автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Малоотходная технология формирования ткацкого навоя на основе получения идентичных сновальных паковок

140 о л

На правах рукописи

КУТЬИН Алексей Юрьевич

УДК 677.023.731.74. СЮ 1.5?

МАЛООТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КЭШИРОВАНИЯ ТКАЦКОГО НАВОЯ НА ОСНОВЕ ПОЛУЧЕНИЯ ИДЕНТИЧНЫХ СНОВАЛЬНЫХ ПАКШОК

Специальность 05.19.03 -Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1997

Работа выполнена в Ивановском научно-исследовательском институте хлопчатобумажной промыпшенностй (ИвНИТИ) и в Ивановской государственной текстильной академии (ИГТА).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Маховер В.Л. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Глазунов В.Ф., кандидат технических наук Корягин Е.П.

Ведущее предприятие-Акционерное общество "Фурмановская фабрика N2" (Ивановская обл.)

Защита состоится "М-" г. в часов на

заседании диссертационного совета К.063.33.01 в Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТА. Автореферат разослан "_"____ 1997 г.

I

Учений секретарь диссертационного совета даме И-Кулида

(1(1

- изъять на сновальных машинах, пак средство измерения длины снования, мерильный вал и исключить затраты на лабораторный контроль плотности намотки, так как эти технологические параметры рассчитываются компьютером, включенным в систему управления процессом снования, оснащенную соответствующими датчиками.

Разработанные математические модели и экспериментально-аналитический метод расчета параметров структуры намотки цилиндрических паковок открывают перспектив1' даль-ейшего развития теории напряженного состояния намотки. Они могут быть использованы также при создании косвенных методов определения деформационных характеристик намотки внутри сформированной паковки.

Реализация результатов , работ. По результатам проведенных ь диссертации исследований разработан и изготовлен блок модернизации существующей сновальной машины СП-140 (180), усовершенствовано устройство управления укатывающим . валом опытного образца новой сновальной машины СП-140-4ЛУ, оснащенной микропроцессором, а также созданы элементы модернизации шлихтовальной стойки.

Для формирования иденти .¿их сновальных валов с участием автора проведено оснащение сновальных машин узлами модернизации на ряде текстильных предприятий Ивановской области, в числе которых: АО "Лёхневская мануфактура", "Фурмановская фабрика N2", "Солидарность" и другие. Проверена эффективность модернизации при переработке хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 18,5; 29 и 50 текс. В диссертации приведены соответствующие акты приемки-сдачи работ.

На фабриках "Солидарность" и "Фурмановская N2" проведена производственная проверка процесса разматывания идентичных сновальных паковок на модернизированных стойках шлихтовальных машин, обеспечивающих жесткую кинематическую связь между валами. Результаты экспериментов подтверждают высокую эффективность новой малоотходной технологии формирования ткацких навоев. Так, в приготовительном отделе фурмановсной фабрики N2, где лрошо ее внедрение, зафиксировано снижение на 89Х количества отходов мягкой пряжи, остающейся на сновальных валах в процессе их доработки, по сравнению с сущестр- ющей технологией формирования ткацкого навоя. Экономический эффект от внедрения новой технологии на (Хурмановской фабрике N2 составляет 61,834 млн. рублей в год.

Апробация работ. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку:

- иа Российской республиканской научной конференции "Теория и практика бесчелночного ткачества" в Мог овской государственной текстильной академии им. А.Н.Косыгина (1992 г.);

- на Международной научно-технической конференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" в Ивановском ^кстильном институте им. М.В.Фрунзе (1993 г.);

- на Международной научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности" в Ивановской государственной текстильной академии им. М.В.Фрунзе (19S4 г.);

- на Международной научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности" в Ивановской государственной текстильной академии им. М.В.Фрунзе (1995 г.);

- на Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии текстильной промышленности" в Московской государственной текстильной академии им. А.Н.Косыгина (196: г.);

- на расширенном заседании кафедры ткачества Ивановской государственной текстильной академии (1996. 1997 г.г.);

- на заседании ученого совета ИвНИТИ (1997 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных

работ, получен патент Российской Федерации.

Объем работ. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 разделов и общих выводов по работе. Список литературы содержит 136 наименований. Работа иллюстрирована 31 рисунком, включает 12 таблиц и 5 приложений. Общий объем работы, включая рисунки, таблицы, список литературы и приложения составляет 226 страниц.

Основные положения, вшосише на ващиту.

1. Экспериментально-аналитические методы полу ния и математического описания намотки партионных сновальных паковок в виде плоских динамических и статических спиралей, описывающих в зависимости от угла поворота паковки радиальное положение витков нитей в моменты укладки их на открытую поверхность наматывания, а также положение витков внутри сформированной паковки.

