспортных: тележках одной партии

Л о - погрешность при составлении среднедневного образца

Ас - погрешность при сокращении образца при составлении: средней пробы 10-40 г

АпС7- приборная погрешность измерения средней пробы,

где ег/Авт),&{А V,б^А*«^) - дисперсии составляющих средней квадратичэской погрешности

^- число транспортных единиц в партии хлопка число проб - число повторнкх анализов малых проб.

Кроме .стандартного метода при приемке хлошш-енрца можно использовать еще три метода анализа: по 'каждой транспортной единице со всеми стандартными методами отбора и составления малой пробы; по среднему отбираемому образу с каждой транспортной единицы; без отбора проб непосредственно в куэо-.-ве транспортной единицы. . .

Данные методы характеризуются, соответственно, погреп-ностями

Оценим погрешности этих методов, допустив, что

При контроле каящой подвозимой транспортной единицы по малой пробе в отличие от стандартного метода отсутствует погрешность, связанная с неравномерностью распределения качест-

?

веиных характеристик в дневной партии хлопка-сырца. В атом случае суммарна,, абсолютная погрешность запишется следующим образом:____

Из (3), (4) и следует, что граница допускаемой погрешности приборов, реализующих ату методику, определяется уравнением:

/е-У/Гг) , &(д'«ет)

/2,-/2* (5)

При анализе по среднему образцу, отобранному из транспортной единицы в отличие от предыдущего метода отсутствует погрешность, обусловленная операцией сокращений образца при составлении малой проби. При атом___,

v '¿г ,

Из (3), (Д), ($) следует, что граница допускаемой погрешности приборов, реализующих рассматриваемую методику, определяется уравнением________:_,

/Г-Ч ^ЙхЩбЗИ , (7) ¿1«г-\у П/ + /г*

При анализе без отбора проб отсутствуют погрешности, сояэанныз с неравномерностью распределении качественных показателей мевду транспортншш единицами, отбором проб при составлении среднего образца и сокращением среднего образца при составлении ыалых проб.

Суммарная абсолютная погрешность этого метода

, (0) я*

Используя (3), {£) ¡1 (Б), запишем следующее выражение

пп границы допускаемой погрешности соответствующих приборов: -----,---------

1, ' Ъ /?* (9)

Поскольку Д/?з =¿¡3 совпадает с суммарной абсо-

этной погрешностью стандартного метода.

Экспериментально докапано, чти при условии сохранения ушарной погрешности опрзделодая влажности хлоша-сырпа на ровна, обзспечнваеиом ныне еушествутояпмн стандартными метода-и инструментальной приемки, допускаемая случайная саставляп-ап погрешности влагомера, осутествлпшего анализ каждой транс-ортной единицы по мплой пробе, в зависимости от вица сбора промышленного сорта хлопка-сырца составляет 0,4 - 0,7 % при налиэе по среднему образцу 0,9 - 2,8 % и при анализе, пропо-имом без отбора проб по всей массе хлопка-сырца непосредст-енно в транспортной единице 1,1 - 2,9

На основании полученных данных сделан вывод о допусти-ости расширения диапазона случайных погрешностей средств из-ерения го среднему образцу и без отбора проб.

Учитывая, что физические методы обладают высокой экспрес-ностью и позволяют контролировать параметры материалов в начительных объемах, в работе реализованы методы и созданы а их базе приборы, позволившие снизить погрешность при изме-ениях в основном по среднему образцу, отбираемому от транс-ортной единицы. Кроме того, показан путь повышения точности змерений за счет совершенствования приборов контроля качест- ' а, основанных на современных физических методах.

Вышеперечисленные выводы позволили подойти к решению робледа создания экспрессных средств измерения качественных араитеристик хлопка.

