автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Моделирование неровноты по линейной плотности полуфабрикатов прядильного производства

Введение.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ НЕРОВНОТЫ ПО ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОЛУФАБРИКАТА.

1.1. Классификация моделей, используемых при исследовании неровноты продукта (ленты).;.

1.2. Характеристики рассматривае!мых моделей продукта (ленты).

1.3. Уточнение моделей идеальной случайной ленты.

1.3.1. Влияние группируемости волокон на неровноту продукта.

1.3.2. Влияние распрям л енности волокон на неровноту продукта.

1.3.3. Влияние сорных примесей и пороков на неровноту ленты.

1.4. Выводы по главе 1.

2. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРЯМЛЕННОСТИ ВОЛОКОН, ИХ ОРИЕНТАЦИИ И НАЛИЧИЯ СОРНЫХ ПРИМЕСЕЙ НА НЕРОВНОТУ ЛЕНТЫ ПО ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ.

2.1. Выбор и предварительное обоснование модели продукта (ленты).Построение модели ленты.

2.2. Неровнота ленты из волокон распрямленных и ориентированных вдоль оси продукта.

2.3. Влияние характеристик распрямленности волокон, их ориентации на неровноту ленты.!.

2.3.1. Влияние изогнутости волокон на неровноту ленты.

2.3.2. Влияние крючковатости волокон на неровноту ленты.

2.3.3. Влияние на неровноту ленты наличия петель на волокнах.

2.3.4. Влияние ориентации волокон на неровноту ленты.

2.3.5. Влияние сорных примесей и пороков на неровноту ленты.

2.3.6. Выводы по главе 2.

3. ПОЛУЧЕНИЕ ОБЩЕЙ ФОРМУЛЫ ДЛЯ НЕРОВНОТЫ ЛЕНТЫ С УЧЕТОМ РАСПРЯМЛЕННОСТИ И ОРИЕНТАЦИИ ВОЛОКОН, НЕ-РОВНОТЫ ВОЛОКОН ПО ТОЛЩИНЕ, НАЛИЧИЯ СОРНЫХ ПРИМЕСЕЙ В ЛЕНТЕ.

3.1. Определение неровноты ленты с учетом распрямленности и ориентации волокон.

3.2. Определение неровноты ленты с учетом ее засоренности и распрямленности волокон.

3.3. Выводы по главе 3.

4. УТОЧНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ И ФОРМУЛ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРОВНОТЫ ЛЕНТЫ.

4.1. Влияние группируемости волокон на неровноту ленты.

4.2. Влияние длины волокон и других случайных факторов на неровноту ленты.

4.3. Выводы по главе 4.

5. НЕРОВНОТА ПОЛУФАБРИКАТОВ ПРЯДИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

5.1. Неровнота ленты с чесальной машины.

5.2. Неровнота штапелированной ленты с машин типа ЛРШ-70.

5.3. Выводы по главе 5.

Качество вырабатываемой пряжи в значительной мере определяется качеством полуфабрикатов прядильного производства. Важнейшим полуфабрикатом в прядении является лента; поскольку ее неровнота и структура определяют не только качество пряжи, но и протекание последующих техноло гических процессов, исследованию свойств ленты уделяется большое внима ние.

Волокнистый продукт - лента - образует сложную систему, включающую большое число элементов (волокна или группы волокон, сорные приме си и пороки волокон), обладающих случайными свойствами: размерами, конфигурацией, ориентацией, массой, физико-механическими свойствами. Трудности исследования такой сложной системы приводят к необходимости использовать разного рода модели продукта для получения необходимой информации. Моделирование получает все большее развитие и распространение при исследовании продуктов и процессов прядильного производства одновременно с развитием науки о прядении волокнистых материалов.

