автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка и исследование разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов с многоступенчатой очисткой

На правах рукописи

9<

Мкртумян Альберт Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРЫХЛИТЕЛЯ-ОЧИСТИТЕЛЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКОЙ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка

текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005548196

Кострома 2014

1 5 МАЙ 2014

005548196

Работа выполнена в текстильном институте федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный политехнический университет» (Текстильный институт ИВГПУ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Хосровян Гайк Амаякович

Официальные оппоненты: Плеханов Алексей Федорович

доктор технических наук, профессор кафедры экономики предпринимательства ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»,

Оренбах Семён Борисович

кандидат технических наук, ООО ПКФ «Центральный научно-исследовательский Институт технологической оснастки текстильного оборудования» (ОАО «ЦНИИМашдеталь»), нач. отдела

Ведущая организация - ООО ПКФ «ИВТЕКСМАШ» , г. Иваново

Защита состоится 25 июня 2014 г. в 1200 на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в ФГБОУ ВПО «Костромском государственном технологическом университете» по адресу: 156005, г. Кострома, ул. Дзержинского, 17. ауд. Б-106.

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

Текст автореферата размещен на сайте ВАК РФ: http://vak2.ed.gov.ru, и на сайте ФГБОУ ВПО «КГТУ»: http:// www.kstu.edu.ru/.

Автореферат разослан мая 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.093.01 доктор технических наук, профессор

Г.К. Букалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы заключается в решении проблем в области совершенствования технологических процессов разрыхления и очистки волокнистой смеси с целью разработки современного разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой и теоретического исследования этих процессов, их математического описания и оптимизации.

В процессе разрыхления и очистки волокнистая смесь проходит через технологические зоны, ряд которых в настоящее время не имеет обоснованных математических моделей для описания процессов, протекающих в них. Это, в частности, касается процесса движения волокнистой смеси в зоне питания разрыхлителя-очистителя, процесса регулирования равномерности по массе выпускаемого разрыхлителем-очистителем продукта, а также процесса очистки в зоне выхода волокнистого продукта в трубопровод.

Таким образом, становятся актуальными теоретические исследования, описывающие технологические процессы, протекающие на разработанном разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой, а также экспериментальные исследования процесса поведения волокнистой смеси, в том числе, ее сжатия, и определение характеристик сжимаемости конкретной волокнистой смеси.

Кроме того, актуальным является теоретическое исследование влияния засоренности на распределение плотности волокнистой смеси по высоте шахты-бункера. Очевидно, что для каждого состава смеси существуют свои физико-механические особенности, которые привносят свою специфику на процесс сжатия волокон, а также существует взаимосвязь между физико-механическими характеристиками, составом, засоренностью и первоначальной разрыхлен-ностью волокнистой смеси.

Своевременным является разработка регулятора линейной плотности для разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы на основе получения математической модели для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистого материала на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой.

При исследовании процесса очистки в зоне выхода волокнистого в трубопровод необходимым является разработка методики и получения зависимости для определения смещения сорной частицы, которое происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих в результате движения волокнистой массы и благодаря форме трубопровода, а также получение численного значения величины смещения сорной частицы>и определение оптимального расхода воздуха для удаления сорных частиц.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в разработке разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой, повышающего эффективность процессов разрыхления и очистки волокнистых материалов, обеспечивающего равномерное питание последующих машин и повышение качества полуфабриката и пряжи.

Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- исследование механики прохождения волокнистой массы через бункеры и применение закона распределения волокнистой массы в пневматических распределителях;

- вывод уравнения движения волокнистой массы в шахте бункерного питателя с учетом влияния геометрических параметров питателя, механических характеристик питающей смеси, засоренности питающей смеси, давления воздуха в распределительном канале;

- разработка и апробация разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой, оснащенного бункерным питателем с оптимизированными параметрами на основе полученных аналитических зависимостей;

- получение аналитических зависимостей для технологического расчета процесса бункерного питания различной засоренной волокнистой смесью на разработанном разрыхлителе-очистителе;

- определение эмпирических зависимостей, связывающих плотность волокнистой массы в шахте бункера с оказываемым на нее давлением и ее физико-механическими характеристиками, составом, засоренностью и первоначальной разрыхленностью, на основе экспериментальных исследований;

- получение математической модели для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистой массы на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой для обеспечения равномерного питания последующей машины;

- разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы, которая происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих благодаря движению волокнистой массы и форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.

Объект исследования - технологические процессы разрыхления, многоступенчатой очистки и выравнивание волокнистого материала.

Предмет исследования - разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очистки, бункерный питатель, регулятор линейной плотности, изогнутая часть трубопровода для отвода волокнистой массы.

Методы исследований. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, аналитической геометрии, теории дифференциальных уравнений в обыкновенных и частных производных, численные методы прикладной математики. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном и действующем производственном оборудовании с использованием стандартных методик и современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена на ЭВМ с применением современного математического программного пакета МАТЬАВ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в совершенствовании теории механики прохождения волокнистой массы через бункеры и применение законов распределения волокнистой массы в пневматических распреде-

лителях. В рамкахразвития данной теории впервые получены следующие научные результаты:

- выведено на основе законов механики уравнение движения волокнистой смеси в шахте бункерного питателя с учетом величины засоренности;

- разработана математическая модель для расчета плотности засоренной волокнистой смеси в зависимости от плотности волокнистой составляющей, плотности сора и засоренности;

- получена аналитическая зависимость, связывающая величину высоты столба волокнистой смеси с геометрическими параметрами бункера, с механическими характеристиками питающей смеси, с ее засоренностью и величиной среднего давления воздуха в шахте бункерного питателя;

- разработана методика расчета давления в шахте бункерного питателя в зависимости от геометрических параметров питателя и механических характеристик питающей смеси;

- разработаны номограммы для определения численных значений давления воздуха в зависимости от плотности питающей смеси.

