автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Обоснование параметров процесса и машины для интенсификации обескостривания сырца при трепании льна

На правах рукописи

Волков Дмитрий Алексеевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА И МАШИНЫ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОБЕСКОСТРИВАНИЯ СЫРЦА ПРИ ТРЕПАНИИ ЛЬНА

Специальность: 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 Щ 2015

Кострома, 2015

005570491

005570491

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет» на кафедре технологии производства льняного волокна.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Бойко Светлана Вадимовна

Официальные оппоненты: Назарова Маргарита Владимировна

доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе, заведующий кафедрой «Технология текстильного производства» Камышинского технологического института (филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»),

Ларин Игорь Юрьевич

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии и проектирования текстильных изделий Текстильного института федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Ивановский государственный политехнический университет».

Ведущая организация: ОАО «Костромской научно-исследовательский институт

льняной промышленности» (ОАО «КНИИЛП»), г. Кострома.

Защита состоится 25.09.2015 г. в ¡4:00 на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 при ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет», по адресу г. Кострома, ул. Дзержинского, 17, ауд.214 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «КГТУ», КГТУ: http://www.kstu.edu.ru/.

Текст автореферата размещен на сайте ВАК РФ: http://vak2.ed.gov.ru. Автореферат разослан 2055 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.093.01 доктор технических наук, профессор

Букалов Григорий Константинович

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследовательской темы. В настоящее время на предприятиях первичпой обработки льна при производстве трепаного волокна существенно увеличилась (до 50...60%) доля недоработанных волокнистых прядей. Их особенностью является наличие костры, сосредоточенной в основном в средних участках горсти. Наличие таких прядей вынуждает предприятия нести дополнительные затраты, что ухудшает рентабельность производства и ведет к снижению выхода длинного волокна. Поэтому данная проблема является актуальной и требует решения, так как связана с обеспечением рациональной переработки льна, как сырья для льнокомбинатов. Необходимые решения должны основываться на совершенствовании машинных технологий переработки льняной тресты, при реализации которых сложатся благоприятные условия обескостривания средних участков обрабатываемого волокнистого материала при исключении потерь длинного волокна.

Актуальность изучаемой темы подтверждается планами развития производства льна, предусмотренных Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 20132020 гг. (утверждена Правительством РФ, постановление № 717 от 14 июля 2012 г.) и региональной программой развития льноводства в Костромской области.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение качества льняного трепаного волокна за счет снижения его закостренности на основе совершенствования процесса трепания льна и параметров конструкции машины для его реализации.

Для достижения обозначенной цели поставлены следующие задачи исследования:

- обосновать возможные направления совершенствования процесса обескостривания льняного сырца при трепании с учетом обеспечения качества волокна в соответствии с требованиями действующего стандарта;

- развить теоретические положения процесса трепания, связанные с обескострива-нием льняных прядей, и создать основы для прогнозирования результатов этого процесса;

- обосновать условия, обеспечивающие интенсификацию процесса удаления костры, прежде всего из зоны, расположенной вблизи зажимного транспортера;

- исследовать варианты улучшения конструкции трепальной машины;

- обосновать рациональные формы и параметры ее новых рабочих органов, провести экспериментальную проверку их эффективности;

- разработать рекомендации по использованию результатов исследований, оценить технологическую и экономическую эффективность новых рабочих органов трепальной машины.

Методы исследования. Методологической основой исследования явились работы отечественных и зарубежных ученых в области первичной переработки льняного волокна.

При проведении исследований использовались методы теоретической механики, механики деформируемых тел, дифференциального и интегральных исчислений. Программная реализация моделей выполнена в среде программирования Microsoft Visual Studio (язык С#). Модели отдельных явлений и процессов реализованы в математических пакетах Scilab, MathCAD, среде программирования Delphi.

В экспериментальных исследованиях использовались методы планирования эксперимента и тензометрии. Обработка результатов экспериментов проводилась с использованием алгоритмов математической статистики, реализованных в пакете прикладных программ STATISTICA.

Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций подтверждена правильной методической основой и корректным применением принятых допущений, сходством результатов моделирования с общепринятыми представлениями, а также итогами наблюдений и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в разработке метода прогнозирования результатов процесса обескостривания льна, алгоритмов расчета его параметров и характеристик функционирования рабочих органов трепальной машины, обеспечивающих практическую возможность интенсификации удаления костры из льняных прядей.

