автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров трясильных машин с нижним гребенным полем

На правах рукописи

Ширшов Илья Александрович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРЯСИЛЬНЫХ МАШИН С НИЖНИМ ГРЕБЕННЫМ ПОЛЕМ

Специальность: 05.19.02 «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□34а1301

Кострома-2009

003481301

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Дьячков Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Владимир Иванович Жуков Костромской государственный технологический университет

кандидат технических наук, Сергей Николаевич Вихарев ОАО «Красная маевка»

Ведущая организация: Костромской НИИ льняной

промышленности (КНИИЛП), г. Кострома

Защита состоится « 20 » ноября 2009 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: 156005 г. Кострома, ул. Дзержинского, 17, ауд. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан « 19 » октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор_УТу^^7

П.Н. Рудовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обзор публикаций и современного состояния техники показал, что в условиях жесткой конкуренции снижение металлоемкости оборудования, энергоемкости производства, обновление производственной базы становится насущной задачей.

Трясильные машины с нижним гребенным полем выполняют важную функцию подготовки слоя отходов трепания перед обработкой в куделепри-готовительных агрегатах. В первой трясильной машине из отходов трепания выделяется основная масса насыпной костры и сорных примесей, что непосредственно влияет на качество конечной продукции. Снижение неровноты отходов трепания по толщине приводит к повышению КПВ работы куделе-приготовительного агрегата за счет снижения количества забивок и намотов в трепальных секциях агрегата, при этом повышается прочность получаемого волокна.

Повышение технологического эффекта процесса трясения путем увеличения интенсивности и количества встряхивающих воздействий приводит к ухудшению структуры волокна и потере его прочности. В связи с этим работа, направленная на определение путей повышения эффективности процесса трясения, является актуальной.

Целн и задачи исследования. Цель работы - повышение эффективности процессов очистки и выравнивания слоя отходов трепания при обработке в трясильной машине с нижним гребенным полем.

Задачами исследования являются:

• разработка математической модели, описывающей перемещения рабочих органов трясильной машины через параметры приводного механизма;

• математическое описание свойств материала, обрабатываемого в трясильных машинах: жесткости на сжатие и растяжение, коэффициента аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках;

• разработка математической модели взаимодействия рабочих органов трясильной машины с обрабатываемым материалом, позволяющей по заданным конструктивным параметрам трясильной машины определять степень очистки волокна и неравномерность слоя на выходе из машины;

• формулировка принципов рациональной организации процесса трясения.

Практическая цель работы - разработка рекомендаций по выбору конструктивных и технологических параметров трясильных машин, позволяющих повысить эффективность очистки волокна и повысить равномерность слоя на выходе из машины.

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводись с применением методов дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании лаборатории кафедры ТПЛВ КГТУ и в производственных условиях льнозавода Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена на основе общепринятых методов оценки и интерпретации при доверительной вероятности не ниже 0,95.

Математическое описание процессов и количественный их анализ осуществлялись в среде программы «MathCAD».

Для получения необходимых данных были изготовлены оригинальные экспериментальные установки, а также использованы известные тензометри-ческие методы исследований.

Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью программы «Excel».

Научная новизна работы заключается в том, что:

• математически описаны свойства материала, обрабатываемого в трясильных машинах: жесткость на сжатие и растяжение, коэффициент аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках, коэффициент трения о решетку;

•получена математическая модель перемещения материала в трясильной машине с нижним гребенным полем, учитывающая влияние действия сил аэродинамического сопротивления, направление действия сил трения при взаимодействии материала с рабочими органами, влияние участков слоя, находящихся в промежутках между иглами;

• впервые установлено, что при асимметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки свободные участки слоя, не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, создают условия для поступательного движения материала и влияют на скорость движения материала вдоль машины;

• впервые разработана математическая модель, описывающая условия сохранения природных свойств волокна при обработке в трясильных машинах с нижним гребенным полем.

Практическая полезность и реализация результатов.

Разработанные научные положения, выводы и рекомендации позволяют более обоснованно выбирать рациональные технологические и конструктивные параметры трясильных машин с нижним гребенным полем.

На основе разработанных теоретических положений были выданы исходные требования ООО «ПРОМТЕКС» по модернизации трясильной машины, рекомендации по настройке трясильных машин с нижним гребенным полем для льнозавода Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:

- IV Всероссийская научная конференция «ТЕКСТИЛЬ XXI века». - МГТУ им. Косыгина. - 2006;

- «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (Лен - 2006). - Кострома;

- Международная научно-техническая конференция «Повышение экономической эффективности льноперерабатывающего комплекса». - Вологда. - 2007;

- Всероссийская студенческая конференция «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству». - Кострома. - 2006,2008;

- Восьмая Всероссийская научная студенческая конференция «Текстиль ХХ1века» - МГТУ им. Косыгина. - 2009;

- 62 Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием «Молодёжь. Наука. Инновации - 2009». - Ярославль;

- Научно-техническая конференция «Дни науки-2009». - Санкт-Петербург. -2009.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, из которых 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК; 3 статьи в других изданиях; 2 патента на изобретение; 8 тезисов докладов на конференции.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав с выводами, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 162 страницах, имеет 71 рисунок и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, изложены цели и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведен аналитический обзор исследований, посвященных процессу трясения. Установлено, что ряд теоретических положений основывается на априорной трактовке явлений процесса трясения, не подтвержденных строгим количественным анализом.