Разработан и исследован новый разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, обеспечивающий полный съем волокон с пильчатого барабана с одновременным повышением эффективности очистки и снижением неровноты волокнистого продукта. В рамках теоретического исследования разработанного нового разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой получены следующие научные результаты:

- получены аналитические зависимости для расчета величины высоты слоя засоренного волокнистого продукта в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя с учетом состава волокнистой смеси, величины ее засоренности, давления воздуха в столбе смеси в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя;

- разработана методика и построены номограммы расчета давления воздуха в зависимости от плотности, поступающей в бункер разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смеси;

- получены аналитические зависимости для различных вариантов технологического расчета процесса бункерного питания разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смесью;

- разработан регулятор линейной плотности для разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы. Получена математическая модель для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистого материала на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой;

- разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы, которая происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих в результате движения волокнистой массы и благодаря форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Промышленная реализация результатов работы выполнена в условиях ООО «Фурмановская прядильно-ткацкая фабрика №1» г. Фурманов, ОАО «ЮПТФ», ОАО «Мануфактура Балина» г. Южа (Ивановская область), ОАО «Камешковский текстиль», ГП «СИРИУС» г. Москва.

Отдельные результаты внедрены в учебный процесс ИГТА в виде лабораторных работ, предназначенных для студентов, обучающихся по специальности 150601 Материаловедение и технологии новых материалов и покрытий.

Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях при разработке нового оборудования, а также в вузах при изучении студентами специальных дисциплин, в курсовом и дипломном проектировании и научно-исследовательской работе студентов.

Техническая новизна подтверждена патентом РФ на изобретение№ 2361022.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2006...2011, 2013), ИГТА, Иваново; на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс, г. Иваново, 2006...2010, 2013), ИГТА, Иваново; на межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РосЗИТЛП, Москва, 2006 г.; на межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ», Кострома, 2007; на заседаниях кафедры.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 20 печатных работ. Из них три статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» и патент на изобретение, входящие в рекомендованный перечень ВАК, одна статья в журнале «Известия Ивановского отделения Петровской академии наук и искусств», 15 работ в сборниках материалов научных конференций различного уровня.

Личный вклад авторав получение результатов, изложенных в диссер-тации.Постановка задачи, выбор методов и направлений исследований, обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежит автору. Выбор и разработка методик аналитического и экспериментального исследования при определении характера изменения плотности волокнистых смесей от давления, а также при определении эффективности использования разработанного разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой в технологической линии на технологические показатели вырабатываемого полуфабриката и пряжи выполнены автором при участии научного руководителя.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения с основными выводами по работе, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 167 страницах печатного текста, содержит 4 таблицы, 36 рисунков, список использованной литературы из 125наименований. Приложения включают пять актов внедрения результатов научно-исследовательских работ, изложенных на 9 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проанализировано современное состояние решаемой проблемы и конкретизированы задачи исследования.

Выполнен обзор научных публикаций, освещающих проблему получения постоянной по толщине волокнистой смеси на выходе из бункера, а также питание последующих машин. Отмечено, что для качественного протекания технологического процесса бункерного питания, необходимы экспериментальные исследования процесса поведения волокнистой смеси в шахте бункера, в том числе, ее сжатия, и определение характеристик сжимаемости конкретной волокнистой смеси, в зависимости от ее засоренности, состава и физико-механических особенностей.

В результате изучения научной информации по механике движения волокна в шахте бункерного питателя, приведенной в работах российских и зарубежных ученых, пришли к выводу, что имеет место расхождение экспериментальных данных и расчетных. Причина выявленного расхождения заключается в применении методик моделирования процесса бункерного питания, которые не учитывали засоренность поступающей в бункер волокнистой смеси. То есть, если в технологическую цепочку оборудования включить бункерные питатели, которые спроектированы для работы со смесями низкой засоренности, то для расчета работы этих систем при высокой засоренности питающей смеси необходимо создать новую методику.

Значительный вклад в развитие теории и практики подготовки полуфабриката в прядильном производстве внесли отечественные ученые, такие как А.Г. Севостьянов, И.Г. Борзунов, Н.М. Ашнин, В.Д. Фролов, Ф.М. Плеханов, В.И. Талиев, В.Г. Гончаров, Б.В.Усенко, Р.В. Корабельников, В.И. Жуков, Г.А. Хос-ровян, Б.И.Козлов, А.Г. Новичкова, A.C. Акобджанян, B.C. Гольдберг, И.С. Тарасова, И.Н. Мосюшенко, B.C. Гольдбег, В.Б. Николаев, Л.Г. Новичкова, З.М. Александрова, Н.С. Тарасова, В. А. Андреев, Л.Н. Гинзбург, В.П. Хавкин, Ю.М. Винтер, A.C. Молчанов, К.В. Сергеев и др.

Выполнен анализ и дана оценка состояния современной техники и технологии прядильного производства и направления их развития на примере таких фирм, как Rieter, Trutzschier, Marzoli и др. Выявлено, что известные методики описания процесса поведения волокнистой смеси в бункере, являются неполными и не учитывают при моделировании законов механики и влияния геометрических параметров питателя, механических характеристик питающей смеси, засоренности питающей смеси по всей высоте столба смеси в бункере и давления воздуха в распределительном канале.

Для восстановления и развития отечественной текстильной промышленности необходимо двигаться в направлении разработки нового технологического оборудования. Так, разработка нового разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой и теоретическое обоснование его в виде математических моделей, а также, при возможности, подтверждение этих моделей экспериментальными данными, полученными в лабораторных или производственных условиях, может значительно повысить производительность пневмомеханических прядильных машин, повысить стабильность технологического процесса улучшить качество и расширить ассортимент выпускаемой продукции.

Во второй главерассматривается математическое моделирование процесса движения разрыхленного засорённого волокнистогопродукта в шахте бункерного питателя.