Устройство для отбора проб хлопка

Приведенные в предыдущем разделе количественные характе-истики допустимых погрешностей получены, ирходя из условия

минимизации погрешности выборки, что требует, во-первых, увеличения массы контролируемых проб, во-вторых, совершенствования методики и устройства их отбора. По существующей методике хлопок отбирается с верхней и боковых поверхностей (в зоне открывания бортов) транспортной тележки. Глубина сырья, с которой отбирается проба, не превышает 250 мм. Эта методика трудоемка и малоээфективна, т.к. не обеспечивает представительности пробы.

Для получения среднего образца, подвергаемого анализу, нами поставлена задача создания аффективного пробоотборника хлопка-сырца из транспортной тележки, параметры которого соответствуют особенностям хлопка-сырца и обеспечивают минимизацию погрешности выборки. Хлопок-сырец вследствие своих природных особенностей неоднороден по физико-механическим свойствам. Поэтому известные устройства для отбора проб сельскохозяйственного сырья не наши применения в хлопко перерабатывающей промышленности. Основная задача, которая решалась при создании пробоотборника, получение равномерного по вертикальному сечению тележки керна хлопка с глубины до 1500 мм.

Результаты исследований и макетирования позволили из четырех предварительно выбранных типов рабочих органов пробоотборника найти наиболее аффективный, использующий метод ввинчивания.

Было проведено математическое моделирование взаимодействия рабочего органа с хлопком при внедрении. Установлено, что момент сопротивления внедрению (Мс) описывается выражением

. ■ «о)

где /7? к /2 - найденные коэффициенты, учитывающие влажность и сорт хлопка

Z7 - плотность хлопка

jU - динамический коэффициент трения хлопка о стан /У - глубина внедрения

Р - параметр поперечного сечения рабочего органа ¿г - плечи сил

Fi - плошади винтовых поверхностей различных частей.

Ото уравнение било положено в основу расчета различных ■конструкций ынзковых рабочих органов.

Разработано несколько оригинальных конструкций пробоотборников (A.c. 6261380, 773473, 903737, 9I3I28). Эти устройства были изготоилены и испытаны в производственных условиях. Испытания покачали, что требованиям промышленности в наибольшей степени удовлетворяет рабочий орган по A.c. 773473, состоящий из штанги с конусным наконечником, фланца, жестко связанного с трубой, винтовых лент; подвижной имеющей тарельчатую форму и соединенной посредством пальцев со штангой и неподвижной и жестко соединенной с трубой, а также фиксатора, укрепленного на фланце и подпружиненного относительно послед-' него посредством плоской пружины. В трубе выполнены прорези для перемещения пальцев по штанге. Неподвижная винтовая лента в своей нижней части образует конус..

На базе этой конструкции создан и освоен в производства пробоотборник УОП-1,5, оснацэнкыП автоматическим цикловым устройством управления и работающей как от команды оператора, так и по команде управляющей ыадшны. Пробоотборник имеет следующие характеристики: масса отбираемой пробы - 1000+200 г; неоднородность (массовая) пробы по длин?, отбора - 10 %; глубина отбора - 1500 мм; время отбора - 2 мин.

Проведенный анализ работ в области влагометрии, в частности влагометрии хлопковых материалов, показал, что требованиям обеспечения контроля значительных объемов материала с заданной точностью в наибольшей степени отвечает сверхвысокочастотный метод. Характеристики..этого'метода были исследованы учеными 1дНЙИХпрома и ТаоПИ применительно к различным хлопковом материалам. Однако для обеспечения возможности создания серийных СВЧ влагомеров потребовалось проведение некоторых дополнительных исследований и-научно-технических разработок.

В результате яроведенных исследований доказано, что потери энергии в пробе хлопка могут быть определены формулой

Методы и приборы контроля.влажности

И

где круговая частота

/£*/ - нормированная напряженность поля ¿у' - обьем модельного образца

- коэффициент учитывающий температуру измеряемой

пробы.

В интервале массового отношения влаги 6-29 % были определены потеря энергии и найдена зависимость затухании электромагнитной волны от влаги. Эта зависимость описывается полиномом первой степени

где Л - величина затухания электромагнитной волны - массовое отношение влаги.