В диссертационной работе впервые:

- разработана комплексная динамическая модель удаления костры в процессе трепания, учитывающая поэтапную детерминистическую оценку параметров состояния костры, начиная с ее излома (мельчения), отдирания присушистой костры и вероятностную оценку ее удаления из многостебельного слоя;

- разработан алгоритм расчета остаточного содержания костры в пряди, ее распределения по длине пряди и фракционного состава, учитывающий свойства сырья, конструкцию трепальной машины и технологические параметры процесса трепания, впервые позволивший проводить сравнительный анализ различных конструкций трепальных машин по условиям эффективности удаления костры;

- получено технологическое обоснование решений для интенсификации процесса обескостривания прядей льняного сырца вблизи зоны зажима путем их продольного относительного смещения, увеличения градиента сил натяжения и циклического изменения объемной плотности слоя.

Практическая ценность работы и реализация полученных результатов. В результате выполнения диссертационного исследования разработаны практические рекомендации по совершенствованию конструкции трепальной машины за счет применения направляющих вблизи зажимного транспортера. Они приняты для использования Ивановским механическим заводом им. Г.К. Королева путем модернизации конструкции существующей трепальной машины мяльно-трепального агрегата MTA-2J1. Установлено, что с их применением снижение закостренности длинного волокна может достигать 2% (абс.), что улучшает его качество примерно на один номер. Ожидаемый экономический эффект применения предлагаемых рекомендаций составляет порядка 100 рублей на одну тонну тресты, что повышает рентабельность производства льняного волокна.

В качестве перспективного решения предложен вариант модернизации трепальных машин с винтовыми барабанами путем использования опоры в виде массива упругих элементов.

Кроме этого, результаты проведенного диссертационного исследования внедрены в учебный процесс КГТУ при подготовке инженеров, бакалавров, магистров в рамках дисциплин «Технология и оборудование производства натуральных волокон» и «Проектирование текстильных машин». Это относится к использованию усовершенствованного программного комплекса «Трепание», обеспечивающего расчет параметров процесса и элементов конструкции трепальной машины применительно к обескостриванию льна.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и получили одобрение: на международной научно-технической конференции «Лен-2006» (г. Кострома, КГТУ, 2006); на международной научно-практической конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г. Вологда, ОАО ЦНИИЛК, 2007, 2008); на заседании отдела механической переработки льна ВНИИ по переработке лубяных культур (г. Кострома, 2007 г.); на всероссийской студенческой конференции «Текстиль» (г. Москва, МГТУ, 2007, 2009, 2012, 2014); на между-

народной научно-технической конференции «Текстиль» (Украина, г. Глухов, Институт лубяных культур, 2007); на международных научно-практических конференциях «Лен-2010», «Лен-2012», «Лен-2014» (г. Кострома, КГТУ, 2010, 2012, 2014 гг.); на расширенных заседаниях кафедры технологии производства льняного волокна КГТУ (г. Кострома, КГТУ 2012, 2013, 2014 гг.); на Всероссийском семинаре по теории машин и механизмов (г. Кострома, КГТУ, 2012, 2013 гг.); на семинаре по математическому моделированию (г. Кострома, КГТУ, 2013 г.), на заседании кафедры технологии машиностроения ИГЭУ (г. Иваново, ИГЭУ, 2013 г.), на заседании кафедры механических технологий волокнистых материалов МГУДТ (г. Москва, 2014 г.), на заседании кафедры машин и аппаратов легкой промышленности МГУДТ (г. Москва, 2014 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 работ, в том числе монография, 4 статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий», 10 в научно-технических журналах, 12 тезисов докладов. Техническая новизна решений, соавтором которых является соискатель, защищена 4 патентами РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 130 наименований. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 2 таблицы, имеет 8 приложений.

Благодарность. Автор выражает благодарность заведующему кафедрой технологии производства льняного волокна Костромского государственного технологического университета д.т.н., профессору Пашину Евгению Львовичу за оказанную поддержку и консультации при выполнении данной работы, а также благодарит сотрудников кафедры за помощь в проведении исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ее цель и задачи, представлена общая характеристика работы, включающая описание использованных теоретических и экспериментальных методов исследований, формулировку новых научных результатов и их научной новизны, практической значимости, достоверности и обоснованности выводов и рекомендаций, полученных в работе.

В первой главе изложено состояние вопроса и проведен анализ результатов исследований процесса трепания льняного волокна. Теоретические основы процесса трепания сформированы благодаря исследованиям А.Б. Кузьминского, H.A. Неронова, H.H. Суслова, В.И. Савиновского, Г.К. Кузнецова, A.M. Ипатова, И.Н. Левитского, В.В. Коновалова, ДА. Янушевского, Е.Л. Пашина, А.Б. Лапшина, В.А. Дьячкова, С.Н. Разина, C.B. Бойко и др. По результатам анализа их работ установлено, что основное внимание уделялось особенностям силового нагружения прядей, проблемы обескостривания льна рассматривались указанными авторами в основном фрагментарно. Наибольшее внимание анализу процесса обескостривания уделено в работах И.Н. Левитского. Им впервые обоснована необходимость рассмотрения процесса удаления костры с позиций стохастичности. Нами констатировано отсутствие комплексных методов и расчетов параметров процесса удаления костры из волокна при трепании. Такое положение дел сдерживает разработку новых машинных технологий для получения трепаного волокна с требуемыми качественными характеристиками.