Исследованием процесса трясения занимались А.П. Басилов, В.П. Нете-сов, Н.Н. Суслов, И.А. Турилова, Ю.Н. Тарунин, А.А. Агафонов, А.М. Ипатов, Т.К. Лихачева, В. А. Дьячков.

Анализ работ, посвященных исследованию процесса трясения, показал, что есть ряд нерешенных вопросов.

1. Не установлены причины и механизм поступательного перемещения обрабатываемого материала вдоль трясильной машины. Высказанные гипотезы причин поступательного перемещения обрабатываемого материала математически не обоснованы.

2. Отсутствует математическое описание влияния участков слоя, расположенных в промежутках между иглами и сил аэродинамического сопротивления перемещению материала на результат взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами машины.

3. Недостаточно изучены свойства обрабатываемого материала, влияющие на характер взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами (упругие свойства отходов трепания при деформации сжатия и растяжения; коэффициент трения материала о планки решетки; коэффи-

циента аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных

4. Не определены критерии выбора рациональных конструктивных и технологических параметров трясильных машин.

Решение поставленных задач позволит разработать алгоритм выбора конструктивных параметров трясильных машин по результатам расчета взаимодействия материала заданных свойств с рабочими органами машины.

На основе изучения состояния вопроса исследования сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе были определены зависимости, на основании которых можно производить количественный анализ перемещений, скоростей и ускорений рабочих органов при изменении конструктивных параметров привода трясильной машины.

Разработаны математические модели, позволяющие анализировать изменение угла опережения, угла размаха и вылета иглы, имея в качестве исходных данных параметры приводного механизма трясильной машины. На основе полученных зависимостей определены более рациональные (без увеличения массы подвижных элементов привода) способы регулирования угла опережения посредством смещения точки крепления шатуна к планке гребенных валиков и смещения оси вращения кривошипа (рис. 1).

В третьей главе приводится математическое описание свойства материала, обрабатываемого в трясильной машине.

потоках).

дВ

Рисунок 1. Способы регулирования угла опережения

Для моделирования взаимодействия материала с рабочими органами трясильной машины использован метод деления слоя на участи! (рис. 2).

Рисунок 2. Схема деления слоя на участки в продольном направлении

Определены зависимости для расчета массы и размеров участков, взаимодействующих с иглами (М2 и М4) и участков, находящихся в промежутках между иглами (М1 и МЗ).

Установлен эмпирический коэффициент для отходов трепания Кс> позволяющий определять величину напряжений в слое при деформации сжатия по зависимости В.И. Жукова. Определена эмпирическая зависимость, позволяющая рассчитывать величину напряжений в слое при деформации растяжения.

Определены значения коэффициента С, характеризующего аэродинамические свойства волокнистой массы при различной плотности слоя (рис. 3).

12 С

10 8 е

4

2

о

О 5 10 15 20 25

р, кг/и3

Рисунок 3. График зависимости коэффициента аэродинамического сопротивления материала от плотности навески

Полученные данные позволяют определять силу аэродинамического сопротивления, действующую на материал в процессе его перемещения.

В четвертой главе разработаны математические модели, описывающие ранее выдвинутые гипотезы о причинах перемещения материала вдоль трясильной машины.

Математически описана гипотеза, согласно которой причиной поступательного перемещения волокна вдоль машины является разность сил инерции, действующих на материал при движении иглы вперед и назад. Новизна модели заключается в том, что она учитывает действие сил аэродинамического сопротивления материала в воздушном потоке и направление действия сил трения материала при смещении по игле. На рис. 4. показаны силы, действующие на участок слоя М. Здесь обозначено (5 - вес участка слоя М; N -нормальная реакция иглы; Е^ - сила трения; Рк - Кориолисова сила инерции; Рпе - нормальная составляющая силы инерции; 7ХС - тангенциальная составляющая сила инерции; Рпа - сила аэродинамического сопротивления, действующая перпендикулярно игле; Р,а - сила аэродинамического сопротивления, действующая вдоль иглы; со„ - угловая скорость иглы.

Рисунок 4. Схема сил, действующих на участок слоя М при его взаимодействии с иглой

Получено дифференциальное уравнение, описывающее движение участка слоя М при его взаимодействии с иглой

£у

а

2 =-2/,«,

Л

2-т

2-\

-£(/„ЗШ(?>) + СО8(?0), (1)

где т - масса участка слоя М, кг; е - угловое ускорение иглы, рад/с ; сои -угловая скорость иглы, рад/с; рв -плотность воздуха, кг/м3; 5- площадь миделевого сечения участка слоя М, м2; § -ускорение свободного падения, м/с2;С - коэффициент аэродинамического сопротивления, /„ - коэффициент трения волокна по игле.

Расчет по модели показал (рис. 5), что материал сходит с иглы и движется поступательно в прямом направлении лишь в диапазоне угловых скорости приводного вала машины от 22 до 27 рад/с (рис. 5в), что противоречит экспериментальным данным, полученным Ю.Н. Таруниным, поэтому модель не в полной мере отражает механизм поступательного перемещения материала.