Наш реализована (А.с. 877413) схема влагомера, обеспечивающая измерение ослабления СЬЧ энергии в диапазоне 0 -- 45 дБ. Зга схема была положена в основу серийного влагомера ВХС-2. Методически обосновано и проведено исследование метрологических характеристик СБЧ влагомера БХО-2 для инстр-ментальной приемки хлопка-сырца, который был принят Госстандартом СССР в качестве рабочего средства измерения.

Функциональная схема влагомера ВХС-2 приведена на рис. I. Влагомер содержит ОВЧ генератор I, рааветьитель мощности 2, передающую 3 и приемную 4 антенны с образцом исследуемого материала между ними, детекторы 5, 7, управляемый аттенюатор 6, блок сравнения 8, ГЛИН 9, генератор тактовых импульсов ГО, генератор счетных импульсов II, блок управления 12 и индикатор 13.

Влагомер основан на измерении ослабления СБЧ энергии'ь материале. Измерение ослабления производится компенсационным методом.СВЧ-сигнали измерительного и опорного каналов детектируются. Разностный сигнал с блока сравнения 8 через блок управления 12 и ГЛИН 9 регулирует ослабление, вносимое аттенюатором 6. ГТИ 10 и ГСИ II через блок управления 12 формируют информационный сигнал в цифровой форме в процентах влажности, который индицируется индикатором 13.

Основные метрологические характеристики этого влагомера:

Puc-Î

/- генератор; 2-раз iemâu/пем мощности; 3-передающая система; ¿-приемная аятеяа; 5,1-детекторы-, 6-аттенюатор;3-5лок сра$нения; 9-гензратор лшейно-изменяющегося напряжения: /О-генератор тахтооь/х импулбсаё; //- еенератар счетных импульсов; /2-'&7ох управления/ /3- аисакатсо.

масса анализируемой пробы 800+8 г; погрешность измерения - 10 % отп.; диапазон измерения 6-30 время измерения с подготовкой пробы - I мин.

Дли обеспечения возможности серийного внедрения СВЧ влагомера в промышленность потребовалось создание средств их мэтро~ логического обеспечения. П.Р.Исматуллаееым предложена поверочная схема СВЧ влагомеров для хлопковых материалов, в которой в качестве образцового средства измерения выбрана группа разработанных нами сушильных установок типа Уэ-8.

Для создания отой установки были исследованы характеристики термогравиметричеекого метода применительно к хлопковым материалам и выявлены основные источники погрешности измерения влажности. В частности, получено, что абсолютная погрешность установки и подцерканпя температуры в точка - не более ± 0Д°С, температурное поле в разных точках объема сушильной камеры не должно отличаться больше, чаи на +1°С. Для реализации полученных научных выводов бил разработан сушильный шкаф, являющийся элементом образцовой установки Уэ-8. В этом шкафу воздушный поток с помощью вентилятора попадает в корпус, где он нагревается, и, проходя через завихритель несколькими струями по спирали направляется в рабочую камеру. При контакте с газораспределителем теплоноситель отдает ему часть тепла и попадает в.кольцевой канал, через который равномерно распределяется в рабочей зоне сушки. При этом скорость падает, что способствует понижению амплитуд температурных колебаний. По результатам государственных испытаний образцовая установка Уз-8 внесена в Государственный реестр средств измерений и серийно выпускается НПО "Сигнал".

Метод и приборы для определения сорта хлопка-сырца

Одной из важнейших характеристик хлопка-сырца является сортность, которая задается разрывной нагрузкой волокон. По ГОСТ 10202-71 и ГОСТ 16298-81 производится подразделение хлопка-сырца на 4 сорта. Для определения сорта хлопка-сырца до. настоящего времени применялся прибор ЛПС-4. Недостатком этого

И

прибора является большая длительность анализа, обусловленная необходимостью джиннрования хлопка в нормальных климатических условиях в течение нескольких часов.