Обобщение и анализ опубликованных источников по проблеме трепания льна позволили определить основные направления совершенствования процесса обескостривания. Важнейшим из них является интенсификация удаления, прежде всего, костры, нахо-

дящеися в средней части длины горсти при условии отсутствия роста волокнистых потерь.

В заключительной части главы сформулированы направления диссертационного исследования, а именно: поиск и создание подходов, методов и алгоритмов для моделирования процесса обескостривания льна, обоснование условий интенсификации этого процесса, а также разработка и проверка новых технических и технологических решений, обеспечивающих снижение содержания костры при условии сохранности длинного волокна.

Во второй главе на основе концепции поэтапного выделения костры разработана модель процесса обескостривания льняных прядей в процессе трепания. Ее новизной явилось использование поэтапного расчета состояния индивидуальных костринок, начиная с их излома (мельчения), отдирания присушистой костры и удаления из волокнистой массы, представленной в виде слоев волокна. Применительно к каждому переходу подобраны и обоснованы критерии, характеризующие изменение состояний. Часть данных критериев являются общепризнанными:

Критерий А.Б. Лапшина, характеризующий условие излома костры: . h + 2r

% <—7— , (критерий 1)

к

где h - толщина слоя; г - радиус изгиба пряди; к - коэффициент трения волокна о кромку; Le - длина костры.

Критерий В.А. Лясича, характеризующий условие отдирания костры:

+ тп-—-£-> 4/НкГsin р , (критерий 2)

г г 2

где Т- сила натяжения пряди, EI-жесткость древесины на изгиб, Д- угол, образованный волокном с выделяющейся кострой, LE - длина костры, Нк - толщина костры, m - масса костры, v - скорость скольжения по рабочей кромке,/- коэффициент трения волокна по древесине, г - радиус изгиба пряди.

Результат удаления костры впервые предложено оценивать на основе вероятностной задачи Бюффона с учетом многослойное™ волокнистого материала. Для этого предложен критерий, характеризующий вероятность Р удаления костринки из слоя:

" д

при R > А

Р =

2 R

1--, при R< А

2А

(критерий 3)

где R - длина костринки; Д - расстояние между волокнами N-стебельного слоя.

При использовании вышеуказанных критериев костра моделируется жестким одноосным элементом, обладающим массой. При решении задачи вероятностного удаления костры расстояния между волокнами слоя принимались равными, а сами волокна - прямолинейными. Для использования критерия 2 должны быть известны силы натяжения пряди. Приняв за основу дискретную модели пряди, предложенную C.B. Бойко, нами совместно был разработан алгоритм расчета сил натяжения пряди с учетом особенностей взаимодействия элементов пряди с рабочими органами трепального барабана (рабочая и тыльная кромки бил, планки подбильной решетки).

Таким образом, предложенный метод поэтапного расчета параметров состояния костры, обусловленного взаимодействием пряди и рабочих органов трепального барабана, позволил впервые создать алгоритм расчета остаточного содержания костры, ее рас-

пределения по пряди и фракционного состава в процессе трепания (в зависимости от количества воздействий).

Модель учитывает размеры костры, ее местоположение по длине пряди, силы связи костры с волокном, плотность волокнистого слоя, свойства сырья, и режимно-конструктивные параметры трепальной машины. Программная реализация модели выполнена в среде программирования Microsoft Visual Studio. При моделировании процесса с использованием созданного алгоритма получены зависимости изменения содержания костры по участкам пряди в процессе трепания (рис. 1 а).

Для подтверждения адекватности модели был проведен эксперимент по определению изменения содержания костры в волокне в процессе обработки трепанием. Экспериментально получены сходные закономерности изменения количества костры: по участкам пряди (комель, середина, вершина), по размерам костры (крупная, средняя, мелкая), по длительности обработки (начальное содержание, после 50% трепальных воздействий, в конце обработки). Результаты эксперимента приведены на рис. 1 б.

Рис. 1. Распределение остаточной костры по пряди а) результаты моделирования, б) экспериментальные данные

В третьей главе исследованы направления улучшения конструкции трепальной машины путем обоснования рациональных форм и параметров ее новых рабочих органов для интенсификации процесса обескостривания. В основу анализа положены выводы первой главы о необходимости улучшения условий удаления костры, прежде всего, из участков горстей вблизи их зажима за счет разрежения слоя, варьирования натяжений прядей и обеспечения продольного смещения волокон друг относительно друга.

