автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка и развитие технологии получения трикотажной пряжи самокруточным способом

На правах рукописи

□ОЗ1G5361

Гурьев Александр Николаевич

РАЗРАБОТКА И РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИКОТАЖНОЙ ПРЯЖИ САМОКРУТОЧНЫМ СПОСОБОМ

Специальность 05 19 02 «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3

Москва - 2008

003165361

Работа выполнена на кафедре технологии шерсти Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н Косыгина» и в ОАО Научно-производственный комплекс «ЦНИИШерсть»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Разумеев Константин Эдуардович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Павлов Ювеналий Васильевич

кандидат технических наук

Павлюченко Елена Вячеславовна

Ведущее предприятие ОАО «ЦНИИЛКА»

Защита состоится « 3 » апреля 2008 г в <И ~К> часов на заседании диссертационного совета Д 212 139 02 при Государственном образовагельном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А Н Косыгина» по адресу 119071, Москва, улица Малая Калужская, д 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имели А Н Косыгина»

Автореферат разослан « 4 » ОЪ 2008 г Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор у^Ю.С. Шустов

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена история развития самокруточного (СК) способа за рубежом и в нашей стране

Выполнен обзор зарубежных и отечественных патентных источников, касающихся СК структур, способов их получения и реализующих эти способы конструкций

Проанализированы материалы, связанные с созданием и внедрением отечественных прядильных СК машин ПСК-225-ШГ и ПСК-225-ШГ2

Систематизированы требования к трикотажной СК полиакрилонит-рильной пряже и поставлена задача принципиального улучшения структуры пряжи, получаемой СК способом

Исследован и внедрен усовершенствованный самокруточный способ - способ совмещенного формирования и кручения (СФК) в производственных условиях ЗАО «Суворовская нить».

Разработана обобщенная математическая модель процесса СФК, приближенная к реальной физической картине

Проведены исследовательские работы, направленные на усовершенствование технологического процесса на фабрике, в т ч на улучшение подготовки питающего продукта - ровницы Разработаны нормы технологического режима для условий фабрики Показана высокая эффективность выбранного технического направления, выполненного на основе СК прядения, в условиях рыночного производства

Автор защищает

1) Результаты теоретических и экспериментальных исследований, связанных с внедрением способа СФК

2) Обобщенную математическую модель процесса СФК

3) Результаты оптимизации основных характеристик СК процесса в производственных условиях

4) Результаты работ по усовершенствованию подготовки питающего продукта

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Актуальность работы вытекает из того, что СК способ формирования текстильного продукта - один из наиболее эффективных способов прядения. Способ обеспечивает серьезные экономические и социальные преимущества сокращение числа технологических переходов, повышение производительности труда и оборудования, уменьшение потребности в рабочей силе, производственных площадях и электроэнергии Способ обеспечивает заметную экономию сырья и улучшает условия труда

В нашей стране СК способ получил широкое развитие благодаря оригинальному техническому решению, основанному на применении аэродинамических крутильных устройств (АКУ)

За истекший период на ЗАО «Суворовская нить» накоплен значительный опыт эксплуатации самокру точного оборудования, который показывает, что СК способ представляет собой важный рычаг, на основе которого можно осуществить технологический прорыв в отечественной текстильной промышленности

Цель и задачи исследования В процессе эксплуатации СК машин на фабрике «Суворовская нить»

была поставлена цель существенно улучшить технико-экономические показатели производства в развивающихся рыночных условиях Эта цель была достигнута благодаря эффективному применению способа СФК и совершенствованию технологического процесса

Основная цель представленной диссертационной работы - повышение эффективности СК прядения и качества вырабатываемой СК пряжи

Поставленная цель реализуется за счет решения следующих задач.

- систематизация известных СК структур, способов и устройств для их получения,

- участие в разработке и внедрении способа СФК в производственных условиях,

- разработка обобщенной математической модели процесса СФК,

- проведение лабораторных и производственных испытаний с целью оптимизации основных конструктивных и технологических параметров процесса,

- усовершенствование технологического процесса на фабрике

Общая методика исследования

Работа включает в себя теоретические и экспериментальные исследования.

