автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка технологии формирования пряжи повышенной прочности в условиях высокоскоростного кольцепрядения

На правах рукописи

005053649 ^ц/^^у^у

Столяров Анатолий Александрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЯЖИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО КОЛЬЦЕПРЯДЕНИЯ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных

материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

2 5 ОКТ 2012

005053649

На правах рукописи гп Ъ*£/Се>

Столяров Анатолий Александрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЯЖИ ПОВЫШЕННОЙ 1РОЧНОСТИ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО КОЛЬЦЕПРЯДЕНИЯ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных

материалов и'сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Работа выполнена на кафедре технологии текстильных изделий федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Чистобородов Григорий Ильич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Плеханов Алексей Фёдорович

доктор технических наук, профессор Челышев Анатолий Михайлович

доктор технических наук, профессор Мовшович Павел Михайлович

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет».

Защита состоится 15 ноября 2012 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.061.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия» по адресу: 153000, г.Иваново, пр. Ф.Энгельса, 21, ауд.Г-235, е-таП: гесЮг@Д#а.ги, факс (4932) 412108.

С текстом автореферата и диссертации можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ивановская государственная текстильная академия», а так же на сайтах ВАК Минобрнауки и ИГТА в сети Интернет.

Автореферат разослан « 2012г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Кулида Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуалытость темы диссертации

Повышение эффективное™ производства и качества выпускаемой продукции в тассгалыюи промышленности связано с совершенствованием технолХ ческих процессов, направленных на улучшение структуры и свой'в ™ повышение ее прочное™, снижен неровно™ и обХности в ^ряТеши Кольцевая прядильная машина на сегодняшний день по прежней явГтся са мои универсальной машиной с классическим принципом шттш™ искру чивания пряжи, она проста в обслуживании, обладает малой знГргоё Гко ^Ги позволяет получать пряжу высокого качества широкого ассортимента и н^па чения из различных видов натура.™ и химических волокон. Однако она

Г РЯД ПеД°СТаТК0В И В Наст« время не в полной мере отвечаетТеб" ваниям, предъявляемым к текстильному оборудованию. Это прежде всякая производительность, обусловленная несовершенством технологии Гор -™ наматывания пряжи, и повышенная обрывность, вызванная сп!ци^-кои технологической операции кручения волокнистого продукта. Поэтому особую значимость в настоящее время приобретает разработк^совер Г^ва"-нои технологии операций кручения волокнистого продува инаматГн!

сформированной пряжи на патрон. иамснывания

Па,пябптТИ С ЭТИМ ТеМЗ НГТ°ЯЩеЙ Диссертационной работы, посвященная разработке технологии выработки высококачественной пряжи кольцевого способа прядения, обладающей повышенной прочностью, при одновременном повышении производительности машины, является весьма актуальной.

Цель и задачи исследования.

Цель диссертационного исследования состоит в разработке технологии юрмирования пряжи повышенной прочное™ улучшенной струиуры, качества свойств при одновременном повышении производительности кольцевой пря-ильнои машины. 4 р

Для этого были решены следующие задачи: проведены теоретические и экспериментальные исследования существующих гхнологаческих операций кручения и наматывания пряжи на кольцевой пря-илыюи машине, разработана новая методика и алгоритм расчета натяжения ряжи на всех участках её транспортирования от вытяжного прибора до точки аматывания на патрон;

разработана технология формирования пряжи повышенной прочности осно-шная на уменьшении дуги обтекания мычкой выпускного цилиндра вытяжно-) прибора и значительном уменьшении участка волокнистого продукта не срепленного круткой;

разработан ряд технологических и конструкторских решений, направленных 1 улучшение структуры и свойств пряжи: модернизированный вытяжной при-

бор, устройства для выпуска мычки, совмещённые с узлом подвижных уплотнителей;