Для реализации этих эффектов было предложено использовать препятствие (опору) с переменным «вылетом» (положением кромки опоры относительно зажима) по длине секции трепальной машины (рис. 2). Конструктивно эта опора может быть выполнена в виде подвижной или неподвижной, односторонней или двухсторонней направляющей с различной формой кромки.

Применительно к неподвижной опоре с использованием геометрического анализа и путем моделирования силовых параметров нагружения прядей были проведены сравнительные исследования различных форм кромки по ряду критериев: величине смещения прядей друг относительно друга, степени разрежения слоя, среднему натяжению в прядях

доля костры, 22 20 18 16 14 12 10 8

С 81 В2 ВЗ В4 участок пряди

б)

количество воздействий

K1 = В1 В2 участок пряди

а)

В4 Оа0 количество воздействий

доля костры, %

22

и его варьированию. Установлено, что кромка пилообразной формы является наиболее эффективной. _

Рис. 2. Схема секции трепальной машины с дополнительной опорой 1 - трепальные барабаны, 2, 3 - ремни зажимного транспортера, 4 - дополнительная опора

Проведена сравнительная оценка эффективности обескостривания по совокупности частных оценок для используемого на практике варианта обескостривания и нового варианта с применением опоры с пилообразной кромкой. Результаты представлены на рисунке 3. Проведено сравнение указанных конструкций с использованием предложенной модели обескостривания в процессе трепания. Графики остаточного содержания костры приведены на рисунке 4. Сравнение выявило преимущество решения с использованием дополнительной опоры как по комплексному показателю эффективности обескостривания, так и по остаточному содержанию костры.

Рис. 3. Коэффициенты эффективности обескостривания для предлагаемой (круглые маркеры) и типовой (треугольные маркеры) конструкций

узла зажима коэффициенты:

А- варьирование сил давления; Б - варьирование сил натяжения; В - продольное смещение прядей; Г - разрежение слоя; Д - натяжение прядей; Е - давление прядей на кромку била

Рис. 4. Массовая доля остаточной костры в прядях по их длине для типовой (квадратные маркеры) и предлагаемой (треугольные маркеры) конструкций узла зажима (по результатам моделирования)

Однако, анализ полученных результатов позволил также установить, что при использовании дополнительных опор имеет место увеличение натяжения в зажиме, что может явиться причиной увеличения обрывов волокна. Для ограничения натяжения предложено использовать эффект амортизации, возникающий при использовании подвижных упругих опор. Данный эффект был подтвержден экспериментально с использованием метода тензометрии на модели секции трепальной машины. Аналитически получены зависимости величины снижения пикового натяжения от упругой характеристики опоры и от положения ее кромки относительно зажима.

Проанализирован вариант реализации упругой опоры в виде жесткой подпружиненной пластины с криволинейной кромкой, способной колебаться в горизонтальной плоскости. Произведена оценка параметров колебаний упругой опоры. Методом численного моделирования из условия наибольшего снижения силы натяжения пряди в зажиме, рассчитана жесткость пружины. Установлено, что для расчетной жесткости пружины, величина отклонения опоры под действием нагрузки значительно превышает величину необходимого технологического зазора из условия несоударения между элементами конструкции трепальной машины в зоне зажима. Предложено конструктивное исполнение подпружиненной опоры в виде буфера, имеющего нелинейную упругую характеристику. Исследована динамика буферной опоры, рассчитаны ее динамические характеристики, обуславливающие конструктивно необходимое ограничение амплитуды колебаний опоры, а также исключающие возможность возникновения ее резонансных колебаний (рис. 5). С использованием модели процесса трепания получены графики изменения сил давления пряди на кромку буферной опоры (рис. 6) и натяжения в зоне зажима (рис. 7) в процессе трепания. Анализ результатов расчета позволил установить снижение пиковых нагрузок на прядь и опору в случае буферной конструкции.

Обобщенный анализ полученных результатов выявил ограниченные возможности применения рассматриваемых выше опор: исключительно для случая использования барабанов, бильные планки которых параллельны осям их вращения. Для винтовых барабанов предложен вариант дифференцированного демпфирования участков слоя по длине барабанов. Для такого варианта исследована конструкция в виде массива упругих элементов (рис. 8), обеспечивающих достижение требуемых технологических эффектов и снижение пиковых нагрузок. Изучены динамические особенности нагружения указанных элементов, подтверждена возможность их применения.