у, м

0,29

17

У, м

0,28

0,27

0,24

Ф.ГРВД

4>,г

0,20

У,м

0,26

/ ±1

\

У, М

0,28

0,27

0,24 »0 -20 .град

град

в г

Рисунок 5. Траектория движения участка слоя М в системе координат Уф за один цикл движения иглы: а) со=0-17 рад/с; б) «=17-22 рад/с; в) а>=22-27 рад/с; г) со=более 27 рад/с. Разработана математическая модель перемещения слоя материала при поперечном обжатии слоя между иглой и решеткой вблизи крайних положений иглы (рис. 6).

Рисунок 6. Схема сил, действующих на участок слоя М при его взаимодействии с иглой и решеткой

Уравнение (1) дополнено с учетом сил нормальной реакции решетки и силы трения материала о решетку.

л

- g(f¡, Бт^ - у/) + соь((р - у/)) +

N

(соэ(^) - 8Ш(д>) - /„ (5т(<р) + ¡р соэ(?>))). (2)

Установлено, например, что для трясильной машины ТГ-135 Л расчетная скорость движения материала вдоль решетки при сжатии волокна иглой и решеткой составляет 0,05-0,1 м/с, что меньше действительной, которая может составлять 0,1-1,0 м/с. Скорость иглы в крайнем переднем положении иглы, где происходит сход волокна, равна или близка к нулю, поэтому участок слоя не может получить ускорения, необходимого для перемещения вдоль решетки. Из сказанного выше следует, что данная модель не в полной мере отражает механизм поступательного перемещения материала.

Впервые разработана математическая модель, описывающая поступательное перемещение материала в трясильной машине, в которой учитывается влияние участков слоя, находящихся в промежутках между иглами (рис. 7).

Рисунок 7. Схема сил, действующих на участок М2 со стороны участков М1 и МЗ

Для расчета перемещений участка М2 уравнение (1) дополнено с учетом действия сил упругости со стороны участков М1 и МЗ

-£(/„ 5ш(<р - у/) + соб(р - и)

(3)

Составлены дифференциальные уравнения движения центров масс участков М1 и МЗ

л2

d^x dt2 :

pCS\

= -g-cos(i//)~-

2-m

N

pCS\

-g-sin(V)-f<"ш----

m

(4)

(5)

2-т т

Расчет перемещений материала показал, что на скорость перемещения слоя существенно влияет вылет иглы в крайнем переднем положении, скорость вращения приводного вала машины и коэффициент трения волокна по планкам решетки и иглам, что согласуется с экспериментальными данными, полученными Ю.Н. Таруниным (рис. 8 - рис. 11).

V, °.во

V, °.во

м/с

0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

15

20

25 30

to, рад/с

Рисунок 8. График зависимости скоро- Рисунок 9. График зависимости скости движения материала от угловой ско- роста движения материала от угловой рости ведущего вала машины (вылет иг- скорости ведущего вала машины лы 0,01м) (расчетные данные) (экспериментальные данные Ю.Н.

Тарунина)

-1,20-

-0,010 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

h„ м

Рисунок 10. График зависимости скорости движения материала от величины вылета иглы в крайнем положении

0,20 •

0,00"

рад/с -**=18 рад/с -О-ип=22 рад/с -*— Экспериментальные данные Ю.Н.Тарунина

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 060 ,«0 65

ТР

Рисунок 11. График зависимости скорости материала от коэффициента трения материала по решетке и угловой скорости ведущего вала машины

Установлено, что при асимметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки свободные участки слоя (М1 и МЗ), не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, имея необходимое ускорение, создают условия для поступательного движения материала и влияют на скорость его движения вдоль машины.

Установлено, что с повышением ускорений иглы растут силы упругости между участками М1М2 и М2МЗ, что может приводить к ухудшению структуры волокна.

В пятой главе разработаны принципы рациональной организации процесса трясения, позволяющие повысить эффективность данной технологической операции. Определены технологические настройки трясильной машины для эффективного удаления костры и выравнивания слоя по плотности. Установлено, что совмещение двух технологических операций в одной машине не позволяет добиться эффективного выполнения каждой из них, поэтому целесообразным является разделение по отдельным машинам операции удаления насыпной костры и выравнивания слоя по плотности.

Предложена технологическая схема подготовки отходов трепания перед куделеприготовительньм агрегатом, которая позволяет снизить потери тепла в сушильной машине на нагрев насыпной костры, а. также повысить равномерность влажности материала за счет более эффективного выравнивания по плотности слоя, подаваемого в сушильную машину (рис. 12). При установке перед сушильной машиной лишь одной трясильной машины (рис.12 а) следует ожидать сравнительно невысокую степень очистки отходов трепания от насыпной костры при достаточно высокой плотности слоя, либо фрагментарность и низкую выровненность слоя по плотности при сравнительно высокой степени очистки от насыпной костры.

ш

ш

— кпд

ттнтш.

-КПА

б

Рисунок 12. Варианты технологической схемы подготовки слоя отходов трепания перед куделеприготовительным агрегатом: 1 - разгрузитель отходов трепания; 2 - первая трясильная машина; 3 - сушильная машина; 4 - вторая трясильная машина.

Организация процесса подготовки по схеме 12 б более рациональна по следующим причинам. В первой трясильной машине 2 при сохранении фрагментарности слоя выделится максимальное количество костры. Во второй трясильной машине 3 происходит формирование слоя одинаковой плотности и дальнейшее удаление насыпной костры. В результате число гребенных валиков, через которые пройдет материал, увеличивается вдвое, что позволит снизить содержание насыпной костры перед сушильной машиной на 7-9%. При этом на входе в сушильную машину слой будет иметь хорошую выров-ненность по плотности.