История науки о прядении знает многочисленные примеры использоваг ния различных моделей [8]. Так, одной из первых моделей волокнистого продукта (ленты) была геометрическая модель Н.А.Васильева, которая в про стейшей идеализированной форме позволила наглядно представить некоторые особенности ее строения . В дальнейшем эта модель продукта развивалась и обобщалась многими исследователями в разных странах.

Модели продуктов (в частности, ленты) находят в настоящее время широкое применение на практике при оценке качества реального продукта и степени совершенства технологических процессов. Вместе с тем, существующие модели волокнистой ленты, применяемые для описания свойств полуфабрикатов прядильного производства, не отражают некоторых важных особенностей их строения-! Необходимость создания более совершенных модел ей, точнее учитывающих свойства реальных продуктов, свидетельствует об актуальности темы. ••

Цель данной работы - разработать уточненные модели лент (с чесальных и ленточных машин, штапелированной ленты с машин типа ЛРЩ-70), установить возможность их использования для оценки качества полуфабрикатов, развить теорию неровноты ленты по линейной плотности на основе исследования модели ленты.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать усовершенствованную модель продукта (ленты); используя предложенную модель, разработать методы расчета неровноты ленты по линейной плотности;

- для приближения модели ленты к свойствам реального продукта необходимо ввести в модель различные показатели распрямленности волокон (изогнутость, наличие крючков и петель); ориентацию волокон и распределение углов ориентации волокон; неровноту по толщине как между волокнами, так и вдоль длины самих волокон, учесть группируемость волокон в ленте и ее влияние на неровноту продукта; учесть наличие в ленте сорных примесей и пороков.

- конкретизировать модели лент для некоторых переходов прядильного производства (для лент с чесальных и ленточных машин, для ленты с резаль-но-штапелирующей машины типа ЛРШ-70).

Методы исследования. В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы исследования. При теоретическом анализе широко использовались методы теории вероятностей; при обработке данных эксперимента - методы математической статистики. Расчеты проводились на ПЭВМ.

Научная новизна работы состоит в том, что

- предложена усовершенствованная модель волокнистого продукта (ленты), модель ленты приближена к свойствам реального продукта во-первых, за счет введения в нее различных показателей распрямленно-сти волокон (изогнутости, наличия крючков и петель) и их ориентации, не. ровноты волокон по линейной плотности, за счет учета группируемости волокон в ленте (учета корреляции между потоками волокон), наличия в ней сорных примесей и пороков; во-вторых, за счет конкретизации модели для ленты некоторых переходов прядильного производства: предложены модели чесальной ленты (пригодные и для ленты с ленточных машин) и модели штапелированной ленты, получаемой на резальных машинах типа ЛРШ-70; разработаны методы рас- : чета неровноты ленты, волокна которой имеют изогнутость, крючки, петли, содержат сорные примеси и пороки, образуют группы;

- на основе исследования модели ленты уточнена теория неровноты ленты по линейной плотности

- получены общие формулы для определения неровноты ленты с учетом дифференциальных законов распределения коэффициентов распрямленности и ориентации волокон, неровноты волокон по линейной плотности, наличия сорных примесей и пороков;

- получены формулы для расчета неровноты ленты (при отсутствии в ней группируемости волокон) для различных частных случаев: когда коэффициент распрямленности имеет равномерное распределение, а коэффициент ориентации имеет треугольное распределение или его величина постоянна; когда не известны законы распределения коэффициентов распрямленности и ориентации, но известны их средние значения и коэффициенты вариации; когда известны средние значения коэффициентов изогнутости, крючко-ватости, петлистости и ориентации волокон (формула (3.2)); когда лента состоит из волокон, имеющих только изогнутость, либо только крючковатость, либо только петлистость (см. раздел 2); когда лента состоит из полностью распрямленных и ориентированных вдоль оси ленты волокон, причем толщина волокон в ленте различна, а сами волокна имеют еще к неровноту по толщине вдоль своей длины; когда волокна в ленте распрямлены, но располагаются под углом к оси ленты;

- проанализировано влияние группируемости волокон на неровноту ленты; получены формулы для расчета неровноты ленты с учетом группируемости волокон, проанализировано влияние длины волокон на неровноту ленты.