участок пряди

классическая конструкция -к- предлагаемая конструкция

А, мм

X, мм

Р, рад/С

1 ООО

600 800 б)

Рис. 5. Фазовая траектория (а) и амплитудно-частотная характеристика (б):

1 - опоры с линейной упругой характеристикой;

2 - опоры с нелинейной упругой характеристикой;

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t, мс 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 f

а) б)

Рис. 6. Изменение сил давления на опору в процессе трепания: а) неподвижная опора б) опора с нелинейной упругой характеристикой

т; и т. и

Л

0 15 JO '»<■

15 30

п - .. , , Рис. 8. Опора, выполненная в

Рис. 7. Натяоюение пряди в зажиме (по резуль- ч

, , ,, виде массива упругих элементов

татам расчета) а) неподвижная опора б) опора с нелинейной упругой характеристикой

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований, подтверждающих основные теоретические выводы, результаты проверки технологической и экономической эффективности новых технических решений для интенсификации процесса обескостривания льна трепанием. Указаны рекомендации по их использованию на практике.

С использованием тензометрии доказано, что применение направляющих с криволинейными кромками существенным образом активизирует силовые воздействия на обрабатываемые пряди. Это вытекает из увеличения до 10% коэффициента вариации сил натяжения при неизменности их среднего значения. Путем фотофиксации выявлено снижение объемной плотности слоя сырца за счет поперечных смещений пряди. Это обеспечивает лучшие условия для удаления костры из зоны слоя, расположенной вблизи зажимного транспортера. Опытным путем подтверждена технологическая эффективность от применения предлагаемых направляющих. Исследовался процесс трепания тресты разной степени вылежки, при разной частоте вращения трепальных барабанов и при различных вариантах установки направляющей (одно - и двусторонняя). Во всех исследуемых вариантах выявлено снижение закостренности на величину до 2% абс. (до 21% отн.) при неизменности выхода длинного волокна (рис. 9). Установлено, что снижение доли костры происходит, прежде всего, в средней части длины волокон.

Треста нормальной Недолежалая Треста нормальной Недолежалая

вылежки треста вылежки треста

И без направляющей В 1-сторонняя направляющая □ 2-х сторонняя направляющая

Треста нормальной вылежки, 300 об/мин Недолежалая треста, 300 об/мин

И без направляющей И1 -сторонняя направляющая □ 2-х сторонняя направляющая

Рис. 9. Выход длинного волокна, его закостренность и распределение костры по длине пряди при трепании льна различной степени вылежки

Таким образом, экспериментально подтверждены основные результаты теоретических исследований и установлено преимущество нового технического решения, а именно, возможность снижения содержания костры. Это позволяет с учетом требований ГОСТ 10330-76 повысить качество волокна на 1-2 номера, что положительно повлияет на рентабельность его производства.

Значимым практическим приложением созданного метода расчета остаточного содержания костры при трепании стала модернизация программного комплекса «Трепание» (рис. 10), используемого в учебном процессе Костромского государственного технологического университета. Созданное дополнение рекомендовано для использования в учебном процессе.

Направляющая кромка вблизи зажима

(V} Двухсторонняя хромка

Расположение относительно зажима Радиус кромки, мм 13.00 по вертикали, мм 120.0

по горизонтали, мм |10.9

Смещение пряди здоль кромки. мм 10.0 [™| С5 Прямая

0 Синусоида период, мм !50.0 нЦ высота, мм ¡5.0 НИ

Выбор модели Параметры пряди Параметры костры Параметры (секции) машины

Параметры визуализации Предварительный просмотр Параметры среды Пэрэметры регистрации данных Пэрэметры эксперимента

период мм 150.0 \~4

высота, мм 10 0

угол разводки, градусов !0 \~4

О Трзпеиия период, мм 150.0 > высота, мм 15.0 [ высота, мм ПЙ.О \

[ < Назад

Далее > \

Рис. 10. Окно программного комплекса «Трепание»

Важнейшей рекомендацией из результатов диссертационного исследования являются два варианта модернизации конструкции существующих трепальных машин. Первый вариант - установка вблизи лафета с зажимным транспортером опоры с кромкой пилообразной формы, параметры выступов которой изменяются по длине барабанов. Второй вариант - установка опоры, выполненной в виде массива упругих элементов.

Произведен расчет ожидаемой экономической эффективности от использования новых решений по модернизации конструкции трепальной машины за счет повышения качества длинного волокна на один номер) применительно к работе двухагрегатного завода. Установлено, что он может достигать 100 рублей на одну тонну тресты со сроком окупаемости затрат на модернизацию до одного месяца.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Рост варьирования свойств стланцевой льняной тресты, поставляемой на льнозаводы в виде рулонов вызывает увеличение доли недоработанного трепаного волокна, требующего дополнительных затрат для удаления из него присушистой костры, прежде всего, в средней части длины прядей.