В шестой главе приводятся результаты производственной проверки рекомендаций по совершенствованию технологического режима на льнозаводе Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома» Костромской области.

Технологические испытания режимов настройки трясильной машины показали, что

• из фрагментарного слоя костра выделяется более интенсивно;

• фрагментарность поступающего материала сохраняется за счет высокой скорости его движения в трясильной машине;

• при обработке фрагментарного слоя в первой трясильной машине не происходит повторного попадания костры из системы пневмотранспорта в материал, что позволяет снизить время обработки отходов трепания в трясильной машине;

• при малом количестве встряхивающих воздействий повышается неравномерность слоя на выходе из машины;

• выравнивание слоя по плотности целесообразно проводить во второй трясильной машине, где исключается повторное засорение непрерывного слоя насыпной кострой.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны математические модели, с помощью которых возможен расчет таких технологических параметров, как: угол размаха, угол опережения, вылет иглы по конструктивным параметрам привода (длина шатуна, радиус кривошипа, длина поводка, смещение приводного вала относительно гребенных валиков). Полученные зависимости позволили предложить новые, более рациональные способы регулирования угла опережения без увеличения массы подвижных элементов привода.

2. Математически описаны свойства материала, обрабатываемого в трясильных машинах: жесткость на сжатие и растяжение, коэффициент аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках, что позволяет использовать полученные данные для теоретических исследований.

3. Установлено, что при асимметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки свободные участки слоя, не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, способствуют поступательному перемещению материала и определяют скорость его движения вдоль машины.

4. Расчет перемещений материала по полученным зависимостям показал, что на скорость перемещения слоя существенно влияет вылет иглы в крайнем переднем положении, плотность материала, скорость вращения приводного вала машины и коэффициент трения волокна по планкам решетки и иглам. Сравнительный анализ данных, полученных расчетом по математической модели, и экспериментальных данных, полученных Ю.Н. Тару-ниным, доказал адекватность полученных моделей.

5. Разработанная математическая модель взаимодействия игл гребенных валиков с обрабатываемым материалом позволяет рассчитать скорость движения слоя и силы упругих деформаций в материале при различных параметрах процесса трясения, что позволяет на стадии проектирования машины определить количество и интенсивность встряхивающих воздействий, которое получит материал при обработке, и, как следствие, оценить технологический эффект процесса трясения.

6. Расчет перемещений слоя показал, что с ростом угловых ускорений иглы возрастают силы упругих деформаций между участками слоя, что может быть причиной нарушения структуры слоя и деструкции технических волокон.

7. Установлено, что совмещение двух технологических операций в одной

" 'машине не позволяет добиться эффективного выполнения каждой из них,

поэтому целесообразным является разделение по отдельным машинам операции удаления насыпной костры и выравнивания слоя по плотности.

8. Предложена технологическая схема подготовки отходов трепания перед куделеприготовительным агрегатом, которая позволяет снизить потери тепла в сушильной машине на нагрев насыпной костры, а также повысить равномерность влажности материала за счет подачи в сушильную машину более равномерного слоя. Определены технологические настройки трясильной машины для эффективного удаления костры и выравнивания слоя по плотности.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Статьи в журналах, включенных в «Перечень....» ВАК

1. Дьячков В.А. Определение закона перемещения иглы в трясильных машинах с нижним гребенным полем/ В.А. Дьячков, И.А. Ширшов И.А./ / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2006. - №6. - С.32-48.

2. Ширшов И.А. Определение перемещений волокнистого материала в трясильных машинах с нижним гребенным полем/ И.А. Ширшов / / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. — 2008. -№3.

3. Ширшов И.А. Перемещение материала в трясильных машинах с нижним гребенным полем с учетом влияния участков слоя, не взаимодействующих с иглами/ И.А. Ширшов / / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2008. - №3с.

Другие публикации

4. Ширшов И.А. Определение угла опережения в трясильных машинах с нижним гребенным полем / Ширшов И.А. / / Вестник КГТУ. - 2006. -№13.

5. Ширшов И.А. Причины повреждения волокна в трясильных машинах с нижним гребенным полем / И.А. Ширшов / / Вестник КГТУ. - 2007. -№15.

6. Ширшов И.А. Перемещения волокна в трясильной машине с нижним гребенным полем/ И.А. Ширшов / / Вестник КГТУ. - 2008. - №17.

Охранные документы

7. Привод гребенных валиков трясильной машины: Патент RU №2220129.. Бюл. №11 / Дьячков В.А., Ширшов И.А. - Опубл. 27.07.08

8. Устройство отделения костры от волокна: Патент RU №2006143306./ Ширшов И.А.- Опубл. 06.12.07.

Тезисы докладов на конференции 9. Ширшов И.А. Определение угла опережения в трясильных машинах с нижним гребенным полем / И.А. Ширшов // «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2006). -МГТУ им.Косыгина. - 2006. Ю.Ширшов И.А. Математическая модель перемещения иглы в трясильных машинах с нижним гребенным полем / И.А. Ширшов // «Современные

наукоемкие инновационые технологии развития промышленности региона» (Лен - 2006)». - Кострома: Изд. гос. технол. ун-та, 2006.