2. Методика расчета по динамической спирали величины смещения витков к центру паковки, толщины элементарного сдоя нитей, объемной плотности намотки и длины нитей в сформированной паковке с

учетом ее напряженного состояния.

3. Научное обоснование способа ЛвНИТИ по формированию идентичных сновальных паковок с использованием в процессе наматывания принудительного отвода укатывающего вала от намотки. Алгоритм управления процессом наматывания идентичных сновальных паковок в соответствии с технологическим заданием.

4. Новый способ и устройство патент № N 2061 ВО?) для малоотходного сматывания витей с партии идентичных сновальных валов на стойке шлихтовальной машины. Алгоритм управления процессом сматывания и условия, необходимые для реализации данного способа.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследования и метены их решения. Покаааны элементы новизны, практическая значимость работы и реаливация полученных результатов в промышленности.

В первом разделе проводится аналитический обзор теоретических, экспериментальных исследований и конструкторских разработок, посвященных проблеме совершенствования процессов формирования партионных сновальных паковок и сматывания нитей с них на стойках шлихтовальных машин.

В процессе сматывания нитей с валов необходимо выполнить два основных технологических требования: выравнять и стабилизировать натяжение нитей, что является непременным условием повышения качества ошлихтованных основ, и ликвидировать отходы мягкой пряжи при доработке шлихтовальной партии. Однако, как отмечают многие исследователи, при существующей технологии выполнить оба укачанных технологических требования практически невоэможно. Это обменяется тем, что даже при одинаковой длине и равномерном натяжении нитей, наматываемых на сновальные валы, текущие радиусы намотки валов, соответствующие одному и тому де числу оборотов при сновании, могут существенно различаться между собой вследствие неуправляемого процесса уплотнения намотки, неравномерности нитей по толщине и других причин.

Чтобы решить двуединую задачу нормализации процесса сматывания нитей на стойках шлихтовальных машин, необходимо иметь идентичные сновальные паковки, то есть, валы, имеющие при любом текущем

числе оборотов равные радиусы намотки и одинаковую длину намотанных нитей, а следовательно, и одинаковую напряженную структуру намотки. 0 необходимости идентификации сновальных паковок высказываются многие специалисты, но существующий способ партионного снования не позволяет получить в достаточной мере одинаковые паковки и поэтому нуждается в совершенствовании.

Результат процесса сматывания нитей с партии сновальных валов при формировании ткацкого навоя существенно зависит от режима торможения валов и других факторов на стоите шихтовальной машины. Поэтому наличие идентичных сновальных паковок не является достаточным условием организации малоотходного процесса сматывания нитей с равномерным натяжением. Анализ различных работ, в том числе и отечественных ученых (В.Л. Гордеева, Е.Д. Ефремова, В.Л. Маловера, В.П. Зайцева и др.; показывает, что максимального технологического эффекта можно достичь при комплексном решении обозначенной проблемы, охватывающей как процесс снования, так и шлихтования.

Ив проведенного аналитического обзора сформулированы задачи исследования, конкретизирована основная цель диссертационной работы.

Второй раздел посвящен разработке математической модели процесса наматывания нитей на сновальный вал.

Известно, что вследствие действия многих случайных факторов сновальные валы при существующем способе снования получаются не идентичными. Они характеризуются значительным разбросом длины и массы намотанных нитей, .текущих и конечных радиусов намотки и ее объемной плотности.

С применением устройства ИвНИТИ для контроля длины и плотности намотки (УКДП-П, установленного на сновальной машине, проводились измерения параметров намотки при формировании сновальных валов для выработки разных артикулов тканей. В эксперименте использовали хлопчатоСумачную пралу с линейной плотностью 25; 29 и 35,7 текс. Анализ результатов.экспериментальных исследований показывает, например, что при одинаковой длине снования пряжи 35,7 текс, определенной по счетчику машины .( Ьс - 11000 м), даже при специальном отборе валов с Слизкими к технологическому заданию параметрами абсолютная разность в числе оборотов паковки составила дЫк - 72, по конечному радиусу намотки др* - 3,4 ми, по длине намотанных нитей » 94,5 м и по объемной плотности

д»к - 0,01 г/смэ.