- предложена методика определения оптимального угла перегиба нити в нитепроводнике, позволяющая определить наиболее рациональные технологические и конструктивные параметры линии заправки машины;

- разработано новое нитепроводящее устройство, упрочняющее пряжу за счёт сообщения ей дополнительной крутки;

- разработаны методика и устройство, обеспечивающие выравнивание и стабилизацию натяжения нити в баллоне в течение всего периода наработки початка;

- разработано новое крутильно-мотальное устройство с узлом вращающегося прядильного кольца, позволившее реализовать технологию высокоскоростного кольцепрядения;

- исследована пряжа, выработанная на кольцевой прядильной машине по разработанной технологии, определены её физико-механические параметры и свойства, условия проектирования и формирования пряжи с заданными параметрами.

Методика исследований

В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В теоретических исследованиях использовались теория дифференциального и интегрального исчислений, теория приближенных вычислений, теория упругости твердого тела, теория прочности твердого тела, теория кручения сплошного материала, теория вращения твердого тела вокруг неподвижной точки, теория трения и износа, методы оптимизации и математической статистики! В экспериментальных исследованиях применялись приборные методы исследований характеристик текстильного продукта, тензометрический способ измерения натяжения нити, методы фотосъемки, методы планирования эксперимента. Использовались усовершенствованная методика и устройство определения натяжения нити в точке наматывания на паковку, а также устройство определения крутящего момента пряжи.

Научная новизна работы

Автором впервые разработаны и выносятся на защиту:

- новые положения теории кручения волокнистого материала, методика определения величины крутящего момента пряжи в условиях асимметрии треугольника кручения, уточнено влияние высоты треугольника кручения на структуру и свойства пряжи, установлено влияние степени уплотнения волокнистого материала на процесс кручения, траектории движения нити и угла её перегиба в нитепроводнике на свойства пряжи, предложена формула для определения оптимального угла перегиба нити в нитепроводнике;

- новые положения теории баллотирования и наматывания нити на кольцевой машине, включающие: условия существования баллона, формулу для определения коэффициента жёсткости баллонирующей нити, условия реализации

функции частичного самовыравнивания натяжения нити крутильно-наматывающим устройством кольцевой прядильной машины, динамическое условие наматывания нити на паковку, формулы для определения натяжения нити в баллоне и в зоне «бегунок-паковка»;

- теория построения крутильно-наматывающих устройств с узлом вращающегося кольца, формулы для определения натяжения нити в различных точках от вытяжного прибора до точки наматывания;

- экспериментальный способ определения крутки пряжи в баллоне, аналитический и экспериментальный способы определения величины крутящего момента пряжи и нитей.

Практическая значимость работы

Работа доведена до практической реализации условий формирования пряжи на кольцевой прядильной малыше при использовании нового крутильно-наматывающего устройства (патент Российской Федерации на изобретение № 2421557). Применение устройства позволяет значительно повысить скоростной режим технологаческого оборудования. Экспериментально установлено, что частота вращения веретён кольцевых прядильных маппш может быть увеличена в 2,5н-3 раза, при этом составлять, например на машине П-76-5М, до 3(Н-35 тыс.об/мин. Новое крутильно-мотальное устройство может быть использовано для создания высокоскоростных прядильных машин для выработки пряжи из всех видов волокон, включая химические.

Разработанные и освоенные технические решения по совершенствованию технологических операций формирования и наматывания пряжи (патенты Российской Федерации на изобретение №№ 2418114, 2421557, 2202662, 2393277, 2443809, а также патенты на полезные модели №№103809, 110751, 110753, 115362) позволили обеспечить выработку пряжи улучшенной структуры, повышенной прочности. Так, например, прочность одиночной хлопчатобумажной пряжи, выработанной на кольцевой прядильной машине П-76-5М, повысилась на 35-40%. Значительно улучшились и другие параметры качества пряжи.