Практическая ценность работы. Применение созданных моделей ленты, учитывающих влияние распрямленности, ориентации, группируемости и засоренности волокон, позволяет точнее производить оценку ее качества (чесальной ленты, ленты с ленточных машин, штапелированной ленты с машин типа ЛРШ-70).

Получены формулы, показывающие, что неровнота ленты возрастает при увеличении коэффициентов вариации по распрямленности (tj), ориентации волокон (v) и по доле волокон (Wj ), образующих группы. Следовательно, в методики экспериментального определения величин т|, v, W] необходимо включить не только определение средних значений fj, v,-W, но и определение коэффициентов вариации этих величин.

В результате обработки экспериментальных данных получены (для чесальной ленты из хлопка) значения v, Су и приближенно - распределение ад.

Показано, что для использования полученных формул следует использовать показатели т| и v, определенные на основе проекционного (или ручного, или метода меченых волокон) метода. Этот метод позволяет также получить характеристики изогнутости, крючковатости, петлистости волокон (другие методы, изложенные в разделе 1.3.2, не позволяют получать эти характеристики) и использовать их для определения неровноты ленты. Поскольку этот метод трудоемок, то необходимы работы методического характера по его со7 вершенствованию.

Результаты работы внедрены в учебный процесс при изучении курсов,, "Прядение натуральных и химических волокон" и "Методы и средства исследования технологических процессов прядильного производства".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на заседании кафедры прядения натуральных и химических волокон СПГУТД в октябре 2001 г., а также на заседании научно-технического совета АО НИИ "Петронить".

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы три статьи.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Уточнена теория неровноты ленты по линейной плотности на основе; исследования модели ленты.

2. Модель ленты приближена к свойствам реального продукта

- во-первых, за счет введения в нее различных "показателей распрямленности волокон (изогнутости, наличия крючков и петель) и их ориентации, неровноты волокон по линейной плотности, за счет учета группируемости волокон в ленте (учета корреляции между потоками волокон), наличия в ней сорных примесей и пороков;

- во-вторых, за счет конкретизации модели для ленты некоторых переходов прядильного производства: предложены модели чесальной ленты (пригодные и для ленты с ленточных машин) и модели штапелированной ленты, получаемой на резальных машинах типа ЛРШ-70.

Все это позволило приблизить величину неровноты ленты, определенную по предложенным в диссертации математическим моделям к величине неровноты реального продукта (чего нельзя получить, используя для моделей лент схемы Пуассона и Бернулли). .

Предложенная модель волокнистого продукта лишена недостатков, присущих моделям случайных лент, образованных по схемам Пуассона и Бернулли.

3. Используя предложенную модель, разработаны методы расчета неровноты ленты, волокна которой имеют изогнутость, крючки, петли, содержат сорные примеси и пороки.

4. Получены общие формулы для определения неровноты ленты с учетом дифференциальных законов распределения коэффициентов распрямленности и ориентации волокон, неровноты волокон по линейной плотности, наличия сорных примесей и пороков.

5. Получены формулы для расчета неровноты ленты (при отсутствий в ней группируемости волокон) для различных частных случаев:

- когда коэффициент распрямленности имеет равномерное распределение, а коэффициент ориентации имеет треугольное распределение или его величина постоянна;

- когда не известны законы распределения коэффициентов распрямленности и ориентации, но известны их средние значения и коэффициенты вариации;

- когда известны средние значения коэффициентов изогнутости, крючковатости, петлистости и ориентации волокон (формула (3.2));

- когда лента состоит из волокон, имеющих только изогнутость, либо только крючковатость, либо только петлистость (см. раздел 2);

- когда лента состоит из полностью распрямленных и ориентированных вдоль оси ленты волокон, причем толщина волокон в ленте различна, а сами волокна имеют еще и неровноту по толщине вдоль своей длины;

- когда волокна в ленте распрямлены, но располагаются под углом к оси ленты.