Анализ существующих зарубешых приборов, основанных на методе воздухопроницаемости, выявил следующие их недостатки:

- длительность проведения измерений (Микронейр, США -1,5 час) за счет необходимости при производстве предварительного просушивания пробы, отделения сора и датирования;

- малая непредставительная проба (масса 3-8 граммов);

- высокая инструментальная погрешность (2,5 - 5 %)\

- высокая методическая погрешность, связанная с тем, что в процессе дампирования, вследствие сильного механического воздействия изменяются свойства волокна.

В связи с изложенным, нами проведены исследования по разработке экспрессного прибора определения сорта хлопка-сырца, основанного на методе воздухопроницаемости, использующем зависимость перепада давления воздуха ( Ар ) на приборе хлопка-сыриа от линейной плотности волокон, функционально связанной с их разрывной негрузкой

В ходе исследований, установлены зависимости влияния изменения влажности воздушного потока ( А ), продуваемого через пробу и влажности пробы А М/А" , на результаты измерения. Найдены значения коэффициентов /{и//? и У/IVX для различных -промышленных сортов и селекции хлопка.

Получена аналитическая зависимость перепада давления от разрывной нагрузки для предложенного способа измерения

Ап - куп А У/Х , ' т

. ' (13)

где (5°- пористость пробы,

С - поправочный коэффициент,

¿/и - динамическая вязкость воздуха, /2 - пзрямзтр волокон, ¿7 - плотность волокон,

- постоянный коэффициент для ценной селекции хлопка-

сырца,

Ах - толщина пробы,

- разрывная нагрузка волокна.

Для повышения точности и экспрессное™, а также автоматизации процесса измерения разработан прибор АСХ-1 реализующий этот метод. Он снабжен дросселем, соединенным через адсорбер с вентилятором, что позволяет устранить влияние влажности продуваемого через пробу воздуха на погрешность измерения. При згом погрешность измерения тонины волокна уменьшается на 10 % по сравнению с погрешностью прибора ЛПС-4. Функциональная схема прибора приведена на рис. 2.

Прибор содержит рабочую камеру I, механизм уплотнения 2, вентилятор 3, воздуховод 4, дроссель 5, напоромер б, демпфер 7, дифманоматр 8, регулятор 9, решающий блок 10, блок памяти данных II, блок памяти значений влажности 12, блок управления 13, блок индикации 14.

Проведенными исследованиями и испытаниями была установлена и подтверждена возможность определения тонины волокна предложенным методом. Это подтверждается ¿равнением показаний приборов ЛПС-4 (по волокну) и АСХ-1 (по хлопку). Выявлено, что показания этих пртборов коррелированы и связаны уравнением

Я? ~ /77 Р/п +П , (14)

где /71 \\ 72 ~ коэффициенты,учитывающие наличие семян в пробе хлопка

Риг и Р*г - показания приборов ЛПС-4 и АСХ-1 в ш вод. столба.

Коэффициенты и П уравнения (15) были определены экспериментально для хлопка различных селекционных разновидностей, Б частности, для селекционной разновидности "Ташкент-б" они составили т = 0,419 П = 0,72...

Прибор АСХ-1 отличается от аналогов следующими параметрами:

- масса пробы увеличена до 150 + I г, что позволяет анализировать практически 30 % вместо 1,5 % массы среднего образца, а следовательно значительно снизить погрешность вы-

Рис-2

*-эа&очая конер а ;2~ мехзниз м умотнения;$-£ентилятор; Ц-§оздухо§од; 5- Эрсссель; 5~напоромер; 7-демпфер; 3-дирманометр; о-регулятор; Ю-'рет.ающий алок;/Л§мо.~ памяти данных; *'2~ $лок памяти значений Влажности; /3-§яок цпоабРения: /Ч-Зяок инаикааии-

борки; погрешность измерения напора воздуха + 5 % отн.;

- при анализа нет необходимости производить джинирование;

- прибор полностью автоматизирован, кроме того, в нем предусмотрен ввод поправки на влажность проба;

- время проведения анализа с учетом пробоподготовки (очистки, подсушки) составляет не более 10 минут.