С целью построения математической модели для оптимизации распределения волокнистых потоков по бункерным питателям, имеющим определенные геометрические параметры: а - расстояние между передней и задней стенками бункера, Ь - ширина бункера, рассмотрены с точки зрения механики процессы движения разрыхленной засорённой волокнистойсмеси в шахте бункерного питателя. Обозначеначерез Ф величина силы, действующей на горизонтальное сечение столба волокон в шахте со стороны нижележащего столба.Давление дх на это сечение равно отношению силы Ф к площади поперечного сечения бункера^: qx-Ф^Sx.

Полагая, что волокнистая составляющая смеси обладает упругими свойствами, считаем, что плотность волокнистой составляющей рвх определяется по линейной модели:

Рвх = + рв,

где % - ускорение свободного падения;

рв - плотность тонкого слоя волокон в несжатом состоянии; к - коэффициент сжимаемости волокнистого продукта.

С учетом упругих свойств волокнистого продукта, сил притяжения и трения выведен следующий закон распределения плотности волокнистой смеси Р„рх по высоте бункера:

^ = + (1)

ще А = а-Г~1к-,В = ¥-1р^-, ¥=1-у3-

Уз - засоренность волокнистой смеси в долях единицы;

Решением этого уравнения является следующая базовая зависимость для плотности засоренного волокнистого продукта на самом нижнем уровне шахты бункерного питателя р* :

р* = рпр \к(аУ - к)'1 [1 - ехр(-Л/г)]+11+ кр[2 - ехр(-АК)}/1%, (2) где а = 2/^(а + Ь)/аЬ;

р. - коэффициент поперечного распора (отношение давления волокнистого продукта на стенки бункера к давлению, сжимающему слой в вертикальном направлении); /- коэффициент трения волокнистого продукта о стенки бункера; рпр - плотность засоренного волокнистого продукта в тонком верхнем слое столба волокон в бункере.

Получена аналитическая зависимость, связывающая величину высоты столба волокнистой смеси с геометрическими параметрами бункера, с механическими характеристиками питающей смеси, с ее засоренностью и величиной среднего давления воздуха в шахте бункерного питателя:

1 + КА{у3) + 2Кр[у3,рпр,р)-е

Ау3)

где а = р* /рпр\Кр =Кр{у„рпр,р)=кр/(рпр§Г)-, КА(у()= к/{аГ - к).

Разработана математическая модель процесса бункерного питания волокнистой смесью низкой засоренности, когда при расчете можно считать, что 0 -Геометрические, аэродинамические характеристики и технологические параметры бункерного питателя взаимосвязаны, поэтому существуют области изменения этих параметров, которые могут быть реализованы в производственных условиях, а есть и такие, которые никогда не могут быть реализованы в силу того, что не соответствуют физическому смыслу поставленной задачи. Высота заполнения бункерного питателя определяется формулой И = \Ю\п{Вй1 А0),

где(7 = а - Ь А0=(к/О + 1)рлр+2кр/8-р;В0=крпр/в + кр/д, р - плотность волокнистой смеси на дне бункера. Из условия В0/А0> 1 следует,

р1рпр>кр1 рпрё + \. (4)

Соотношение (4) показывает допустимую взаимосвязь параметров к,р, р и

Р„р-

При смене технологического режима, например, в случае, когда в бункер поступает волокнистая смесь плотностью р х, а высота столба волокнистой

смеси в шахте бункерного питателя и линейная плотность выходящего из бункера настила остаются неизменными, давление р! изменится. Для этого случая выведено соотношение:

(.Рх-Р)1р = Мротн1{М-р1рпр), (5)

где М = к (а-к)'1 [1 -<2(7г;у + 1 = [а-кд(И)]/(а-к); а(И) = ехр Г - СУг);

Ротн - (Рпр1 -Рпр) / рпр ■

На основе вышеприведенных зависимостей, касающихся расчета давления воздуха в распределительном канале при подаче в бункерный питатель волокнистой смеси, получены различные варианты графических зависимостей, позволяющих наглядно оценить взаимосвязь расчетных значений параметров процесса бункерного питания. Обозначим Е =Тн/Тлен - вытяжка; Тн - линейная плотность настила; Т,ен - линейная плотность ленты. С помощью выведенной зависимости

К р = [ехр(<?й)(1 + к / (7 - р / Рпр )- к / <?]/( 1 - 2 ехр((?й)) ;р = ЕТлен / (10 '6 аЪ ){6)

разработаны два варианта номограмм. Первая номограмма (рис. 1) предназначена для определения зависимости р /рпр от Т„ен , Е и рпр, а вторая номограмма (рис.2) - для определения рв зависимости от р/рпр, к, ирпр .

Рис. 1. Номограмма расчета величины Рис. 2. Номограмма для определения р (р, -р)/р в зависимости от р /рпр , к в зависимости от р/рпр, И, жр„р

И (Р„р1 - Рпр) /Рпр .

Третья глава посвященажсперименталъному исследованию характера изменения плотности засоренной волокнистой смеси от давления.

Для проектирования и оптимизации бункерного питания различными по составу волокнистыми материалами необходимы числовые значения их коэффициентов сжатия. Для нахождения этих коэффициентов нами была изготовлена экспериментальная установка (полномасштабная модель бункерного питателя

для чесальных машин) и проведены экспериментальные исследования в производственных условиях ООО «Фурмановская прядильно-ткацкая фабрика №1»

Волокнистая составляющая смеси обладает упругими свойствами и ее плотность определяется по обобщенной линейной модели:

= + Рз (6)

где к - коэффициент сжимаемости волокнистой смеси, учитывающий

изменение ее плотности при изменении давления; А - плотность волокнистой составляющей в ненапряженном состоянии.

Для упрощения обработки экспериментальных данных приняли, что С = Щ и далее экспериментально находили значения параметров рв и С для линейной функции: Р„(<?) = Р=+СЧ.

Исходя из результатов эксперимента, подсчитывалось значение функции (Сф\. Далее с помощью стандартных подпрограмм пакета МаШсас! проводилась статистическая обработка результатов опытов и вычисляли коэффициент С. Затем подсчитывали расчетное значение критерия Фишера Грасч. Это число сравнивалось с табличным значением критерия Фишера Ртабл при уровне значимости 0,95.