6. Показано, что неровнота ленты возрастает при увеличении изогнутости, крючковатости, "петлистости" волокон и при отклонении их от оси ленты на угол у.

На увеличение неровноты ленты наиболее сильно влияет наличие петель на волокна, меньше влияет крючковатость, еще меньше - извитость волокон и отклонение их от оси ленты на угол у.

Одновременное присутствие в ленте всех видов нераспрямленности волокон (изогнутости, крючковатости, петлистости) ведет к сильному увеличению неровноты ленты.

7. Проанализировано влияние группируемости волокон на неровноту ленты; получены формулы для расчета неровноты ленты с учетом группируемости волокон.

8. Показано, что неровнота ленты зависит от распределения волокон по длине. Длина волокна влияет на неровноту ленты, во-первых, через f (£ ) И, во-вторых, через Т|из, г|к> "Пп

9. В результате обработки экспериментальных данных получены (для чесальной ленты из хлопка) значения v, Су и приближенно - распределение f(v).

10. На основе сравнения экспериментальных и теоретических результатов показано, что для прогнозирования неровноты чесальной ленты можно использовать формулы главы 5, а для прогнозирования неровноты штапелированной ленты с машины ЛРШ-70 - формулу (4.12).

Анализ показал, что неровнота штапелированной ленты сильно зависит от доли волокон, образующих группы, причем эта зависимость имеет линейный характер - (5.7) или (5.8).

11. Получены формулы (4.25), (4.26), показывающие, что неровнота ленты возрастает при увеличении С^, Сv, С w . Следовательно, в методики экспериментального определения величин т|, v, Wj необходимо включить не только определение средних значений rj, v, Wj, но и определение коэффициентов вариации этих величин.

12. Показано, что для использования полученных формул следует использовать показатели т| и v, определенные на основе проекционного (или ручного, или метода меченых волокон) метода. Этот метод позволяет также получить характеристики изогнутости, крючковатости, петлистости волокон (другие методы, изложенные в разделе 1.3.2, не позволяют получать эти характеристики) и использовать для определения неровноты ленты формулу (3.2). Поскольку этот метод трудоемок, то необходимы работы методического характера по его совершенствованию.

1. Гинзбург Л.Н., Хавкик В.П., Винтер Ю.М., Молчанов А.с. Динамика основных процессов прядения, ч. 1, М.: Легкая индустрия, 1970.

2. Васильев Н.А. Вопросы теории прядения. М.: Гизлегпром, 1932.

3. Зотиков В.Е., Будников И.В. Основы прядения волокнистых материалов. М.: Легкая индустрия, 1959.

4. Ковнер С.С. Математические методы исследования движения волокон в процессе вытягивания. М.: Гизлегпром, 1957.

5. Севостьянов А.Г. Методы исследования неровноты продуктов прядения. М.: Ростехиздат, 1962.

6. Михайлов Б.С., Севостьянов А.Г. Теория и практика штапелирования жгутов методом разрыва. М.: Легкая индустрия, 1971.

7. Гинзбург Л.Н., Хавкин В.П., Винтер Ю.М., Молчанов А.С. Динамика основных процессов прядения, ч. 2. М.: Легкая индустрия, 1972.

8. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических / процессов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

9. Spencer-Smith J.L., Todd Н.А.С. Time series met with in Textile Research." Supplement J. Statistik Society, 1941, 7. p. 131-145.

10. Борзунов И.Г., Бадалов К.И. й др. Прядение хлопка и химических волокон, ч. 1. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

11. З.Михайлов Б.С. Штапелирование жгутов способом разрыва. Докторская диссертация. Л.: 1982.