Как было приведено вше, погрешность измерения сорта может быть уменьшена, если будут отсутствовать погрешности, связанные с отбором и сокращением образца. Исходя из этой концепции, автором была предложена схема измерения и устройство по A.c. 79B20I, предусматривающие расширение технологических возможностей метода воздухопроницаемости. Схема устройства приведена на рис. 3.

С целью автоматизации процесса измерения, устройство содержит блок управления и индикации, а аппаратура для измерения аэродинамического сопротивления хлопка-сырца, включена в его электрическую цепь. Создание этого устройства открывает новый этап создания приборов и устройств для измерения качественных характеристик хлопка-сырца без отбора проб. Это позволит значительно снизить методическую погрешность, повысить достоверность анализа за счет того, что анализу подвергается цроба го "всему разрезу (высоте) насыпки сырья, а также в связи со значительным увеличением массы пробы, подвергаемой анализу.

Акустический метод оценки сорта

В основу метода положено, что давление звуковой волны, прошедшей через пробу хлопка, имеет вид:

/?=/?ое , . (15)

где - давление звуковых колебаний перед пробой хлопка

£ - толяина пробы

- коэффициент затухания звуковых колебаний.

В результате проведенных исследований была получена следующая зависимость

i- s?

i t i »

ü4 »?

<;> ч!

^ §

§

ï * ^ 5 R ^ íj

s Г5 §

í Ç tf vi-

§ ^ Ъ

^ S ^ § 3 ^

§ g I *

fe У

5 ^

s ^

^ ? o " *

¿r^4 s ?

pv чЧ

, I

£

& iä -X

§ iS ¿h ?

I ^ ^

Q ¡S fc ^

S §

s.

Q ^ ^ ^ §

р-ам-?)

(16)

где ¿з ~ коэффициент» зависящий от селекционной разновидности хлопка

- зависимость между линейной плотностью и разрывной нагрузкой волокон

Т - линейная плотность волокон - постоянный коэффициент

(16) устанавливает связь меаду величиной давления звуковых колебаний, прошедших через пробу хлопка, и его разрывной нагрузкой.

В акустическом прибора с помощью приемников звуковых колебаний величины давлений звуковых колебаний Р и преобрй' зуют в измеряемые электрические сигналы ¿/ и Учитывая, что

г/^-р и г/о , (I?)

где ^ и /¿о - коэффициенты пропорциональности, подставив

(17) в (16) и с учетом преобразований, получим

9 (18)

Данная формула использована в качестве алгоритма акустического прибора АЛС.

Прибор имеет следующие метрологические характеристики:

- масса пробы - 160 + I г

- погрешность измерения разрывной нагрузки - +0,01 г

- время проведения анализа - 90 с.

Государственной комиссией в 1909 году прибор рекомендован для серийного производства. На прибор получено Л.с. 93313!

Устройство для определения засоренности хлопка-сырца

Для сокращения времени и повышения точности анализа на

засоренность било предложено изменить методику определения содержания с. ¡рннх примесей, а также усовершенствовать лабораторное устройство, используемое для анализа.

Первая задача была реализована на основе формулы

^г1- /ш/ ♦ (19)

где & - процентное содержание чистого сырья в пробе хлопка

^г - масса очищенного от сорных примесей хлопка-сырца Я? - масса срецнего образца ^г - коэффициент выхода очищенной пробы. Засоренность определяется в соответствии с ГОСТ 9679.2-71 по формуле

^ ^^^ Ш/. ■

/У7с

(20)

где - масса серных примесей

/7?& - масса среднего образца /¿сю- коэффициент потерь сора при очистке. При использования данной методики из-за потерь сора в устройстве для очистки и при сборе из лотков появляется дополнительная погрешность определения-засоренности.