П.Ширшов И.А. Влияние направления вращения кривошипа на характер протекания процесса трясения / И.А. Ширшов // Повышение экономической эффективности льноперерабатывающего комплекса. Матер, меж-дунар. научн.-техн. конф..- Вологда, 2007г.

12.1Ниршов И.А. Сравнение законов перемещения иглы в трясильных машинах с нижним гребенным полем / И.А. Ширшов II Студенты и молодые ученые КГТУ— производству: Материалы 58-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов. - Кострома: Изд-во КГТУ, 2006.

13.Ширшов И.А. Технические решения, направленные на улучшение динамики привода трясильных машин с нижним гребенным полем П И.А. Ширшов // Студенты и молодые ученые КГТУ - производству: Материалы 60-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов. - Кострома: Изд-во КГТУ, 2008.

14.Ширшов И.А. Взаимодействие материала с рабочими органами в трясильных машинах с нижним гребенным полем / И.А. Ширшов // Восьмая Всероссийская научная студенческая конференция «Текстиль ХХ1века» -МГТУ им.Косыгина. - 2009.

15.Ширшов И.А. Определение скоростей и ускорений иглы в трясильных машинах с приводом дезаксиальным четырехзвенным механизмом / И.А. Ширшов // 62 Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием «Молодёжь. Наука. Инновации - 2009» - г. Ярославль.

16. Ширшов И.А. Условия оптимального протекания процесса трясения. / И.А. Ширшов // Научно-техническая конференция «Дни науки-2009». - Санкт-Петербург, 2009 г.

Ширшов Илья Александрович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРЯСИЛЬНЫХ МАШИН С НИЖНИМ ГРЕБЕННЫМ ПОЛЕМ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 15.10.2009. Печ. л. 1,0. Заказ 654. Тираж 100. РИО КГТУ, Кострома, ул. Дзержинского, 17

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТРЯСИЛЬНЫХ МАШИН С НИЖНИМ ГРЕБЕННЫМ ПОЛЕМ.

1.1. Обзор известных исследований.

1.2. Анализ конструктивных решений существующих трясильных машин

1.3. Выводы по главе 1.

2. АНАЛИЗ КИНЕМАТИКИ ПРИВОДА КРИВОШИПНО-ШАТУННЫМ МЕХАНИЗМОМ.

2.1. Определение угловых перемещений, скоростей и ускорений иглы.

2.2. Определение зависимости угла опережения, угла размаха, вылета иглы в крайнем переднем положении от конструктивных параметров привода

2.3. Способы регулирования угла опережения.

2.4. Способ снижения ударных нагрузок в приводе.

2.4. Выводы по главе 2.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА И ПОВЕРХНОСТЕЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ.

3.1. Определение площади, массы участка слоя, взаимодействующего с иглой

3.2. Определение деформаций материала при растяжении и сжатии.

3.3. Определение коэффициента трения материала о решетку.

3.4. Определение аэродинамического коэффициента материала.

3.5. Выводы по главе 3.

4. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАТЕРИАЛА С РАБОЧИМИ

ОРГАНАМИ ТРЯСИЛЬНОЙ МАШИНЫ.

4.1. Дифференциальное уравнение движения материала при взаимодействии с иглой/.

4.2. Перемещение участка слоя материала при его взаимодействии с иглой и решеткой в крайнем переднем положении.

4.3. Перемещение участка слоя материала с учетом влияния участков слоя, не взаимодействующих с иглами.

4.4. Закономерности процесса трясения.

4.4. Выводы по главе 4.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ МАШИНЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОЕ ПРОТЕКАНИЕ ПРОЦЕССА ТРЯСЕНИЯ.

5.1. Принципы организации процесса трясения.

5.2. Параметры рациональной схемы привода.

5.3. Выводы по главе 5.

6. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

Выводы по главе 6.

Обзор публикаций и современного состояния техники показал, что в условиях жесткой конкуренции снижение металлоемкости, энергоемкости производства, обновление производственной базы становится насущной задачей. Отрасль первичной обработки лубяных волокон (ПОЛВ) нуждается в экономичном, производительном оборудовании с высокими технологическими характеристиками.

Трясильные машины с нижним гребенным полем выполняют важную функцию подготовки слоя отходов трепания перед обработкой в куделеприго-товительных агрегатах. В первой трясильной машине из отходов трепания выделяется основная масса насыпной костры и сорных примесей, что непосредственно влияет на качество конечной продукции. Снижение неровноты отходов трепания по толщине приводит к повышению КПВ работы куделеприготови-тельного агрегата за счет снижения количества забивок и намотов в трепальных секциях агрегата, при этом повышается прочность получаемого волокна.

Повышение технологического эффекта процесса трясения путем увеличения интенсивности и количества встряхивающих воздействий приводит к ухудшению структуры волокна и потере его прочности. В связи с этим работа, направленная на определение путей повышения эффективности процесса трясения, является актуальной.

Цель работы — повышение эффективности процессов очистки и выравнивания слоя отходов трепания при обработке в трясильной машине с нижним гребенным полем.

Задачей исследования является установление закономерных связей параметров обрабатываемого материала с технологическими и конструктивными параметрами трясильной машины, а именно:

• разработка математической модели взаимодействия рабочих органов трясильной машины с перерабатываемым материалом, описывающей скорость поступательного перемещения материала вдоль трясильной машины;

• математическое описание свойств обрабатываемого материала, влияющих на характер взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами;

• формулировка принципов рациональной организации процесса трясения;

• установление путей повышения эффективности процесса трясения.