В основу теоретических исследований положена разработка обобщенной математической модели для способа СФК. Модель использует известные методы исследования баланса числа кручений по зонам кручения и принцип суперпозиции при анализе действия АКУ

Экспериментальные исследования включают в себя отработку параметров процесса СФК в лабораторных и производственных условиях с применением стандартного лабораторного оборудования для измерения физико-механических характеристик пряжи

Научная новизна работы

В работе впервые

- разработан и внедрен для широкого промышленного применения способ СФК,

- разработана обобщенная математическая модель способа СФК, приближенная к реальному физическому процессу,

- получены оптимальные параметры процесса СФК в производственных условиях, позволившие существенно повысить эффективность прядильного производства

Практическая значимость работы

1 Разработан и внедрен в широкое промышленное производство способ СФК

2 На основе способа СФК организовано крупнейшее в мире CK производство трикотажной пряжи Проведены технические и организационные работы, позволившие обеспечить эффективную многолетнюю эксплуатацию этого производства в условиях развивающегося рынка

3 Разработаны технологические режимы, обеспечивающие стабильное получение конкурентоспособной продукции

Реализация результатов работы

Результаты теоретических и экспериментальных исследований автора внедрены на ЗАО «Суворовская нить».

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на на общероссийском научном семинаре «Технология текстильных материалов АИН РФ им А М Прохорова», КГТУ, Кострома, 2006 г, на заседаниях Ученого Совета ОАО НПК «ЦНИИШерсть», май 2007 г, на кафедре технологии шерсти МГТУ имени А Н Косыгина, август 2007 г , на заседаниях НТС ЗАО «Суворовская нить»

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 основных глав, общих выводов и приложения. Работа изложена на 128 страницах текста, иллюстрирована 29 рисунками, содержит 11 таблиц Библиографический список включает 46 наименований литературы

Публикации

По материалам диссертации автором опубликовано 7 статей, в тч в изданиях, включенных в перечень ВАК России - 4

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, охарактеризована научная новизна и практическая значимость полученных результатов

Проблемой СК прядения занимался ряд зарубежных и отечественных ученых Henshaw, Walls, П М Мовшович, В П Хавкин, Г К Максимов, Н Б Бабушкина, А Ф Брусникин, А Д Пищиков, М И Кокиш, Т И Дюканова, А А Телицын, К Э Разумеев и др В их работах рассматривались различные теоретические и практические аспекты СК способа, которые позволили реализовать его в производственных масштабах в виде машин «Repco» (Австралия, Англия) и ПСК (СССР)

В первой главе рассмотрены общие принципы СК процесса и дан обзор зарубежной патентной литературы.

Обзор зарубежных патентов, относящихся к СК способу, структурам получаемого СК-продукта и устройствам для реализации способа, позволяет представить картину развития данного способа Обзор охватывает практически весь период с появления первых сообщений о СК способе формирования

В главе дано также описание ряда моделей зарубежного СК оборудования, получившего наибольшую известность "Repco spinner", "Repco spinner Mk2", "Repco-selfil" (Австралия-Англия), "RS 200" (фирма "ARST", Франция)

В главе 2 приведены результаты исследований, проведенных в нашей стране по созданию, внедрению и усовершенствованию СК способа. Описаны основные патенты и авторские свидетельства, положенные в основу направления, связанного с применением АКУ и нашедшие воплощение в машине ПСК-225-ШГ

Основу принятого технического решения составляют

- реверсивные вихревые камеры с тангенциальной подачей сжатого воздуха;

- бесконтактные пневматические переключатели золотникового типа

Для стабилизации процесса кручения применены соединительные камеры Рабочие камеры и соединительная камера имеют сдвиги по фазе, обеспечивающие необходимое упрочнение пряжи

Компактная конструктивная схема машины позволили проводить текущую модернизацию машины без изменения ее конструктивной базы