Для повышения эффективности обескостривания льна при трепании необходимо: уменьшение толщины или разрыхление слоя обрабатываемых прядей сырца, увеличение количества воздействий и величины смещений волокнистых комплексов друг относительно друга.

2. При рассмотрении процесса выделения костры из волокнистой массы с позиции стохастичности необходимо учитывать слоистость обрабатываемого потока сырца, натяжение прядей, из которых он состоит, с учетом многократности воздействий со стороны бильных планок трепальных барабанов.

3. Учет критериев, характеризующих факт излома костры и ее отдирания от волокна, а также новая вероятностная оценка обескостривания совокупности прядей, представленных в виде слоев, позволяет исследовать процесс в виде последовательно протекающих этапов его обработки: измельчение некоторой доли костры в процессе трепания, переход присушистой костры в насыпную, и ее удаление в насыпном состоянии из обрабатываемого материала. Это обеспечивает возможность прогнозирования распределения остаточной костры по длине прядей с учетом режимно-конструктивных параметров процесса и отдельных свойств исходного сырья.

4. Разработанная стохастическая модель обескостривания льна позволила установить, что уменьшение объемной плотности слоя, его толщины, рост варьирования натяжений прядей и увеличения их смещений друг относительно друга не только в продольном, но и в поперечном направлениях, приводят к интенсификации процесса удаления костры. Для обеспечения установленных направлений повышения обескостривания предложено осуществлять циклические смещения участков прядей вблизи их зажима путем применения криволинейных направляющих вблизи зоны зажима прядей. Они могут иметь различную конструкцию: активные, пассивные, двух - и односторонние.

5. Исследования по выявлению рациональной формы кромок дополнительной опоры, обеспечивающей повышение эффективности обескостривания, позволили определить преимущество кромок пилообразной асимметричной формы. Доказано, что кромки такой формы обеспечивают большее смещение прядей друг относительно друга, увеличение градиента сил натяжения и снижение объемной плотности слоя. Недостатком таких кромок является увеличение пиковых значений сил натяжения.

6. Учитывая, что использование опорных направляющих способствует в некоторые моменты времени нежелательному увеличению натяжения волокна, предложено для его снижения использовать активные (гибкие или подпружиненные) опорные направляющие

7. При установлении возможностей использования подвижных опор, предложена методика расчета жесткости опоры, выполненной в виде гибкого криволинейного стержня. С ее использованием осуществлена оценка амплитуды колебаний опоры. Также определена амплитудо-частотная характеристика подпружиненной опоры с линейной восстанавливающей силой. Установлено, что применение таких конструкций опоры неприемлемо для практического использования вследствие значительного превышения амплитудами их колебаний величины необходимого технологического зазора в зоне зажима прядей.

8. В результате исследований активной направляющей в виде буфера с нелинейной характеристикой, установлена возможность снижения сил натяжения при одновременном уменьшении амплитуды колебаний опорной направляющей до приемлемой величины 4 мм и обеспечении ее работы в дорезонансном режиме (частота возмущающей силы порядка 100 с"'). Сделан вывод об ограниченных возможностях применения исследованных конструкций подвижных направляющих в виде криволинейной подпружиненной опоры. Для барабанов с винтовым расположением бильных планок они не пригодны.

9. Для винтовых барабанов предложен вариант дифференцированного демпфирования участков слоя по длине барабанов. Предложена конструкция в виде массива упругих элементов, теоретическое и экспериментальное изучение динамических особенностей нагружения которых позволило предложить ее как перспективную.

10. Экспериментально подтверждена эффективность использования пассивной опорной направляющей с пилообразной формой рабочих кромок. Применительно к ней установлена возможность разрежения слоя за счет увеличения его ширины вследствие поперечных смещений прядей. С использованием средств тензометрии доказано повышение вариации (до 10%) сил натяжения прядей в точке их зажима.

При оценке технологической эффективности применения пассивной направляющей с криволинейной рабочей кромкой экспериментально установлена возможность снижения закостренности волокна при различных вариантах установки направляющих (одно- и двухсторонняя). Выявлено снижение этого показателя до 2% (абс.). При этом выход длинного волокна не снижается.

11. По результатам проведенных исследований и разработок, их проверок в лабораторных и производственных условиях для практического использования предложены:

а) модернизированный программный комплекс для исследования процесса трепания и проектирования новых конструкций трепальных барабанов, позволяющий рассчитать силы воздействия прядей на рабочие органы, в частности, на криволинейную опорную кромку вблизи зоны зажима, оценивать остаточной содержание костры и параметры силового нагружения прядей при использовании пассивных направляющих с криволинейными рабочими кромками. Комплекс принят к использованию в учебном процессе КГТУ;

б) новые рабочие органы в виде пассивных и активных направляющих для создания новых и модернизации существующих трепальных машин. Разработка принята к использованию ОАО «Ивановский механический завод им. Г.К. Королева.