Согласно результатам опытов получены следующие регрессионные модели:

первый вариант (расчетное значение критерия Фишера Ррасч =30,2): р№> = 5,38+0,0199? =5,38+0,195?/.?, второй вариант (Ррасч = 75,6): р„ (?) = 6,1 1+ 0,0218? = 6,11 + 0,206? / я, третий вариант (Ррасч =14,1):

р, (?) = 8,80 + 0,034 1? = 8,80 + 0,335? / £, четвертый вариант (Ррасч = 7,9):

р, (?) = 8,84 + 0,0278? = 8,84 + 0,273? / я.

Все полученные эмпирические зависимости адекватны опытным данным.

В работе представлены графики зависимости рп(ц).

Четвертая глава посвящена разработке разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой и теоретическому исследованию поведения волокнистой смеси в зонах питания и выпуска разработанного разрыхлителя-очистителя, а также питания последующих машин.

Разработанный новый разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой (Патент РФ № 2361022) обеспечивает разрыхление, съем, транспортировку, очистку волокнистой смеси и равномерное питание последующей машины с одновременным повышением эффективности очистки и снижением неровноты волокнистой смеси.

В результате проведенных теоретических исследований получена математическая модель для расчета величины высоты слоя засоренной волокнистой

смеси в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя с учетом состава волокнистой смеси, величины ее засоренности, давления воздуха в столбе смеси в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя.

Величина у3 входит в выше приведенную зависимость (2) нелинейным образом. Это усложняет расчеты. Линеаризация (2) при помощи разложения в ряд по степеням у3 позволяет получить упрощенные формулы и тем самым сделать осуществимым построение номограмм. Для дальнейших расчетов выполнено следующее упрощение:

1/У~1 + у3

В результате линеаризации (2) получено

р * = р + РвС5у3, (7)

Отсюда, в частности, следует, что

Р*~Р

(8)

Ре

тц&с,=/(а ,к,ККр).

Разработана методика и построена номограмма расчета отношения (р* р)/р„ в зависимости от параметра Кр при различных^ и И (рис. 3).

Рис.3. Номограмма для расчета {р* -р)/рв в зависимости от Кр при различных у3 и И

Для получения равномерного по толщине волокнистого материала на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой разработана система

«CONTROL». Она осуществляет равномерную подачу волокна к главному рабочему органу машины, что достигается принудительным изменением скорости питающих цилиндров исходя из данных, полученных системой «CONTROL» с регулятора постоянного объема, и дает возможность транспортировать волокнистый продукт определенной линейной плотности. Равномерность подачи волокнистого материала к последующей машине регулируется раскрытием заслонки под сетчатым барабаном. Система контроля получает информацию по количеству волокнистого материала, подающегося к последующей машине, с датчиков в транспортирующем канале.

На основании законов механики было выведено уравнение движения регулятора линейной плотности выходящего продукта в разработанном разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой.

Рассматривается механика процесса поступления волокнистой массы в транспортный канал. Некоторая масса волокнистой смеси тн (t) располагается на поддоне, на который действуют следующие моменты:

- управляющий момент Му для удержания устойчивого состояния системы в целом,

- момент аэродинамических сил Ма возникающий из наличия разницы между скоростями и давлениями воздуха в камере и в транспортном канале,

- момент МТ, обусловленный действием сил тяжести.

Суммарный момент Мс определяется по формуле

Мс =Му +ма +мт.

Уравнение вращения системы «поддон - волокнистый слой» имеет вид

J s-Mc,

где J— момент инерции системы «поддон - волокнистый слой»;

е = d2<x -угловое ускорение поддона при вращении относительно точки О. dt2

По условию начала штатной работы устройства после накопления на поддоне массы волокнистого материала (m„)max = m поддон отклониться от горизонтального уровня на угол ср0. Полагая, что при этом состоянии системы происходит выпуск волокнистой массы штатной линейной плотности, примем, что автоматическое регулирование линейной плотности осуществляется за счет изменения угловой величины, выраженной соотношением а = <р — (р0.

При регулировании углового положения поддона выражение для управляющего момента имеет вид:

Му=М0+М(а), (10)

где М0, М(а)~ моменты сил.

Величина М0 в формуле определяет такое силовое воздействие на поддон, при котором работа устройства происходит в штатном режиме, то есть при угловом положении поддонаср = ф0. Приняв, что аэродинамический момент зависит от скоростей и давлений в воздушных потоках в камере и в магистральном канале, от геометрических параметров поддона, а также от угла ср

М„=Ф„/(рЬ (11)

где Фа - функция, зависящая от аэродинамических и геометрических

характеристик системы;

/(<р) - функция, зависящая от угла (р.

Очевидно, при значении <р = 0 ( когда закрыт доступ волокон в магистральный канал) можно приближенно можно считать, что перепад давлений над поддоном и под ним незначительным, то есть при (р = О имеет место соотношение Ма (0)= 0. Линеаризуя зависимость /(<р) в точке 0, получаем, что

{(<р) = к(<р = кгО0 +а) .

В этой формуле коэффициент ¿/принимает положительные значения, что отражает такие аэродинамические условия в магистральном канале, когда уменьшение его поперечного сечения при отклонении поддона на некоторый угол по часовой стрелке происходит ответная силовая реакция воздушного потока, стремящаяся повернуть поддон против часовой стрелки. Следовательно,

м<, = ЬЛ<?о+а) > где ка = Фа к}.

Следовательно, уравнение динамики поддона имеет вид

= М0+к„<р„-{ш, +т11)гс(\-/р1) + {ка +2(т„ + т„)£ср0]а + Л/(а). (12)

Полученная математическая модель позволилавыполнить разработку системы автоматического регулирования равномерности выпускаемого продукта разрыхлителя-очистителя с учетом аэродинамических и иных факторов влияния

на ее работу.