Предложены новая методика и устройство для измерения параметров пряжи (патент Российской Федерации на изобретение №2393277) непосредственно в зоне работы технологического оборудования.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ИГТА и использованы в дипломных и магистерских проектах.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на заседании кафедры технологии текстильных изделий ИГТА, научно-технических конференциях ИГТА, МГТУ, РосЗИТЛП, КТУ, ЮРГУЭС, Витебского государственного университета.

Публикации

Основные результаты выполненных исследований представлены в 65 печатных работах, в том числе в 15 статьях в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» и 37 тезисах докладов научно-технических конференций. По итогам работы автором получены 7 патентов на изобретение и 6 патентов на полезные модели Российской Федерации.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, общих выводов, библиографического списка и приложений.

Работа изложена на 280 страницах машинописного текста, имеет 56 рисунков, 40 таблиц, список литературы включает 138 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы, её научная новизна и практическая значимость. Сформулированы цель и основные задачи, которые необходимо решить для её достижения.

В первой главе выполнен анализ технологических операции кручения и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине, анализ технологических и конструкторско-технических решений, направленных на улучшение структуры и физико-механических свойств пряжи кольцевого способа прядения, повышение производительности машины.

Проведённый литературный обзор показал, что важная роль в разработке и развитии теории формирования пряжи принадлежит российским ученым В.А.Ворошилову, К.Н.Корицкому, А.Г.Архангельскому, Г.В.Соколову, В П Щербакову, Ю.В.Павлову, Г.И.Чистобородову и др.

' Вопросам натяжения нити на кольцевой прядильной машине посвящены научные труды П.Ф.Ерченко, А.Н.Державина, П.Ф.Гришина, А.П.Минакова, В А.Ворошилова, Е.Д.Ефремова, И.И.Мигушова и др.

Значительный вклад в развитие теории формирования мычки и пряжи внесли зарубежные учёные и исследователи: A.Rusch, H.Stalder, N.Brunk, К. Fujmo,

J.Morgen, W.Jablonski и др.

В главе проанализированы теоретические основы формирования пряжи кольцевого способа прядения, систематизированы причины обрывности пряжи,

рассмотрены пути повышения прочности пряжи.

Дан анализ изменения величины натяжения нити на всём участке ее транспортирования от вытяжного прибора до точки наматывания, рассмотрена разработанная методика и алгоритм определения натяжения нити.

Исходя из выполненного теоретического анализа определены основные направления совершенствования технологии кольцевого способа прядения:

• улучшение условий распространения крутки в пряже к линии зажима мычки в передней паре вытяжного прибора;

• обеспечение дополнительного уплотнения мычки на участке «вытяжной прибор - нитепровод1шк»;

• улучшение условий распространения крутки в пряже при прохождении её через нитепроводник;

• создание более благоприятных условий для взаимодействия пары «кольцо-бегунок», обеспечивающих стабильную и безотказную работу крутильно-мотального устройства;

• создание условий для работы крутильно-мотального устройства машины при высоких и сверхвысоких частотах вращения веретён.

Вторая глава посвящена разработке технологии формирования пряжи повышенной прочности в условиях кольцевого способа прядения.

Известно, что крутка, сообщаемая пряже бегунком, вращающимся по прядильному кольцу, распространяется к линии зажима мычки в вытяжном приборе, приближаясь к нему на некоторое расстояние, называемое порогом крутки. Далее крутка не распространяется. Образуется так называемый треугольник кручения, размеры которого определяются шириной выходящей мычки b и высотой h. Ранее считалось, что этот треугольник является равнобедренным. В ходе ггроведённых исследований установлено, что равнобедренность треугольника всего лишь частный случай. При исследовании процесса формирования пряжи в области треугольника кручения были выполнены снимки методом скоростной макрофотосъёмки. Эксперимент проводился по 5 вариантам на прядильной машине с вытяжным прибором: 1- без уплотнителя; 2-5 - с уплотнителем с размерами уплотняющих полей: 1,25; 1,5; 2,0; 2,5 мм. В результате исследования установлено, что в треугольниках кручения присутствует асимметрия, которая оказывает существенное влияние на формирование пряжи, её свойства и обрывность, (рис.1).