Ожидаемый экономический эффект от использования новых решений по модернизации конструкции трепальной машины за счет снижения закостренности длинного волокна и, как следствие, повышения его качества на один номер) применительно к работе двухагрегатного завода может достигать 100 рублей на одну тонну тресты со сроком окупаемости затрат на модернизацию машин до одного месяца.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Журналы, входящие в «Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий»

1. Бойко, C.B. Производство волокна из недотрепаного льна / C.B. Бойко, Д.А. Волков, E.J1. Пашин, А.Е. Виноградова // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -2007. -№3 (298) с. 31- 34.

2. Бойко, C.B. Закономерности формирования волокнистых потерь при обработке недотрепаного льна / C.B. Бойко, E.JI. Пашин, Д.А. Волков // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. —2007. —№ 5 (301) с. 16— 18.

3. Бойко, C.B. Моделирование взаимодействия бича с волокном в процессе трепания льна / C.B. Бойко, Д.А. Волков // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2007. -№ 6С (304) с. 45 - 49.

4. Волков, Д.А. Интенсифика11ия процесса обескостривания льна с применением пассивных рабочих планок / Д.А. Волков, М.С. Енин, E.JI. Пашин, C.B. Бойко // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -2013. — № 5(347) с. 29-32.

Научно-технические издания, журналы и сборники научных трудов

5. Волков, Д.А Интенсификация npotjecca обескостривания льна трепанием. Моделирование и обоснованиережимно-конструктивных параметров [монография] /Д.А. Волков, C.B. Бойко, Е.Л. Пашин // Saarbrücken, Deutschland - LAP Lambert Academic Publishing, 2014. -130 c. ISBN 978-3-659-58752-8

6. Бойко, C.B. Анализ движения подвижной тыльной планки для трепального барабана / C.B. Бойко, A.B. Безбабченко, Д.А. Волков // Кострома, Вестник КГТУ. - 2006. - Ks13 с. 58-61.

7. Бойко, C.B. Интенсификация процесса удаления костры из срединной части горсти льна в npoifecce ее трепания / C.B. Бойко, Д.А. Волков, Е.Л. Пашин // Вестник ВНИИЛК, Кострома. - 2007. -№3 с. 66

8. Волков, Д.А. Влияние радиуса кромки била на погружение пряди в процессе трепания льна/Д.А. Волков, C.B. Бойко //Кострома, Сборник: Молод, уч. - Вып. 8. -ч. 1. - Кострома: КГТУ.-2007. с. 10-11

9. Бойко, C.B. Моделирование взаимодействия волокна с прямолинейно движущимся билом в процессе трепания льна / C.B. Бойко, А.ГГришин, Д.А. Волков // Деп. В ВИНИТИ 08.06.2007., Ш07-В2007.

10. Волков, Д.А. Предложения по модернизации конструкции машины для трепания льна/Д.А. Волков, C.B. Бойко // Вестник КГТУ, Кострома-2007.-№15 с. 57-59

11. Бойко, C.B. Визуализация процесса взаимодействия льняных прядей с билами трепальных барабанов / C.B. Бойко, Д.А. Волков Е.Л. Пашин // Вестник КГТУ. - 2008. - №17 с. 5-8

12. Волков, Д.А. Моделирование прогресса обескостривания при трепании льна / Д.А. Волков, М.С. Енин//Вестник КГТУ.-2012.-№1(28) с. 11-15

13. Бойко, C.B. Экспериментальное определение состава костры по длине пряди в процессе трепания / C.B. Бойко, Д.А. Волков, Е. Л. Пашин // электронный журнал «Научный вестник КГТУ», 2012. -№1 http://vestnik.kstu.edu.nl/[дата обращения 24.12.2014]

14. Волков, Д.А. Исследование влияния дополнительной подвижной опорной кромки на натяжение в зажиме свободно свисающей пряди при кратковременном силовом воздействии / Д.А. Волков // электронный журнал «Научный вестник КГТУ» - 2013. - №2 http://vestnik.kstu.edu.rit/[дата обращения 24.12.2014]

15. Бойко, C.B. Исследование подвижной опорной направляющей с ограниченным ходом в конструкции трепальной машины / C.B. Бойко, Д.А. Волков // электронный журнал «Научный вестник КГТУ» - 2013. - №2 http://vestnik.kstu.edu.ru/[дата обращения 24.12.2014]

Сборники материалов и тезисы докладов на Международных, всероссийских и межвузовских конференциях