12. Н.Михайлов Б.С. Штапелирование жгута способом разрыва. М.: Лег-промбытиздат, 1993. • %

13. Иванова С.А. Исследование неровноты к оценка качества пряжи с помощью фотоэлектрического устройства. Автореф. канд. дис. Л.: 1981.

14. Севостьянов А.Г., Хавкин В.П. Влияние распрямленности волокон на неровноту ленты // Текстильная промышленность. 1966. № 10, с. 63 -69.

15. Мирзабаев Б. Совершенствование очистки волокнистого прочеса на шляпочных чесальных машинах. Канд. диссертация. Ташкент, 1990.

16. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования.механико-технологических процессов.-М.: Легпромбытиздат, 1986.

17. Ветрова Ю.Н. Разработка оптических методов для контроля структурных параметров волокнистых материалов. Автореферат канд. диссертации. Л., 1991.

18. Корнюхина Т.А. Разработка и применение метода малоуглового рассеяния лазерного излучения для определения ориентации и распрямленности волокон. Автореферат канд. диссертации. М. 1976.21 .Lindsley С.Н. // Textile Research J. 1951. v. 21, № 1, p. 39 - 46.

19. Леонтьева И.С. // Технология текстильной промышленности. 1964.2.

20. Карякин В.Г. Уточнение метода Линде лея-Леонтьевой. // Технология текстильной промышленности. 1977. № 3, с. 26 29.

21. Аушейкс Л.В. Разработка технологии получения нитей из жгута. Кандидатская диссертация. С.-Пб., 1991.

22. Полякова Д.А. О характере изогнутости волокон в мычке с пневмомеханических прядильных машин. PC. Прядение, 1974, № 2, с. 12 -18.

23. Иголкина JI.M. Разработка технологии получения штзпелированной ленты, нетканых материалов и нитей из жгута. Канд. диссертация. С.-Пб., 1993.

24. Бакустина Р.С. Проектирование свойств хлопчатобумажной пряжи кольцевого и пневмомеханического способов прядения. Канд. диссертация. -С.-Пб., 1995.

25. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

26. Башкова Г.В. Прогнозирование параметров пряжи и процесса пневмомеханического прядения. Канд. диссертация. Л., 1983.

27. Чхаидзе Н.В. Исследование процесса чесания на шляпочной чесальной машине. Канд. диссертация. Л., 1977.

28. Кудрявцева М.П. Исследование процесса щтапелирования на ленточной разрывной машине ЛР-230-ИС. Канд. диссертация. Л., 1973.

29. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский ИВ. Курс теории вероятностей и математической статистики. М.: Наука, 1969.

30. Башков А.П. Совершенствование технологии производства высокообъемной пряжи. Канд. диссертация. Л., 1982.

31. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1965.

32. Харебов А.А. Исследование некоторых специфических особенностей штапелированной ленты. Автореферат диссерт. канд. техн. наук. М., 1972.

33. Лукомский Я.И. Теория корреляции и ее применение к анализу производства. М.: Госстатиздат, 1961.113

34. Романовский В.И. Математическая статистика. М.: ГОНТИ/1938. 42 .Бронштейн И.Н. Семвидяев К.А. Справочник по математике. - М.: \,1. Наука, 1967.

35. Труевцев Н.Н. Свойства пряжи пневмомеханического способа прядения. JI.: ЛТИ им. Ленсовета, 1977.

36. Аллахвердиев А.И. Исследование неровноты по толщине продукта во всех переходах прядения хлопка в смеси с полиэфирным волокном. Автореферат диссерт. канд. техн. наук. Л., 1974.45.3отиков В.Б. Неровнота в хлопкопрядении. Докторская дисс. М., МТИ, 1939.

37. Балясов П.Д., Конюков П.М., Смелова Н.А., Эфрос Б.Е. Лабораторный практикум по прядению хлопка. М.: Легкая индустрия, 1967.