Для описания процесса удаления сорных примесей в изогнутой части трубопровода разрыхлителя-очистителявыполнены теоретические исследования, в результатекоторых разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих благодаря движению волокнистой массы и форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.

Получено уравнение динамики сорной частицы

= (13)

рга - средняя скорость воздуха в трубопроводе; Я/, Яг - внутренний и внешний радиусы закругления трубопровода; г - текущий радиус расположения центра массы сорной частицы;

Увит - скорость витания сорной частицы; т- масса сорной частицы;

/г - высота канала; уг - радиальная скорость сорной частицы.

8 - отклонение сорной частицы в изогнутой части трубопровода.

Среднее время прохождения сорной частицы по закругленной части трубопровода определяется из соотношения:

0,5тг(йэда + 0,511)

Следовательно, отклонение сорной частицы за время поворота относительно точки О на угол 0,5л равно:

5 _ УгдУвитков _ 0.57П7вит(Йзок + 0,5Ь)

л19(Язак + Ь) л] д^зак + Ь)

На рис. 4 представлен график зависимости величины отклонения 5 сорной частицы от скорости ее витания при различных Кзак ( Ь=0.2 м). Как следует из расчетов с изменением скорости витания от 0,1 м/с до 0,5 м/с отклонение сорных частиц за время их прохождения по изогнутой части трубопровода возрастает с 4 см до 20 см.

си

18

16 14 12 10 8

20.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0-4 0.45 »' , мс

611Ш

Рис. 4. График зависимости величины отклонения <5 сорной частицы от скорости ее витания при различных Язак

В пятой главеприводятся результаты производственных исследований разработанных бункерных питателей и разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой.

В результате оптимизации поточной линии на основе интенсификации разрыхления и очистки волокнистых материалов, а также внедрения разработанных бункерных питателей эффективность очистки повысилась на 13,8%, удель-

нал разрывная нагрузка пряжи увеличилась на 7,2%, обрывность пряжи снизилась на 16,8

Результаты производственных испытаний разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой показали, что эффективность очистки смеси улучшилась на 17,9 %. Качество полуфабриката, полученного на РОА с использованием разрыхлителя-очистителя, улучшилось, а именно: засоренность чесальной ленты снизилась на 26,5%, коэффициент вариации чесальной ленты снизился на 17,3%. Удельная разрывная нагрузка пряжи увеличилась на 8,6%, коэффициент вариации по разрывной нагрузке пряжи снизился 7,5%, обрывность пряжи снизилась на 15,7%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1. Из анализа отечественных и зарубежных источников информации следует, что для качественного протекания технологического процесса бункерного питания, необходимо выполнить экспериментальные исследования процесса поведения волокнистой смеси в шахте бункера, в том числе, ее сжатия, и определить характеристики сжимаемости конкретной волокнистой смеси в зависимости от ее засоренности, состава и физико-механических особенностей.

2. Как следует из анализа теоретических исследований, очень незначительное количество работ посвящено проблеме исследования механики движения волокнистой смеси через бункер и влияния засоренности на распределение плотности волокнистой смеси по высоте шахтыбункера, а также известные методики являются не полными и не учитывают при моделировании процесса поведения волокнистой смеси в бункере законов механики с учетом влияния следующих факторов: геометрических параметров питателя; механических характеристик питающей смеси; засоренности питающей смеси по всей высоте столба смеси в бункере; давления воздуха в распределительном канале.

3. В результате теоретических исследований получена зависимость плотности засоренной волокнистой смеси от плотности волокнистой составляющей, плотности сора и засоренности волокнистой смеси.

2. На основе применения законов механики выведено уравнение движения волокнистой смеси в шахте бункерного питателя с учетом величины ее засоренности.

3. Получена аналитическая зависимость, связывающая величину высоты столба волокнистой смеси с геометрическими параметрами бунхера, с механическими характеристиками питающей смеси, с ее засоренностью и величиной среднего давления воздуха в шахте бункерного питателя.

4. Разработана методика расчета давления в шахте бункерного питателя в зависимости от геометрических параметров питателя и механических характеристик питающей смеси, а также построены номограммы для определения численных значений давления воздуха в зависимости от плотности питающей смеси.

5. На основе теоретических, экспериментальных и производственных исследований разработан новый разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, преимуществом которого является обеспечение полного съема воло-

кон с пильчатого барабана с одновременным повышением эффективности очистки и снижением неровноты волокнистой смеси.

6. Получены зависимости для расчета величины высоты слоя засоренной волокнистой смеси в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя с учетом состава волокнистой смеси, величины ее засоренности, давления воздуха в столбе смеси в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя.

7. Разработана методика и построены номограммы расчета давления воздуха в зависимости от плотности поступающей в бункер разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смеси.

8. Выведены аналитические зависимости для различных вариантов технологического расчета процесса бункерного питания разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смесью.

9. Разработан регулятор линейной плотности для разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы. Получена математическая модель для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистого материала на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой.

10. Разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы, которая происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих благодаря движению волокнистой массы и форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.

11. В результате выполненной модернизации трепальных машин, разработки транспортировки волокнистой смеси от трепальных машин к чесальным машинам, разработки бункера для чесальных машин, оптимизации его работы в зависимости от расположения и расстояния чесальных машин от трепальных был обеспечен переход на бункерное питание. Целесообразность и эффективность выполненных работ подтвердили следующие показатели: эффективность очистки смеси возросла на 13,8 %, количество пороков на один грамм прочеса снизилось на 16,7%, коэффициент вариации чесальной ленты снизился на 17,7%, удельная разрывная нагрузка пряжи увеличилась на 7,2%, коэффициент вариации по разрывной нагрузке пряжи снизился на 10,7%, обрывность пряжи снизилась на 16,8%.