Рис. 1. Асимметрия треугольника кручения

Рис. 2. Образование момента кручения в нити

Анализируя схему образования крутящего момента в нити (рис.2) и принимая во внимание, что на работающей машине всегда соблюдается равновесие моментов кручения Мк и сопротивления кручению Мс, получили выражение для определения крутящего момента, необходимого для сообщения кручений волокнистому продукту:

(1)

"т.кр

где Т- натяжение нити;

гс — радиус сечения пряжи;

Ь - ширина выходящей из вытяжного прибора мычки;

Ьт.кр — высота треугольника кручения;

^ - асимметричность треугольника кручения.

Влияние параметров поля уплотнения мычки на геометрические размеры треугольника кручения и величину крутящего момента, необходимого для сообщения волокнистому продукту крутки, представлено в табл.1.

Таблица 1

Размеры рабочих полей уплотнителей, мм Параметры заправки вы тяжного прибора Размеры треугольника кручения, мм Мк сН-м

Еобщ Тров, текс Тпр, текс а Ь с Ь 4

Без уплотнителя 20 500 25 2,35 2,85 1,85 1,65 0,32 0,53

1,25 20 500 25 2,15 1,9 1,79 1,4 0,04 0,35

1,5 20 500 25 2,05 2,05 1,95 1,5 0,08 0,37

2,0 20 500 25 2,05 2,25 2,14 1,6 0,11 0,38

2,5 20 500 25 2,55 2,65 2,36 1,8 0,12 0,40

Примечание: а, с - стороны треугольника кручения; Ь - основание треугольника кручения; Ь - высота треугольника кручения; % - асимметричность треугольника кручения.

Анализ табл.1 показывает, что для сообщения волокнистому продукту крутки с целью формирования пряжи требуется больший крутящий момент при работе без уплотнителя мычки в активной зоне вытяжного прибора, а также при работе с уплотнителями с наибольшими полями уплотнения, поскольку в этих случаях наблюдается наибольшая асимметрия треугольника кручения.

С целью оценки влияния уплотняющих устройств на волокнистый продукт проведено аналитическое исследование влияния геометрических параметров и формы сечений каналов уплотнителей на плотность продуктов прядения.

Рис. 3. Уплотнитель волокнистого продукта в разрезе

В основу исследований положен нелинейный закон зависимости плотности продукта р в исходном состоянии от величины нормального давления Р:

Р = ™Р"+Ро> т

где ти п - постоянные коэффициенты.

В.речениях Iи.П уплотнителя (рис.3), соответствующих сечению исходной 1 и плотненной ¥2 ленты или ровницы, диаметры продукта равны:

(3)

- = а^1/(шР° + р0), (4)

где а = 1,13-КГ37т:

Т - линейная плотность продукта.

Если уплотнитель имеет круглое сечение, то максимальное давление на его стенки будет равно:

рщя» — 5

/4-Ю6 _( 1 1

шах л I о

\) 71 ш

(5)

^ ¿1

где й2 - диаметры канала уплотнителя на входе и выходе продукта

Для уплотнителя с прямоугольным каналом и размерами минимального сечения а2Ь2 максимальное давление определяется:

р _ /4-106Т

тяу ~ 2

л2т

и2Ь, яё? )' (6)

Для уплотнителя с произвольной выпуклой формой

где для сечения в форме эллтшса

* _ 4 ^ 4

Здесь а,,а2,Ь,,Ь2 - размеры наибольшей и наименьшей полуосей эллипса, соответственно для максимального и минимального сечений.

Знание максимального давления Ргаах позволяет определить степень уплотнения продукта, при которой он не подвергается разрушению, что очень важно при проектировании уплотняющих устройств.