Из формулы (21) еле,дует, что потеря I % сорных примесей приведет к погреганости определения засоренности на I Погрешность определения засоренности по предложенной методике -составляет 0,1 %. Кроме того, в 3 раза сокращается время анализа, за сче" включения операции взвешивания частей сора. Предложенная методика позволила применить для анализа весы с цифровым выходом, имеющие погрешность +0,1 г.

В 1979 году в НПО "Сигнал" были проведены исследования, позволившие создать лабораторное устройство для очистки проб хлопка-сырца от сорных примесей ЛКМ-2, которое прошло межведомственные испытания. Устройство (A.c. 747913) отличается автоматизацией процесса самоочистки, а также тем, что усовершенствована конструкция колкового барабана.

Рис. ^ i-лот on ) 2-крышка; 3-питающий валак; ч-оградительный ш,иток; S,S- ткоёь/е 5ара#рны; 1-сетка ; 8-пшьчатыа iïdpa-üüfij 9-щ<?тка; Ю-колосниковая решетка ; if- съемный Jopada//; té-fícm-

ргШЯющий козырек; (3-заслонка ; Щ-мапан ; 15-смкость; 16-лотщ ;'/ - регенераа, аонный пильчатый dap a fiaн ; iô,fS- ipermru; 20- шосна поём рештксг.

С целью сокращения времени очистки предложена схема устройства (A.c. 931824), отличающаяся тем, что в ней совмещены процессы отделения крупного и мелкого сора, а также повышен очистительный эффект.

Указанная цель достигнута тем, что мэжцу крышкой бункера и протирочной щеткой пильчатой секции размещен щиток, а ось первого по ходу материала барабана колковой секции расположена в вертикальной плоскости через ось съемного барабана пильчатой секнии, при этом барабаны установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях.

Схема реализации устройства приведена на рис. 4.

Автоматизированная система приемки к пка

На базе разработанных и серийно выпускаемых приборов ACX-I, ВХС-2, УОП-1,5, ЛКМ-2 впервые в стране и в мире была разработана информационно-измерительная система приемки хлопка-сырца - АСПХ.

Система успешно прошла в I960 году государственные испытания и была поставлена на производство.

Для повышения точности контроля качества хлопка система по A.c. 974196 в отличие от зарубежных-аналогов имеет подсистецу случайного выбора координат места отбора пробы, включающую последовательно соединенные блок генерации случайных величин и координатно-задающий блок, входы которых соединены с управляющим вычислительным блоком, а выход коорди-натно-задающего блока с входом координатно-исполнительного механизма пробоотборника УОП-1,5. Кроме подсистемы отбора в систему входят подсистемы взвешивания, транспортировки пробы и контроля технологических свойств хлопка-сырца, состоящие, в свою очередь, из каналов:

- определения сорта (на базе прибора ACX-I)

- засоренности (на базе устройства JIKM-I)

- влажности (на базе прибора ВХС-2) интерфейсных устройств, обеспечивающих автоматический ввод поправок от подсистемы влажности в подсистему сорта, а также управляющего внчислительного комплекса.

Рас. 5 /- подсистема взвещцёаниЯ; 2 - подсистема ощчайявга &х&>ра места отбора 3-подсистема провоотбора; Ч- подсистема транспортировки грс$ы-} 5-подсистема определения качественных характеристик мопш-, б-игришющий ксмтепс ; 7- пупьт управления) 8,9-бееаиъмери-шельние устройства у /в-устройство генерации случайных ватин; {{-шр-йиншно -задающее устройство; 12- коердинагпяо- исполнительный лг-ханшм- 1Ь рабочий орган.

Схема реализации приведена на рис. 5 Система типа АСПХ эксплуатируется на ряде хлопкоперерабатыва-ющих предприятий страды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Проведен анализ требований к приемке хлопка-сырца на заготпунктах, методов и приборов, применяющихся для приемки, и современных методов и приборов контроля физических параметров материалов.