Практическая цель работы — разработка рекомендаций по выбору конструктивных и технологических параметров трясильных машин, позволяющих повысить эффективность очистки волокна и равномерность слоя на выходе из машины.

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования про-водись с применением методов дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании лаборатории кафедры ТПЛВ КГТУ и в производственных условиях льнозавода Шог лоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена на основе общепринятых методов оценки и интерпретации при доверительной вероятности не ниже 0,95.

Математическое описание процессов и количественный их анализ осуществлялись в среде программы «MathCAD».

Для получения необходимых данных были изготовлены оригинальные экспериментальные установки, а также использованы известные тензометриче-ские методы исследований.

Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью программы «Excel».

Научная новизна работы заключается в том, что:

• установлено, что при ассиметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки, свободные участки слоя, не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, способствуют поступательному перемещению материала и влияют на скорость его движения вдоль машины;

• разработана математическая модель перемещения материала в трясильной машине с учетом влияния участков слоя, находящихся в промежутках между иглами;

• получены математические модели, описывающие технологические параметры (угол опережения, угол размаха, вылет иглы в крайнем переднем положении) через параметры механизма привода рабочих органов машины;

• математически описаны свойства материала, обрабатываемого в трясильных машинах: жесткости на сжатие и растяжение, коэффициента аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках, коэффициента трения о решетку;

• разработана математическая модель, описывающая условия сохранения природных свойств волокна при обработке в трясильных машинах с нижним гребенным полем;

• сформулированы принципы рациональной организации процесса трясения.

Практическая полезность и реализация результатов.

Разработанные научные положения, выводы и рекомендации позволяют более обоснованно выбирать рациональные технологические и конструктивные параметры трясильных машин с нижним гребенным полем.

На основе разработанных теоретических положений были выданы исходные требования ООО «ПРОМТЕКС» по модернизации трясильной машины, рекомендации по настройке трясильных машин с нижним гребенным полем для льнозавода Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:

- IV Всероссийская научная конференция «ТЕКСТИЛЬ XXI века». - МГТУ им. Косыгина. - 2006;

- «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (Лен - 2006). - Кострома;

- Международная научно-техническая конференция «Повышение экономической эффективности льноперерабатывающего комплекса». - Вологда. -2007;

- Всероссийская студенческая конференция «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству». - Кострома. - 2006, 2008;

- Восьмая Всероссийская научная студенческая конференция «Текстиль ХХ1века» - МГТУ им. Косыгина. - 2009;

- 62 Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием «Молодёжь. Наука. Инновации — 2009». — Ярославль;

- Научно-техническая конференция «Дни науки-2009». - Санкт-Петербург. -2009.

Основные выводы по результатам исследований.

1. Получены зависимости (2.6)—(2.9), на основании которых можно производить количественный анализ перемещений рабочих органов при изменении параметров привода трясильной машины, что позволяет обоснованно выбирать конструктивные параметры трясильной машины.

2. Разработаны математические модели (2.13), (2.16), с помощью которых возможен расчет таких технологических параметров, как: угол размаха, угол опережения, вылет иглы по конструктивным параметрам привода.

3. Для моделирования взаимодействия материала с рабочими органами трясильной машины использован метод деления слоя на участки. Определены зависимости для расчета размеров участков, взаимодействующих с иглами и участков, находящихся в промежутках между иглами (3.8), (3.9). Установлены эмпирические зависимости, позволяющие по величине прикладываемой нагрузки определять величину относительной деформации материала при растяжении и сжатии (3.13), (3.22). Определены значения коэффициента, характеризующего аэродинамические свойства отходов трепания для различной плотности материала (табл. 6).

4. Расчетом по модели, описывающей взаимодействие материала, находящегося в контакте с иглой с учетом действия сил аэродинамического сопротивления и направления действия сил трения (зависимость (4.12)) установлено, что разность сил инерции, действующих на материал при движении иглы вперед и назад, не может являться причиной его поступательного перемещения вдоль машины.

5. Расчетом по модели, описывающей взаимодействие участка слоя с иглой и решеткой в крайних положениях иглы (зависимость (4.26)) установлено, что при поперечном обжатии материал покидает иглу, однако не имеет достаточной скорости для поступательного перемещения вдоль машины.

6. Разработана математическая модель перемещения материала в трясильной машине с учетом влияния участков слоя, находящихся в промежутках между иглами (4.41), (4.44), (4.45), которая позволила уточнить механизм перемещения обрабатываемого материала вдоль трясильной машины. Установлено, что при асимметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки свободные участки слоя, не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, способствуют поступательному перемещению материала и влияют на скорость его движения вдоль машины.

7. Расчет перемещений материала по зависимостям (4.41), (4.44), (4.45) показал, что на скорость перемещения слоя существенно влияет вылет иглы в крайнем переднем положении, скорость вращения приводного вала машины и коэффициент трения волокна по планкам решетки и иглам. Сравнительный анализ зависимостей, полученных расчетом по математической модели и экспериментальных данных, полученных Ю.Н. Тару-ниным [9], показал адекватность полученных математических моделей.

8. Анализ перемещений слоя показал, что с ростом угловых ускорений иглы возрастают силы упругих деформаций между участками слоя, что может быть-причиной нарушения структуры слоя и деструкции технических волокон.