Опыт эксплуатации машин ПСК-225-ШГ показал, что, несмотря на высокие технико-экономические показатели СК машин, получаемая пряжа обладает недостатками- повышенной жесткостью, неравномерностью по крутке и по разрывной нагрузке, обвитыми волокнами

Была поставлена цель получить СК продукт улучшенной структуры Для решения этой задачи был использован усовершенствованный СК способ, способ совмещенного формирования и кручения (СФК), разработанных группой ученых под руководством профессора П.М Мовшовича

Применение этого способа обусловило особенности новой пряжи пониженное отношение крутки прядей к крутке пряжи, меньшая уплотненность прядей (повышенная объемность), уменьшенная длина и лучшая компактность нулевых зон, повышенная равномерность крутки, уменьшенное количество структурных скоплений в виде узелков, петель из отдельных волокон

Были проведены исследования по уточнению параметров процесса нагона в обеих зонах кручения, расстояния между мычками на выходе из вытяжного прибора, длин зон кручения, давления воздуха камерах; сдвига по фазе между первыми камерами ^, а также между «опережающей» камерой и активным нитесоединителем ^, длины периода крутки

Были проведены исследования зависимости физико-механических показателей пряжи от абсолютных размеров треугольника кручения (рис. 1).

Здесь: 1 - выпускная пара вытяжного прибора, 2 - соединяемые пряди, 3 - точка соединения, 4 - сдвоенный продукт, 5 - транспортирующая пара.

Установлено, что существенное значение имеют: длина периода крутки и соотношение между основанием и длиной боковых сторон треугольника кручения АБС, с одной стороны, и периодом крутки 1Т - с другой. Это соотношение должно находиться в пределах 1/6-1/3. При его увеличении нарушается стабильность процесса за счет появления неравномерности крутки

Рис. 1. Базовая схема процесса СФК

.. л,

по длине продукта и прядей и возникновения петель, приводящих к обрыву.

После выявления оптимальных размеров треугольника кручения была проведена выработка опытных образцов СФК-пряжи и контрольных образцов СК-пряжи (с <р = 60° И (р = 90°). • •••■>..»

Полученные данные показали, что пряжа СФК, уступая контрольным вариантам в отношении прочности, превосходит ее по объемности (видимый диаметр), длине нулевых участков, равномерности по крутке и ворсистости.

Полученные результаты послужили основой для модернизации машин ПСК-225-ШГ и выпуска серийных партий машин НСК-225-ШГ2

В третьей главе рассматривается обобщенная математическая модель способа СФК

Известно, что большое значение для СК способа имеют процессы, происходящие в зоне соединения В частности, положение точки соединения характеризует эффективность перехода одиночной крутки в двойную и стабильность крутки в прядях

В связи со сложностью протекающих процессов, анализ их затруднен В предыдущих работах использовались существенные упрощения В известных работах М И Кокиша, Т И Дюкановой и А А Телицына процесс СФК рассматривался в чистом виде, без взаимодействия рабочих и соединительной камер

В данной работе рассматривается обобщенная модель процесса СФК с учетом взаимодействия рабочих камер и активного нитесоединителя

На рис. 2 приведена полная схема крутильного устройства СФК

Здесь

1,2- скручиваемые пряди, 3 - точка соединения, 4 - соединительная камера, 5 - выпускная пара вытяжного прибора, 6 - тянульная пара, 7, 8 -рабочие камеры

В предложенной модели сделаны обычные допущения, характерные для линейной модели

При анализе представленной схемы используется методика, предложенная П.М Мовшовичем По этой методике используется принцип суперпозиции при получении выражений раздельно для рабочих камер и активно1 о нитесоединителя

1,1

. ' ■••»ИЛ1 .11

Рис. 2. Полная схема СФК , .. Рис. 2. Полная схема процесса СФК ,

На первом этапе определяются передаточная функция и частотные характеристика для контрольного варианта: схемы с отдельной работой рабочих камер.

Затем определяются характеристики для крутки одиночной пряди с помощью соединительной камеры. * ■ ""

Аналогичные выражения получаются и для описания крутки двойной структуры, которая рассматривается как единая нить. ■ ? -

Передаточная функция от вьюрка к результирующей крутке одиночной пряди И'5(р), которая является источником СК структуры в способе СФК, имеет вид: ■■,-,... . л : •> .'.иж л т»'- ч.. к"!