Результаты итого анализа позволили осуществить комплексный подход к созданию систем! приборов для определения качественных параметров хлопка-сырца, обосновать и разработать методики измерений кавдого из показателей качества. Дня обеспечения возможности применения современных методов при приемке хлопка-сырца требовалось проведение исследований его физических свойств и влияния на них различных факторов, а также создания новых приборов контроля с учетом выявленных особенностей этого сложного многокомпонентного материала. Дополнительные исследования потребовались для объединения этих приборов в единую систему инструментальной приемки хлопка-зырца.

Результаты исследований позволили сделать следующие научные выводы:

1. Установлены характеристики распределения показателей качества хлопка-сырца в различных микрообьеыах, подлежащих гангролю в транспортной тележке, в массе хлопка, сданного за • ;ень, в малых пробах.

2. Обоснованы и установлены критерии, на основании которых определены границы допускаемых погрешностей для приборов гонтролн качественных показателей хлопка-сырца в различных мкрообьемах.

3. Разработана методика и реализующее ее устройство для ]робоотборника хлопка-сырца из транспортной тележки.

4. Определены основные характеристики и выявлены возмож-гости снижения инструментальной по грешно ¡пи влагомера для

определения влажности хлопка-сырца. Разработана схема влагомера с улучшенными метрологическими характеристиками.

5. Выявлены и практически реализованы требования к основным характеристикам образцового средства измерения влажности хлопка-сырца.

6. Разработана модификация метода воздухопроницаемости для определения тонины волокна. Показано, что при определении тонины волокна по перепаду давления предложенным устройством, удается существенно увеличить массу анализируемой пробы, точность, снизить время измерений и установить операцию джини-рования, что достигается учетом в градуировочной зависимости сопротивления потоку воздуха, оказываемого семенами хлопчатника. Определены поправки градуировочной зависимости для различных разновидностей хлопка.

7. Разработана модификация акустического метода и показана возможность ее применения для определения сорта (тонины волокна). На базе этой модификации реализован прибор, отличающийся от известных бесшумностью и вдвое меньшей металлоемкостью. Показано также, что применение в нем предложенного нами плунжера с полым перфорированным рабочим торцом, обеспечивает меньшую величину акустического давления в его нижней чаоти для материала с низкими значениями разрывной нагрузки и больную - для материала с высокими значениями разрывной нагрузки. При этом расширяется динамический диапазон и чувствительность прибора.

8. С целью повышения точности контроля качества хлопка предложено устройство с пбдеистемой случайного выбора координат места отбора пробы из микрообьема хлопка-сырца.

На основании полученных в работе научных выводов созданы приборы контроля качества хлопка-сырца, серийно выпускаемые промышленностью и внедренные на хлопкоперерабатывающих предприятиях страны. Приборы объединены в автоматизированную систему приемки хлопка-сырца АСПХ, которая прошла государственные испытания и внедрена в производство. Реальный экономический эффект от внедрения рассмотренных в работе приборов и автоматизированной системы АСПХ составил"более 3 млн. рублей в год.

9. Для широкого внедрения разработанных приборов и систем в промышленность потребуется подготовка инженерных кадров, способных решать задачи по их обслуживанию на месте эксплуатации, а также создание сервисной слумбы со стороны предприятий, организующих выпуск приборной техники.

Публикации по работе

1. A.c. 974196 (СССР). Система приемки и контроля хлопка-сырца. Волошин С.И., Баыиров P.A., Миллер P.A., Довблш Л.Г., опубл. 1982, Б.И. Ii 42.

2. A.c. 931824 (СССР). Устройство очистки хлспка-шрца для определения его засоренности. Волошин С.И., Буцин Е'.Ф., Бород,ш П.Н., Залеев Т.И., Огуз -О.С., Ахмедов A.A., опубл. 1982, Б.И. У? 20.