9. Разработаны принципы рациональной организации процесса трясения, позволяющие повысить эффективность данной технологической операции. На основе принципов разработаны технологические настройки для эффективного удаления костры и выравнивания слоя по плотности.

10. Установлено, что совмещение двух технологических операций в одной машине не позволяет добиться эффективного выполнения каждой из них, поэтому целесообразным является разделение по отдельным машинам операции удаления насыпной костры и выравнивания слоя по плотности.

11. Предложена технологическая схема подготовки отходов трепания перед куделеприготовительным агрегатом (рис. 5.66), которая позволяет снизить потери тепла в сушильной машине на нагрев насыпной костры, а также повысить равномерность влажности материала за счет подачи в сушильную машину более равномерного слоя.

12.Предложена схема технологической линии получения короткого волокна (рис. 5.7), позволяющая использовать трясильные машины в качестве питателей для получения слоя заданных параметров.

13. Производственные испытания на льнозаводе Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».доказали рациональность разработанных рекомендаций. Предложения по совершенствованию режимов работы трясильных машин приняты к использованию льнозаводом Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».

14. Определены более рациональные способы регулирования угла опережения без увеличения массы подвижных элементов привода (рис. 2.7).

15. Разработаны и внедрены технические решения по модернизации трясильной машины (заказчик ООО «ПРОМТЕКС», см. Приложение 1). Выданы рекомендации по настройке трясильных машин для льнозавода Шолоховского подразделения ООО «Магрико—Кострома».(заказчик ООО «Магриком», см. Приложение 2).

16. Новизна технических решений, разработанных в диссертационной работе, подтверждена двумя патентами на изобретение Российской Федерации.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Басилов А.П. Попытка теоретического сравнения трясилок ТК и КП-1/ А.П. Басилов / / Льнопенькоджутовая промышленность. 1937. — №2.

2. Нетесов В.П. О механизме качания гребенных валов трясильных механизмов куделеприготовительных машин для кенафа/ В.П. Нетесов / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1959. — №1.

3. Нетесов В.П. О проектировании гребенных валов трясильных механизмов/ В.П. Нетесов / / Технология текстильной промышленности. — 1958. — №6.

4. Суслов Н.Н. Анализ явлений, происходящих в гребенном поле трясильной машины ТГ-135-Л / Н.Н. Суслов, И.А Турилова / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1959. — №6.

5. Суслов Н.Н. Число воздействий и пропускная способность трясильной машины ТГ-135-Л/ Н.Н. Суслов, Ю.Н. Тарунин / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1968. — №6.

6. Суслов Н.Н. О плотности игл в гребенном поле трясильной машины ТГ-135-Л / Н.Н. Суслов, Ю.Н. Тарунин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1966. — №6.

7. Агафонов А.А. Разработка технологии и создание куделеприготовитель-ного оборудования для льняного луба: дис. . канд. техн. наук / Агафонов А.А. Кострома: КТИ, 1983.

8. Смирнов Б.И. Проектирование машин первичной обработки лубяных волокон: учебник / Б.И. Смирнов, Г.К. Кузнецов. — М.: Машиностроение, 1967.-263 с.

9. Тарунин Ю.Н. Исследование процесса трясения отходов трепания в машинах с нижним гребенным полем: дис. . канд. техн. наук / Тарунин Ю.Н. Кострома: КТИ, 1966.

10. Горбунова А.Г. Исследование технологии получения пряжи из химически обработанного в массе короткого льняного волокна: дисс. . канд. техн. наук / А.Г. Горбунова. Кострома: КТИ, 1981.

11. Дьячков В.А. Проектирование машин для первичной обработки лубяных волокон: учебник / В.А. Дьячков. — Изд. 2-е перераб. и доп. — Кострома: Изд-во Костромского гос. технол. ун-та, 2006. 232с.

12. Трифонов В.Г. Количественная и качественная характеристика отходов трепания / В.Г. Трифонов / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1959. №7.

13. Внуков В.Г. Разработка и исследование технологических параметров дезинтегратора для получения короткого льняного волокна: дисс. . канд. техн. наук / В.Г. Внуков. Кострома: КТИ, 1989.

14. Павловский Е.И. Дезинтегратор для отделения костры от короткого волокна / Е.И. Павловский, В.Г. Внуков, С.К. Миндовский, В.А. Мараманов / / Технические культуры. — 1990. №3.

15. Комаров Б.П. Влияние сжатия льняных волокон в массе на их структуру и механические свойства: дис. . канд. техн. наук / Б.П. Комаров. — Кострома : КТИ, 1965.

16. Дербенев А.С. Разработка технологии получения из льняной тресты однотипного ориентированного волокна в ленте: дис. . канд. техн. наук / А.С. Дербенев. — Кострома: КТИ, 1983.

17. Марков B.B. Первичная обработка лубяных волокон: учебник для студентов вузов текстильной промышленности / В.В. Марков, Н.Н. Суслов, В.Г. Трифонов, A.M. Ипатов. — М.: Легкая индустрия, 1974.

18. Синицина М.А. Исследование трения лубоволокнистых материалов в приложении к технологическим процессам первичной обработки: дис. . канд. техн. наук / М.А. Синицина. Кострома : КТИ, 1970.

19. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. М.: Наука, 1978.-765 с.