12. Изготовлен и в производственных условиях, исследован новый разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, обеспечивающий процессы разрыхления, очистки и транспортировкиЛДелесообразность включения разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой в разрыхлительно-очистительный агрегат подтверждается повышением качества полуфабриката и пряжи: эффективность очистки смеси с использованием разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой улучшилась на 17,9 %, засоренность чесальной ленты снизилась на 26,4%, коэффициент вариации чесальной ленты снизился на 17,3%, удельная разрывная нагрузка пряжи увеличилась на 8,6%, коэффициент вариации по разрывной нагрузке пряжи снизился 7,5%, обрывность пряжи снизилась на 15,7%.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журнале, рекомендованном ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций

1. Мкртумян, А.С Методика расчета высоты столба засоренной волокнистой смеси в шахте бункерного питателя / A.C. Мкртумян, А.Г. Хосровян, Я.М Красин., Г.А. Хосровян//Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности -2006,-№2, -С. 75-78.

2. Мкртумян, А.С Аналитическая зависимость для расчета распределения плотности волокнистого продукта по высоте бункера / A.C. Мкртумян, А.Г. Хосровян, Я.М Красик.//Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. -2007. - №6С, -С. 67-69

3. Хосровян, А.Г. Разработка регулятора линейной плотности на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы / А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, О.Н. Кушаков, Т.Я. Красин., Г.А. Хосровян// Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. - 2011 №6 -С. 77-79.

Статьи в российских журналах, сборниках научных трудов

4. Мкртумян, A.C. К расчету модели механики волокон в шахте бункера/ A.C. Мкртумян, А.Г. Хосровян, Я.М Красик., Г.А. Хосровян// Известия Ивановского отделения Петровской академии наук и искусств. Секция технических наук. Иваново: ИГТА, 2006. - С. 96-102.

Патент

5. Пат. 2361022 РФ, МПК D01C 9/06. Разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой Хосровян Г.А. Хосровян А.Г. Кушаков О.Н. Мкртумян A.C. Минеева JI.B. Жегалина Т.В. от 10.07.2009, Бюл. № 19.

Материалы научно-технических конференций различных уровней

6. Мкртумян, A.C. Исследование процесса силового возденет,вия на волокнистые материалы в системах бункерного питания / A.C. Мкртумян, Д.В. Синельников, Г.А. Хосровян// Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2006): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. - Иваново, 2006.

7. Мкртумян, A.C. Математическое моделирование процесса силового воздействия на волокнистые материалы в системах бункерного питания/ A.C. Мкртумян, Ли Чжаося, Г.А.Хосровян //Современные проблемы текстильной и легкой промышленности: тез. докл. международная научно-техническая конф,-РосЗИТЛП. - Москва, 2006.

8. Мкртумян, A.C. Математическое моделирование обеспыливания волокнистой смеси в процессе ее прохождения через бункерный питатель/ A.C.

Мкртумян, А.Г. Хосровян, Г. А. Хосровян //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2006): тез. докл. международная научно-техническая конф. /ИГТА. - Иваново, 2006.

9. Кушаков, О.Н. Технологический процесс на разработанном универсальном разрыхлителе-питателе с многоступенчатой очисткой/ О.Н. Кушаков, А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2007): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. - Иваново, 2007.

10. Кушаков, О.Н. Теоретическое обоснование универсального разрыхлителя-питателя многоступенчатой очисткой /О.Н. Кушаков, А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2007): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. - Иваново, 2007.

11. Хосровян, А.Г. Совершенствование функций разрыхлителей на примере разработанного универсального разрыхлителя - питателя / А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, О.Н. Кушаков, Г.А. Хосровян //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Про-гресс-2007): тез. докл. международная научно-техническая конф. /ИГТА. - Иваново, 2007.

12. Хосровян, А.Г. Направления дальнейшего совершенствования конструкций разрыхлителей /А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, О.Н. Кушаков, Г.А. Хосровян //Студенты и молодые ученые КГТУ: тез. докл. межвузовская научно-техническая конф. /КГТУ. - Кострома, 2007.

13. Мкртумян, A.C. Методика расчета уравнения движения волокнистого материала в шахте бункерного питателя с учетом величины его засоренности/ A.C. Мкртумян, А.Х. Дафис, Г.А. Хосровян //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Про-гресс-2008): тез. докл. международная научно-техническая конф. /ИГТА. - Иваново, 2008.

14. Хосровян, А.Г. Разработка смешивающей машины с тонким дозированием / А.Г. Хосровян, О.Н. Кушаков, A.C. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян// Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (По-иск-2009): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. - Иваново, 2009.

15. Хосровян, А.Г. Получение эмпирических моделей для расчета процесса сжатия волокнистых продуктов в шахте бункерного питателя / А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян У/ Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2009): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. - Иваново, 2009.

16. Хосровян, А.Г. Математическое моделирование процесса движения волокнистого материала в многокамерном смесителе-дозаторе / А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2010): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. - Иваново, 2010.

17. Хосровян, А.Г. Механика волокнистого материала в многокамерном смесителе-дозатре /А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2010): тез. докл. международная научно-техническая конф. /ИГТА. - Иваново, 2010.

^18. Хосровян, А.Г. Определение граничных условий работы регулятора линейной плотности на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой / А.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2011): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. - Иваново, 2011.

19. Хосровян, И.Г. Математическое моделирование динамического воздействия на волокнистые комплексы в процессе их разрыхления на УНИклин Б11 фирмы RIETER/ И.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2013): тез. докл. межвузовская научно-техническая конф./ИГТА. -Иваново, 2013.

20. Хосровян, И.Г. Математическое моделирование динамического воздействия рабочих органов модернизированного осевого чистителя на волокнистый материал/ И.Г. Хосровян, A.C. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян// Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС - 2013): тез. докл. международная научно-техническая конференция./ИГТА - Иваново, 2013.