= . (1) ,.к

где

Щ(р),№л(р) - соответственно передаточные функции для крутки одиночной пряди и двойной структуры от активного нитесоединителя

В результате преобразований получаем выражения для АЧХ и ФЧХ компонента крутки одиночной пряди, обусловленной процессом СФК.

, (2) 7(1 + ё,гшг)(1 + 51т2 )(1 + /?>2)

<р5(т) = - -агс1$32ш -агс^р^п , (3)

где.

от = и - нормированная угловая частота, р =>2/, ¿, = /, + /2 -+ /,,

/ч

5,=!,//,, Д =/,//,, Я, =/,//,

Полученные выражения можно использовать в двух целях

1 Сравнительная оценка максимальных значений Л2(т) и л,(от) Полученные результаты позволяют оценить вклад соединительной камеры в общую долю крутки, те оценить уменьшение крутящего воздействия на прядь со стороны воздушного вихря. В этом - одна из положительных особенностей способа СФК, позволяющая улучшить структурные характеристики пряжи.

2 Сопоставление <рг(ш) и (т) Это позволит сформировать управлений камерами таким образом, чтобы рабочие камеры и соединительная камера работали так, чтобы в одном и том же сечении пряжи складывались обе компоненты синфазно При этом, естественно, должен быть учтен также транспортный сдвиг, тек фазочастотной характеристике компонента от рабочих камер должен быть добавлен отрицательный член, соответствующий

- /в.т

транспортному сдвигу е

Расчеты, проведенные при значениях констант, близких к реальным размерам блока АКУ на серийных машинах ПСК-225-ШГ2, позволили получить данные, представленные на рис. 3 и рис. 4.

А(ш)

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

0,2---------------

0,1

,л2(ш)

0 1,1 1,2 "" 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7

Рис. 3. Расчетные АЧХ рабочих Л2(ш} и соединительнойЛ5(т) камер

О 1,1 -1 -2

ЙТ

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

18

О)

Ш)

Ф)

Рис. 3. Расчетные ФЧХ рабочих <р2(ш) и соединительной <ръ{ш) камер

Из рассмотрения полученных данных следует:

1 Максимум АЧХ для рабочих камер (А2) соответствует максимуму прочности, полученной экспериментальным путем (1Т ~ 180лш)

2 Соединительная камера увеличивает эффективность работы рабочих камер на 20-25% (рис 3)

3 ФЧХ соединительной камеры должна иметь сдвиг относительно ФЧХ рабочих камер Д<р ~ 1,8рад

Таким образом, соединительная камера снижает силовое воздействие рабочих камер на материал, что улучшает структуру пряжи СФК Полученные данные использованы при проектировании пневмопереключателя

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, посвященных созданию и отработке в производственных условиях способа СФК Даны сводные результаты по эффективности самокруточной технологии на ЗАО «Суворовская нить»

Была выполнена оптимизация основных заправочных параметров

Анализ полученных результатов показал следующее

- процесс получения пряжи СФК проходил устойчиво,

- производительность по сравнению с серийным оборудованием выросла на 5,5%,

- обрывность снизилась в 1,7 раза,

- улучшилось использование сырья

Достигнуто уменьшение длины нулевых зон с 3,4 до 1,8 см (ПО пряжа) Длина крученых зон увеличена с 6,2 до 8,0 см

В работе представлены планы прядения до модернизации производства за счет машин ПСК и после этой модернизации Проведены соответствующие технологические и экономические расчеты, показывающие высокую эффективность проведенных мероприятий

Экономический расчет, проведенный по основным затратам (трудозатраты, сырье и электроэнергия) для классической технологической цепочки и

для цепочки, использующей самокруточный способ, показал экономию в размере 42544 тыс рублей в год