16. Пашин, Е.Л. Результаты производственных испытаний модернизированных трепальных барабанов для обработки льна / Е.Л. Пашин, A.B. Безбабченко, C.B. Бойко, Д.А. Волков//Междунар. науч.-техн. конф. «Лен». -Кострома, КГТУ, 2006с. 25

17. Трегубова, E.B. Влияние факторов на формирование потерь волокна при переработке недотрепа 7 Е.В. Трегубова, C.B. Бойко, Д.А. Волков 77 Междунар. науч.-техн. конф. «Лен». -Кострома, КГТУ, 2006с. 30

18. Бойко, C.B. Интенсификация процесса удаления костры из срединной части горсти льна в процессе ее трепания 7 С.В Бойко, Д.А. Волков 77 Междунар. науч.-практ. конф. -Вологда: ОАОЦНИИЛК, 2007

19. Бойко, C.B. Влияние радиуса кромки била на погружение пряди в процессе трепания /С.В Бойко, Д.А. Волков//Всеросс. студ. конф. «Текстиль». - Москва: МГТУ. -2007 с. 95

20. Бойко, С.В.~ Моделирование взаимодействия била с волокном (нитью) в процессе трепания льна / С.В Бойко, Д.А. Волков 77 Междунар, науч.-практ. конф. — Вологда: ОАО ЦНИИЛК, 2008.

21. Волков, Д.А. Программный комплекс для моделирования процесса обработки сырца трепанием 7 Д.А. Волков, Е.Л. Лашин 7/ Междунар. науч.-техн. конф. - Украина, Глухое: Институт Луб. культур. - 2007

22. Волков, Д.А. Имитационное моделирование прямолинейного движения нити 7 Д.А. Волков, С.В. Бойко77Всеросс. студ. конф. «Текстиль». -Москва: Ml 'ГУ. -2009 с. 151

23. Волков, Д.А. Программный комплекс для моделирования процесса обработки сырца трепанием 7 Д.А. Волков, C.B. Бойко, Е.Л. Пашин 77 Международная научно- метод, конференция. Кострома, КГТУ, 2009 с. 100

24. Волков, Д.А. Моделирование процесса обескостривания при трепании льна 7 Д.А. Волков, С.В. Бойко 7Всеросс. студ. конф. «Текстиль». - Москва: МГТУ. -2012с. 62

25. Волков, Д.А. Модернизация конструкции трепальной машины 7 Д.А. Волков, С.В Бойко 77 Междунар. науч.-техн. конф. «Лен». - Кострома, КГТУ, 2012 с. 23-24

26. Д.А. Волков Использование интегрального показателя для сравнительной оценки эффективности трепальных воздействий по обескостриванию волокна 7 Д.А. Волков, C.B. Бойко 77 Междунар. науч.-техн. конф. «Лен». — Кострома, КГТУ, 2012 с. 24-25

27. Волков, Д.А. Совершенствование конструкции трепальной машины с винтовыми барабанами для интенсификации процесса обескостривания льна 7 Д.А. Волков 77 Международная научно-метод. Конференция «Лен-2014». Кострома, КГТУ, 2014 с. 18-19

Техническая новизна важнейших решений признана изобретениями:

1. Пат. 2327825 Россия, МПК D01B 1714, ВОЮ 1722. Способ трепания лубяных волокон 7 Е.Л. Пашин, C.B. Бойко, А.Б. Лапшин, Д.А. Волков; заявка №2006134549712 от 28.09.2006; Опубл. 27.06.2008, Бюл. № 18.

2. Пат. 2330130 Россия, МПК D01B 1716, 1722. Секция трепальной машины для обработки лубяных волокон 7 Е.Л.Пашин, С.В. Бойко, Д.А. Волков; заявка №2006145275712 от 19.12.2006; Опубл. 27.07.2008, Бюл. № 21.

3. Пат. 2358047 Россия, МПК D01B 1714 1726. Способ трепания лубяных волокон 7 Е.Л. Пашин, С.В. Бойко, Д.А.Волков; заявка №2007126105712 от 09.07.2007; Опубл. 10.06.2009, Бюл. № 16.

4. Пат. 151853 Россия, МПК D01B 1714 (2006.01). Секция трепальной машины для обработки лубяных волокон 7 Е.Л. Пашин, Д.А. Волков, A.B. Орлов; заявка №2014135577712 от 01.09.2014; Опубл. 20.04.2015, Бюл.№ 11.

Подписано в печать 1.07.2015. Формат бумаги 60x84 1/16. Печать трафаретная. Печ. л. 1,0. Заказ 289. Тираж 100.

РИО КГТУ, Кострома, ул. Дзержинского, 17