Мкртумян Альберт Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРЫХЛИТЕЛЯ-ОЧИСТИТЕЛЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКОЙ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 2014. Печ. л. 1,16. Заказ Тираж 100. РИО КГТУ, Кострома, ул. Дзержинского, 17

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный политехнический университет» ТЕКСТИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

(Текстильный институт ИВГПУ)

04201460340

На правах рукописи

Мкртумян Альберт Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРЫХЛИТЕЛЯ-ОЧИСТИТЕЛЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКОЙ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Г.А. Хосровян

Иваново 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.........................................5

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР....,....................................................13

1.1. Теоретические исследования в области механики движения волокон в шахте бункерного питателя....................................................13

1.2. Автоматизированные поточные линии в хлопкопрядении...............14

1.3. Распределители волокнистой массы по чесальным

машинам.............................................................................17

1.4. Сорные примеси, пороки хлопкового волокна

и способы их удаления..........................................................26

1.5. Современные пильчатые разрыхлители-очистители

прядильного производства......................................................31

1.6. Современное оборудование для очистки и обеспыливания волокнистых материаловс цельюих подготовки к прядению...........41

1.7. Выводы по главе...................................................................52

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ РАЗРЫХЛЕННОЙ ВОЛОКНИСТОЙ

СМЕСИ В ШАХТЕ БУНКЕРНОГО ПИТАТЕЛЯ................................54

2.1. Уравнение механики засоренной волокнистойсмеси

в шахте бункерного питателя....................................................54

2.2. Решение уравнения механического состояния волокнистой

смеси в бункере....................................................................60

2.3. Аналитическая зависимость для расчета распределения плотности засоренной волокнистойсмеси по высоте

бункера...............................................................................62

2.4. Общие зависимости для расчета параметров бункерного питателя....64

2.5. Допустимые ограничения на значения параметров

систем бункерного питания.......................................................68

2.6. Взаимозависимость расчетных значений давления

2

в шахте и плотности питающей смеси........................................69

2.7. Расчет высоты столба волокнистого продукта в шахте бункерного питателя................................................................77

2.8. Выводы по главе...................................................................85

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЗАСОРЕННОЙ ВОЛОКНИСТОЙ СМЕСИ ОТ ДАВЛЕНИЯ.............................................................86

3.1. Расчетные формулы для определения плотности

засоренной волокнистой смеси..................................................86

3.2. Экспериментальное определение характеристики сжатия засоренной волокнистой смеси.................................................89

3.3. Выводы по главе.................................................................108

4.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ НА РАЗРАБОТАННОМ РАЗРЫХЛИТЕЛЕ-ОЧИСТИТЕЛЕ

С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКОЙ...................................109

4.1. Разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой

Очисткой............................................................................109

4.2. Предварительный анализ зависимости высоты засоренной смеси от параметров системы бункерного питания разработанного разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой...............123

4.3. Разработка математической модели для расчета величины относительной плотности продукта

на выходе из бункера машины.................................................125

4.4. Разработка регулятора линейной плотности на разрыхлителе -очистителе с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы.......................................................131

4.5. Теоретические исследования процесса удаления сорных частиц

в изогнутой части трубопровода разрыхлителя-очистителя............136

4.6. Выводы по главе...................................................................143

3

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО

ОБОРУДОВАНИЯ.......................................................................144

5.1. Производственные исследования разработанных бункеров............144

5.2. Производственные исследования разрыхлителя-очистителя

с многоступенчатой очисткой.................................................148

5.3. Выводы по главе...................................................................151

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.....................152

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ

ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................165

ПРИЛОЖЕНИЯ............ ' . («О..................................................168

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение. Развитие хлопкопрядения базируется на стремлении к значительному снижению трудозатрат на производство единицы продукции. Оно проявляется в изыскании способов сокращения существующих технологических переходов, одним из которых является агрегирование машин в поточные линии. Хлопкопрядильное производство имеет благоприятные условия для использования агрегирования машин ввиду того, что все предприятия в основном оснащены однотипным оборудованием. Основная трудность в создании поточной линии в хлопкопрядении связана со значительными различиями в производительности и габаритах машин на разных переходах технологического процесса. Рациональное построение поточной линии позволяет максимально сократить число технологических переходов, что приводит не только к сокращению количества оборудования, но и к ликвидации ряда промежуточных операций (транспортных, взвешивания и учетно-сортировочных).

В поточных линиях организация непрерывного процесса вызывает необходимость такой группировки чесальных машин, при которой находятся оптимальные решения их питания, а именно, установки бесхолстовых питателей у чесальных машин и транспортировки волокон к последним с помощью распределителей.

Особое внимание при этом обращается на создание интенсивной очистки и перемешивание волокон, стабильное распределение хлопка по бункерам чесальных машин, обеспечение линии надежными локальными средствами контроля и регулирования линейной плотности полуфабриката.

Над этой проблемой работали многие научно-исследовательские и конструкторские организации в России и за рубежом.Однако, несмотря на то, что на текстильных предприятиях внедрен поточный способ получения ленты, отдельные вопросы требуют как теоретического, так и практического

изучения,в том числе, и с точки зрения повышения качественных показателей полуфабрикатов.

Необходимо отметить, что отечественная текстильная промышленность располагает производственными площадями для размещения оборудования и выпуска продукции в необходимых объемах потребления на внутреннем рынке. Имеющийся научно-производственный потенциал и трудовые ресурсы вполне способны обеспечить восстановление и развитие текстильной промышленности.

Разработка нового текстильного оборудования является актуальной и может быть основой для восстановления и развития текстильной промышленности.

Актуальность работы заключается в решении проблем в области совершенствования технологических процессов разрыхления и очистки волокнистой смеси с целью разработки современного разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой и теоретического исследования этих процессов, их математического описания и оптимизации.

В процессе разрыхления и очистки волокнистая смесь проходит через технологические зоны, ряд которых в настоящее время не имеет обоснованных математических моделей для описания процессов, протекающих в них. Это, в частности, касается процесса движения волокнистой смеси в зоне питания разрыхлителя-очистителя, процесса регулирования равномерности по массе выпускаемого разрыхлителем-очистителем продукта, а также процесса очистки в зоне выхода волокнистого продукта в трубопровод.