20. Старжинский В.М. Теоретическая механика. Учебник: Краткий курс по полной программе втузов / В.М. Старжинский. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. 464 с.

21. Кузнецова Н.С. Аналитическое определение деформации порции волокнистого материала в массе при сжатии / Н.С. Кузнецова, В.И. Жуков / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2004. — №6. — С. 37-38.

22. Кузнецова Н.С., Жуков В.И. Растяжение волокнистых материалов в массе / Н.С. Кузнецова, В.И. Жуков / / Сборник научных трудов молодых ученых КГТУ. Кострома, 2003. - Вып.4. - С.76-81.

23. Жуков В.И. Исследование вязкости волокнистого материала в массе при деформации сжатия / В.И. Жуков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2000. - №2. - С. 16-20.

24. Scutching machines Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.vanhauwaertmachines.be

25. Shakers Электронный ресурс. Режим доступа: http ://www. vandommele.be

26. Scutching Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.demtec.be

27. Tow scutching line Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.charle.be

28. Трясильная машина: патент № 1689447 А1 D 01 В 1/20. / В.И. Достовалов и Ф.Н. Романюк. От 21.04.89.

29. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 996531 D 01 В 1/16. / А.Н. Лукинов. Приоритет от 15.02.83.

30. Установка для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1484834 А1 D 01 В 1/24. / В.П. Щекотов, X. Ерматов, А. Алимходжаев и Л.В. Коваленко. От 21.10.87.

31. Способ отделения короткого волокна лубяных культур от костры путём просеивания смеси на колеблющейся перфорированной поверхности : патент № 1010163 A D 01 В 1/10; / Т.П. Мухин, В.И. Смаглий, П.Т. Фед-ченко и А.А. Кульчицкий. — От 12.03.80.

32. Устройство для выделения костры из потока отходов трепания лубяных культур: патент № 1532609 А1 D 01 В 1/10, 1/42. / Х.М. Бабаев и А.Ю. Гаранин. От 18.12.87.

33. Устройство для трясения лубоволокнистого материала: патент № 1440966 А1 D 01 В 1/16, 1/24. / Р.Г. Ибрагимов, П.М. Остриков, В.И. Римкевич иТ.П. Старовойтов. От 26.05.86.

34. Устройство для трясения лубяных волокон: патент № 1379351 Al. D 01 В 1/24, 1/46. / Ф.З. Агишев и М.М. Мирагзамов. От 21.11.85.

35. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1356540 Al D 01 В 1/16. / П.М. Остриков, Е.В. Кислов и Л.В. Суслопа-рова. От 03.03.86.

36. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1602884 А1 D 01 В 1/16. / Е.В. Кислов и И.А. Митин. От 05.12.88.

37. Установка для выделения волокна из мокрых отходов трепания лубяных культур: патент № 745967 D 01 В 1/10 D 01 В 1/42. / B.C. Офицеров, А.Б. Новиков, А.В. Мемешкин и др. Приоритет от 07.07.80.

38. Установка для получения короткого волокна: патент № 1348388 А1 D 01 В 1/10, 1/16. / И.Н. Левитский, В.Г. Внуков, A.M. Ипатов, А.Н. Пигалов, Л.В. Суслопарова, П.М. Остриков, Е.В. Кислов, Ф.А. Осипов и Ю.Л. Лебедев.-От 15.04.85.

39. Устройство для очистки лубоволокнистого материала: патент № 1652384 А1 D 01 В 1/32, 1/40 // D 01 G 9/00. / В.Б. Соколов, Н.Н. Суслов. От 13.02.89.

40. Устройство для отделения костры от волокон лубяных культур: патент № 368353 D 01 b 1/24. / A.M. Ипатов, В.В. Щечкин. Приоритет от 26.01.1973.

41. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1641903 А1 D 01 В 1/16. / Е.В. Кислов, П.М. Остриков, И.А. Митин, Б.Н. Матвеев.-От 11.07.89.

42. Устройство для отделения волокна от костры: патент № 1712478 А1 D 01 В 1/24, D 01 G 9/02. / Е.И. Павловский, В.А. Мараманов, С.К. Миндов-ский. От 20.04.90.

43. Дьячков В.А. Определение закона перемещения иглы в трясильных машинах с нижним гребенным полем/ В.А. Дьячков, И.А. Ширшов И.А./ / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2006. — №6. - С.32-48.

44. Ширшов И.А. Определение угла опережения в трясильных машинах с нижним гребенным полем / Ширшов И.А. / / Вестник КГТУ. 2006. — №13.

45. Ширшов И.А. Причины повреждения волокна в трясильных машинах с нижним гребенным полем / И.А. Ширшов / / Вестник КГТУ. 2007. — №15.

46. Ширшов И.А. Перемещение материала в трясильных машинах с нижним гребенным полем с учетом влияния участков слоя, не взаимодействующих с иглами/ И.А. Ширшов / / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. — 2008. №3с.

47. Привод гребенных валиков трясильной машины: Патент RU №2220129. Бюл. №11 / Дьячков В.А., Ширшов И.А. Опубл. 27.07.08

48. Устройство отделения костры от волокна: Патент RU №2006143306./ Ширшов И.А. Опубл. 06.12.07.

49. Способ формирования паковок стеблеволокнистых материалов; Патент RU №2259920./ Дьячков В.А., Соболев И.А. Опубл. 10.09.05, Бил.№25.