3. A.c. 747913 (СССР). Барабан для рыхления волокнистого материала. Волошин С.Я., Огуз Я.С., Юруткин В.Б., Крыгина H.A., опубл. 1980, Б.И. ]f> 26.

4. A.c. 951037. (СССР). Сушильный шкаф. Волошин С.П., Ба-широв P.A., Ляпин Й.В., Крученецкий Е.Л., Ли В.Н., Репрун В.А., опубл. 1982, Б.И. № 30.

5. A.c. 95II30 (СССР). Сверхвысокочастотный влагомер. Волошин С.И., Баширов P.A., Ляпин Н.В., Пймощников B.C., опубл. 1982,Б.И. № 30.

6. A.c. 938132 (СССР). Устройство для испытания золотистых материалов. Волошин С.И., Архипов М.Ф., Ахмедов A.A., Баширов P.A., Резник А.Ы., опубл. 1982, Б.И. № 23.

7. A.c. 798201 (СССР). Устройство для определения сорта хлопка-сырца. Волошин С.И., Репрун В.А., Городецкий В.В., оцубл. 1981, Б.И. Р 3.

8. A.c. 1033592 (СССР). Устройство для определения, сорта хлопка. Волошин С.И., Массино' О.В., Султанов А.И., Баширов P.A., оцубл. 1983, Б.И. № 29.

9. A.c. /376649 (СССР). Устройство для определения сорта хлопка-сырца. Волошин С.И., Городецкий В.В., Репрун В.А., Султанов А.И., опубл. 1979, Б.И. №28.

10. A.c. 877413 (СССР). Сверхвысокочастотный влагомер. Волошин С.И., Помощников B.C., Кузьмин Г.В., %хаметдинов

Р.И., опубл. 1961, Б.И. 40.

П. A.c. 903737 (СССР). Устройство для отбора проб преимущественно волокнистых материалов. Волошин С.И., Репрун В.А., Бурнашев P.P., Кручеиецкий E.JI., опубл. 1982, Б.И. № 5.

12. A.c. 9I3I28 (СССР). Устройство для отбора проб волокнистых материалов. Волошин С.И., Баширов P.A., Валеев Т.Н., опубл. 1962, В.И. № 10.

13. A.c. 626380 (СССР). Устройство для отбора проб волокнистых материалов. Волопчн С.И., Еыкрв В.В,, Городецкий В.В., Крученецкий Ё.Л., опубл. 1978, Б.k. J? 36.

14. A.c. 773473 (СССР). Устройство для отбора проб волокнистых материатов. Волошин СЛ., Репрун В.А., опубл. 1990, Б.И. № 39.

15. Соколов И.Т., Волошин С.И. Границы погрешности и современные тенденции развития экспрессных влагомеров хлопка. Сборник научных трудов ТашПИ, Ташкент 1935, С. 36-43.

16. Волошин С.И., БапшрЭв Р. Л., ¡дилер P.A. Допускаемые границы погрешностей приборов для окспрессного определения влажности хлопка-сырца. Измерительная техника. IS80. № 9, С. 70-72.

17. Волошин С.И., Баширов P.A., Хмельницкий Г.М. Не на глазок, а с помошыо приборов. Экономика и жизнь. Ташкент 1976, № 7. С. 70-71.

18. Волошин С.И., Баширов P.A., Миллер P.A. О допустимых границах погрешности и перспективах развития приборов, предназначенных для экспрессного определения влажности хлопка-сырца. Тезисы докладов НТО-им. Вавилова, Москва 1970, С. 175-176.

19. Волошин С.И. Приборы для определения сорта хлопка-сырца. Сборник научных трудов ТашПИ, Тшлкент 1937. С. 86-90.

20. Волошин С.И., Резник A.M., Исматуллаэв П.Р.,'Определение сорта хлопка-сырца методом воздухопроницаемости. Сборник научных трудов ТашПИ, Ташкент, 1988, С, 93-96.