Таким образом, становятся актуальными теоретические исследования, описывающие технологические процессы, протекающие на разработанном разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой, а также экспериментальные исследования процесса поведения волокнистой смеси, в том числе, ее сжатия, и определение характеристик сжимаемости конкретной волокнистой смеси.

Кроме того, актуальным является теоретическое исследование влияния засоренности на распределение плотности волокнистой смеси по высоте шахтыбункера. Очевидно, что для каждого состава смеси существуют свои физико-механические особенности, которые привносят свою специфику на процесс сжатия волокон, а также существует взаимосвязь между физико-механическими характеристиками, составом, засоренностью и первоначальной разрыхлен-ностыо волокнистой смеси.

Своевременным является разработка регулятора линейной плотности для разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы на основе получения математической модели для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистого материала на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой.

При исследовании процесса очистки в зоне выхода волокнистого в трубопровод необходимым является разработка методики и получения зависимости для определения смещения сорной частицы, которое происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих в результате движения волокнистой массы и благодаря форме трубопровода, а также получение численного значения величины смещения сорной частицы и определение оптимального расхода воздуха для удаления сорных частиц.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в разработке разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой, повышающего эффективность процессов разрыхления и очистки волокнистых материалов, обеспечивающего равномерное питание последующих машин и повышение качества полуфабриката и пряжи.

Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- исследование механики прохождения волокнистой массы через бункеры и применение закона распределения волокнистой массы в пневматических распределителях;

- вывод уравнения движения волокнистой массы в шахте бункерного питателя с учетом влияния геометрических параметров питателя, механических характеристик питающей смеси, засоренности питающей смеси, давления воздуха в распределительном канале;

- разработка и апробация разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой, оснащенного бункерным питателем с оптимизированными параметрами на основе полученных аналитических зависимостей;

- получение аналитических зависимостей для технологического расчета процесса бункерного питания различной засоренной волокнистой смесью на разработанном разрыхлителе-очистителе;

- определение эмпирических зависимостей, связывающих плотность волокнистой массы в шахте бункера с оказываемым на нее давлением и ее физико-механическими характеристиками, составом, засоренностью и первоначальной разрыхленностыо, на основе экспериментальных исследований;

- получение математической модели для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистой массы на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой для обеспечения равномерного питания последующей машины;

- разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы, которая происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих благодаря движению волокнистой массы и форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.

Объект исследования - технологические процессы разрыхления, многоступенчатой очистки и выравнивание волокнистого материала.

Предмет исследования - разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очистки, бункерный питатель, регулятор линейной плотности, изогнутая часть трубопровода для отвода волокнистой массы.

Методы исследований. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, аналитической геометрии, теории дифференциальных уравнений в обыкновенных и частных производных, численные методы прикладной математики. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном и действующем производственном оборудовании с использованием стандартных методик и современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена на ЭВМ с применением современного математического программного пакета МАТЬАВ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в совершенствовании теории механики прохождения волокнистой массы через бункеры и применение законов распределения волокнистой массы в пневматических распределителях. В рамках развития данной теории впервые получены следующие научные результаты:

- выведено на основе законов механики уравнение движения волокнистой смеси в шахте бункерного питателя с учетом величины засоренности;

- разработана математическая модель для расчета плотности засоренной волокнистой смеси в зависимости от плотности волокнистой составляющей, плотности сора и засоренности;

- получена аналитическая зависимость, связывающая величину высоты столба волокнистой смеси с геометрическими параметрами бункера, с механическими характеристиками питающей смеси, с ее засоренностью и величиной среднего давления воздуха в шахте бункерного питателя;

- разработана методика расчета давления в шахте бункерного питателя в зависимости от геометрических параметров питателя и механических характеристик питающей смеси;

- разработаны номограммы для определения численных значений давления воздуха в зависимости от плотности питающей смеси.

Разработан и исследован новый разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, обеспечивающий полный съем волокон с пильчатого ба-

9

рабана с одновременным повышением эффективности очистки и снижением неровноты волокнистого продукта. В рамках теоретического исследования разработанного нового разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой получены следующие научные результаты:

- получены аналитические зависимости для расчета величины высоты слоя засоренного волокнистого продукта в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя с учетом состава волокнистой смеси, величины ее засоренности, давления воздуха в столбе смеси в шахте бункера разработанного разрыхлителя-очистителя;

- разработана методика и построены номограммы расчета давления воздуха в зависимости от плотности, поступающей в бункер разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смеси;

- получены аналитические зависимости для различных вариантов технологического расчета процесса бункерного питания разрыхлителя-очистителя засоренной волокнистой смесью;

- разработан регулятор линейной плотности для разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы. Получена математическая модель для проектирования автоматической системы регулирования линейной плотности волокнистого материала на выходе из разрыхлителя-очистителя с многоступенчатой очисткой;

- разработана методика и получена зависимость для определения смещения сорной частицы, которая происходит под воздействием центробежных и аэродинамических сил, возникающих в результате движения волокнистой массы и благодаря форме трубопровода, а также получено численное значение величины смещения сорной частицы и определен оптимальный расход воздуха для удаления сорных частиц.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Промышленная реализация результатов работы выполнена в условиях ООО «Фурмановская прядильно-ткацкая фабрика №1» г. Фурманов, ОАО

«ЮПТФ», ОАО «Мануфактура Балина» г. Южа (Ивановская область), ОАО «Камешковский текстиль», ГП «СИРИУС» г. Москва.

Отдельные результаты внедрены в учебный процесс ИГТА в виде лабораторных работ, предназначенных для студентов, обучающихся по специальности 150601 Материаловедение и технологии новых материалов и покрытий.

Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях при разработке нового оборудования, а также в вузах при изучении студентами специальных дисциплин, в курсовом и дипломном проектировании и научно-исследовательской работе студентов.

Техническая новизна подтверждена патентом РФ на изобретение № 2361022.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2006...2011, 2013), ИГТА, Иваново; на международной научно-технической конфер