Кроме того, была проведена модернизация приготовительного производства за счет замены машин типа ЛР на машины «Зайдель» В результате было получено значительное сокращение обрывности в прядении В результате фронт обслуживания работниц вырос с 8-10 машин ПСК-225-ШГ2 до 18-20, а выработка каждой работницы возросла в 2,5 раза Все это дает возможность обеспечить высокую эффективность работы предприятия и уменьшить себестоимость вырабатываемой продукции

Общие выводы и рекомендации

1 Проблема совершенствования и внедрения самокруточного способа для перевооружения прядильных фабрик актуальна

2 Промышленная апробация самокруточной технологии прядения подтвердила эффективность аэродинамических крутильных устройств

3 Анализ свойств трикотажной полиакрилонитрильной СК пряжи позволил систематизировать и уточнить технические требования к такой пряже

4 Проведенные на фабрике исследования позволили внедрить в широких производственных масштабах способ СФК Реализация этого способа в условиях Суворовской фабрики позволило существенно улучшить качество пряжи, снизить материалоемкость трикотажных изделий, улучшить эффективность производства в целом

5 Обобщенная математическая модель способа СФК описывает взаимодействие рабочих и соединительной камер и уточняет режим управления камерами пневматическим переключателем Угол сдвига между сигналами соединительной и рабочих камер зависит от технологической линии в блоке

камер и приблизительно равен ^^ ~ \$рад

6 Амплитуда воздействия рабочих камер в условиях способа СФК может быть уменьшена, по сравнению с обычным СК способом на 15%, что способствует улучшению структуры получаемой пряжи

7 Применение способа СФК на предприятии ЗАО «Суворовская нить» позволило получить годовую экономию 42 544 тыс рублей в ценах 2002 г

8 В современных условиях, благодаря применению современных методов организации технологического процесса и значительного улучшения качества питающего продукта (ровницы), фактический фронт обслуживания составляет 18-20 машин За последние 10 лет обрывность снизилась в 3-3,5 раза, а фактическая производительность труда прядильщиц возросла в 2,5 раза

Основное содержание диссертации отражено в печатных работах:

1 Гурьев А Н Уточнение модели процесса самокручения /А Н Гурьев, К.Э Разумеев, П М Мовшович // Технология текстильной промышленности, Изв ВУЗов - 2005, № 5 (286), с 27-29

2 Гурьев А Н, Уточненная математическая модель процесса совмещенного формирования и кручения /А Н. Гурьев, К Э Разумеев, Г1М Мовшович //Сборник научных трудов ОАО НПК «ЦНИИШерсть», М , «Оргсер-вис-2000», 2006, с 125-128

3 Гурьев А Н Опыт эксплуатации прядильных самокруточных машин в производственных условиях // Сборник научных трудов ОАО НПК «ЦНИИШерсть», М., «0ргсервис-2000» - 2006, с 129-133

4 Гурьев АН. Разработка и реализация комплекса научных основ и технических средств производства и переработки натуральных и химических волокон в отечественной легкой промышленности для предприятий в современных рыночных условиях / Р.В. Корабельников, Н С Безуглова, А Н Гурьев, В Н Кротов и др // Сборник научных трудов ОАО НПК «ЦНИИШерсть», М , «0ргсервис-2000» - 2006, с 223-228.

5 Гурьев АН Обоснование технологических параметров при производстве самокрученой пряжи с увеличенной длиной периода крутки/А Н Гурьев, А А. Телицын, К Э Разумеев // Известия вузов Технология текстильной промышленности - 2006 г. № 4С, с. 59-62

6 Гурьев А Н Особенности измерения крутки в продукте с переменной круткой/А Н Гурьев, П М Мовшович // Известия вузов. Технология текстильной промышленности - № 4 (292), 2006, с 29-31

7 Гурьев А Н Обобщенная модель СФК/ А Н Гурьев, К Э Разумеев, П М Мовшович, А Д Петровский // Известия вузов. Технология текстильной промышленности - № 1 (297), 2007, с 34-36

Подписано в печать 28 02 08 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ Услпечл 1,0 Заказ 97 Тираж 80

МГТУ им АН Косыгина, 119071, Москва, ул Малая Калужская, 1