Для математического описания экспериментальных зависимостей текущего радиуса р намотки от угла 0 поворота еноьального ваз впервые предложены плоские спирали вида:

R(0) - p(Q) - ро - aiB + Щв) , м . (.1)

где ро - радиус ствола сновального вала, м; aj - параметр, зависящий от условий наматывания, характеристик пряжи и намотки, м/рад. В отличие от других аналогичных зависимостей выражение (1) содержит не только линейную часть приращения радиуса намотки, но и нелинейную функцию U(8) , учитывавшую вяако-vnpyrne свойства тела намотки, физико-механические свойства нитей и другие параметры процесса наматывания, причем 1)(0) > О , так как р(СО - р0-

С применением нелинейного метода наименьших квадратов и метода Ньютона решения систем нелинейных алгебраических уравнений для конкретного вида функции

U(6) - а2б2-ехр(-аэ0) , и (2)

получены математические модели (1), адекватно описывающие экспериментальные данные процесса формирования сновальных валов. Разрабо--тан алгоритм и программа расчета на ЭВМ коэффициентов ai, а£ и аз. При этом величина среднекпадратического отклонения экгперимеит.шь-iiijx значений Rj от расчетных R(9j) составила 7,8-10~4 м, айоолыт-ное наибольшее отклонение 1.4-1СГ3 м при максимальной относительной погрешности 67..

С использованием выражения (1) длина наматываемых лигой определяется путем спрямления спирали:

aiö2 г0

Ц8) - рс.0 + — + U(,0)d9 , и , (3)

2 J О

а средняя объемная плотность намотки - по известной формуле:

т(9) - МТЦв)-1СГ9/<яНГр2(6) - роЯ]) , г/см3 , 14)

хде Н - рассадка фланцев сновального вала, м; М - число нам,атывао-мых нитей; 'Т - линейная плотность пряжи, текс.

Установлено, что при формировании различных снов£аьних ьалюв

по обычной технологии вид зависимостей (1) и (2) не изменяется -меняются лишь величины коэффициентов а1, аг и аз. Очевидно, если стабилизировать значения этих коэффициентов при формировании всех валов шлихтовальной партии, то, согласно (1) - (4), их равному текущему числу оборотов в процессе наматывания будут соответствовать одинаковые текудае радиусы намотки, длина намотанных нитей и средняя (интегральная) плотность намотки. Следовательно, проблема получения идентичных сновальных паковок заключается в разработке способа воспроизводства с помощью определенного управляющего устройства с достаточной точностью зависимости (1).

При воспроизводстве выражения (1) отпадает необходимость измерения длины нитей и средней плотности намотки, так как они могут быть рассчитаны в процессе наматывания по соответствующим формулам (3) и (4).

В частном случае, когда и(8) - О, плоская спираль (1) вырождается в спираль Архимеда, которая характеризует намотку с постоянной объемной плотностью.

В третьем разделе осуществляется разработка новой технологии формирования партионных сновальных паковок и сматывания нитей с них на стойке шихтовальной маашны.

Для получения идентичных сновальных паковок был выбран способ ИвНИТИ, сущность которого заключается в том, что в процесса снования укатывающий вал сновальной мазошы принудительно перемешается от центра паковки строго в соответствии с математической моделью (1). При этом случайный процесс формирования паковок превращается в детерминированный с заранее предсказуемыми параметрами намотки.

Управление процессом наматывания паковок реализуется с поморю специального устройства, включающего в себя датчики числа обротов и текущего радиуса намотки, микропроцессорное устройство и исполнительный механизм. В диссертации разработан достаточно универсальный алгоритм управления укатывающим валом сновальной машины.

Перед работой сновальной маоины по этом« алгоритму на ней предварительно формируют по обычной технологии один сновальный вал с последующим определением (по методике раздела 2) коэффициентов а1, аг и аз для математической модели (1), (2). Затем в память компьютера программного управления вводят исходные данные: М, Т, Н, Тк. Ц<. Ро, а!, аа, аз, ДН ; где ДЛ - заданное число оборотов в сдое намотки (иаг дискретности); »к. 1-к - буемая конечная плот-

центру паковки, толтины элементарного слоя нитей, средней объемной плотности любого внутреннего слоя намотки и длины нитей в сформированной паковке с учетом ее напряженного состояния.

9. С применением разработанной методики дано теоретическое обоснование нового способа формирования идентичных сновальных валов, получаемых с помощью активного отвода уплотняют? э вала. Показано, что обеспечивая для всех валов шлихтовальной партии одинаковую динамическую спираль намотки, этот способ делает их идентичными не только по числу оборотов, текущим и конечным радиусам намотки и длине намотанных нитей, но и по основным параметрам напряженной структуры, так как последние рассчитываются по математическому описанию для динамической спирали.

10. Для реализации нового способа и алгоритма формирования намотки использован опытный образец новой сновальной малины СП-140-4ПУ, оснащенной микропроцессорным устройством с программным управлением, для старых сновальных маши СП-140 разработан узел модернизации. Испытания опытного образца сновальной маашны СП-140-4ПУ и машины СП-140, оборудованной узлом модернизации, показали их высокую эффективность при формировании идентичных сновальных валов.

11. Для разматывания в шлихтовании идентичных сновальных паковок предложены способ и устройство, защищенные патентом ВХ> N 2061807. Сущность нового способа заключается в том, что предварительно сформированные при одинаковом числе оборотов идентичные сновзльнеые валы разматывают на стойке шлихтовальной машины с равными угловыми скоростями, регулируя вытяжку нитей в расчетном диапазоне. В устройстве, реализующем данный способ, равные угловые скорости вращения валов в процессе сматывания обеспечиваются жесткой кинематической связью между ним».

12. Разработан алгоритм управления процессом разматывания идентичных сновальных валов на стойке шшхтовальной машины, включающий в себя определение расчетного диапазона вытяжки нитей, измерение ее реального текущего значения и на основе их сравнения -выработку сигнала управления тормозным моментом. Предложен, методика определения степени идентичности сновальных паковок. которую необходимо получить для реализации нового способа сматывания нитей.

13. Реализация нового способа сматывания нитей с идентичных сновальных валов позволяет существенно минимизировать отходы маг-

кой пряжи при доработке шихтовальной партии. Так, по результатам эксперимента в условиях АО "Фурмановская фабрика N2" снижение отходов мягкой пряжи достигает 89Х. Аналогичные результаты получены и в условиях АО "Солидарность

14. Разработанные способы и устройства для создания идентичных сновальных паковок и сматывания нитей с них на стойке шлихтовальной машины в комплексе представляют собой новую малоотходную технологию формирования ткацкого навоя и создают предпосылки к увеличению качества подготовки основ. Годовой экономический эффект от внедрения новой технологии на Фурмановсюой фабрике NE, рассчитанный во состоянию на 1996 год, составляет 61,в миллиона рублей.

Основное содержание диссертации наложено в следующих публикациях:

1. Кутьин Ю.К., Паникратов С.К., Кутьин А.Ю. Новый принцип формирования намотки в партионном сновании // Теория и практика бесчелночного ткачества: Тез. докл. Российской республиканской науч. конференции / МГТА. - M., 1B9Z. - С. 8-9.

2. Кутьин O.K., Кутьин A.D. Принцип активного формирования намотки в партионном сновании // Современные ° тенденции развития технологии и техники текстильного производства: Тез. дока. Между-нар. науч.-техн. конференции / ИвТИ. - Иваново, 1993. - С. 53-54.

3. Формирование паковки с намоткой заданной структуры в партионном сновании / Кутьин Ю.К., Генварев Н.И., Паникратов С.К., Кутьин A.D. // Текстильная промышленность. - 1993. - N2. - С. 28-30.

4. Кутьин А.Ю. О некоторых требованиях к геометрии и структуре намотки партионных сновальных паковок // Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. Междунар. на-уч.-техн. конференции / ИГТА. - Иваново, 1994. - С. 45-46.

5. Кутьин A.D., Кутьин D.K. Новый принцип формирования паковок с заданной напряженной структурой // Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности. Прогресс - 95: Тез. докл. Ыеадунар, науч.-техн. конфереьиди / ИГТА. - Иваново, 1S95. - С. 75-76.

6. Кутьин А.Ю., "утьин Ю.К., Паникратов С.К. Безотходная тех-

нология формирования ткацкого навоя // Текстильная промышленность. - 1996. - N3. - С. 25-27.

7. Пат. 2061807 РФ, №31 D 02 Н 13/28. Способ формирования ткацких навоев и устройство для его осуществления / Ю. К. Кутьин, В.Л. Маховер, Н.И. Генварев, С.К. Паникратов, А.Ю. Кутьин. Я.А. Аникин, Р.В. Черепанов, A.B. Пруднов, Г.В. За" ров (РФ). -N 5051285/12; Заявлено 06.07.92; Опубл. 10.06.96, Бюл. N16.

8. Кутьин А.Ю., Кутьин Ю.К. Безотходная технология подготовки ткацкого навоя // Современные технологии текстильной промышленности (Текстиль - 96); Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конференции / МГТА. - М., 1995. - С. 90-91.

Подписано в печать 26.05.97 г. Формат 60*64 I/I6 Цуыага писчая. Офсетная печать, усл. пвч. л. 1,22 Заказ » 249 Тира.* 65 экз.

Отпечатано на ротапринте АО "й»{ор«атнка ул.Ташкентская, 90