Рис. 4. Схема сил, действующих на элемент продукта

На элемент продукта площадью <11><18 со стороны стенок уплотнителя действуют силы (рис.4):

- нормального давления

с1Рх = Рхс11л18; (9)

- тангенциальная

сШ, - цР.аЬсЮ, (10)

где (I - коэффициент трения.

Разложив силу с!Рх на две векторные составляющие: вдоль образующей уплотнителя

сШ* < ЦеРх(1ЬС18 (И)

и тангенциальную

сШх < цхРхаЬа8, (12)

получим векторную запись:

= (13)

или

сЩ,' = Л/(цк)2+ (цт)2Рхс1Ьс15 (14)

при этом

+ И*

5 = 31^—. (15)

м*

Сила сЩ,* тормозит продвижение продукта в вытяжной прибор, а <ЗРХТ оказывает на него скручивающее действие. Сила <1Рх уплотняет продукт, а также оказывает сопротивление его продвижению. Из рис. 4 видно, что сопротивление продвижению продукта обусловлено проекциями сил давления и трения на ось ОХ.

Обозначив элементарную величину сопротивления продвижению продукта по каналу уплотнителя через с№х, получим:

(Шх = (1РхзтР + СЩ^собР . (16)

Используя выражения (9) и (11) записываем выражение (16) в следующем виде:

=Р,(*тр + |1Ксо5р)с11х18. (17)

Интегрируем выражение (17) и получаем значение величины сопротивления продвижению продукта Нх в общем виде:

К„=//РХ(8ШР + 11КС08Р)<1Ь<1& (18)

О о

Анализируя выражение (18), отмечаем, что наибольшее значение для уплотнения полуфабрикатов прядения имеют геометрические и технологические параметры, такие, как утол наклона уплотнителя, длина рабочей зоны уплотнителя, коэффициент трения, уменьшение сечения канала уплотнителя.

Полученные математические выражения позволяют выбрать оптимальные параметры для любой формы канала уплотнителя.

Известно, что на выходе из вытяжного прибора находится самый слабый участок продукта, на котором отсутствует крутка, именно здесь наиболее часто происходит обрыв.

Расположение вытяжного прибора (рис.5) по отношению к нитепроводнику и к горизонту регламентировано выражением (19):

<р - агсят -

Аг + Нл]А2 + Н2 - г2

(19)

А +Н

где ф - угол входа нити в нитенроводник;

А, Н - соответственно расстояние между центром переднего цилиндра и центром нитепроводника и плоскостью нитепроводника;

г - радиус переднего цилиндра.

Из рис.6 видно, что величина ослабленного участка определяется суммой длины дуги обтекания мычкой переднего цилиндра и высоты треугольника кручения.

Для уменьшения дуги обтекания переднего цилиндра выходящей мычкой расположение вытяжного прибора на кольцевой прядильной машине выполнено под углом к горизонтали. Однако это не позволяет полностью решить данную проблему. Поэтому нами предложено технологическое решение, которое заключается в изменении траектории движения мычки, выходящей из вытяжного прибора и транспортируемой к нитепроводнику (рис.7).

Ч

Рис. 7. Изменённая траектория движения нити

Техническое решение реализовано, например, в виде модернизированного вытяжного прибора (рис.8,а) или в виде устройства для выпуска мычки, состоящего из средства регулирования (1) дуги обтекания мычкой переднего цилиндра вытяжного прибора и узла подвижных уплотнителей (2,3) (рис.8,б).

Принцип работы этих устройств следующий: на выходе из вытяжного прибора установлены средства регулирования величины дуги обтекания мычкой, совмещённые с узлом подвижных уплотнителей. Они позволяют выбрать наиболее рациональную величину дуги обтекания мычкой переднего цилиндра вытяжного прибора (изменяя траекторию движения нити на выходе её из вытяжного прибора) и уплотняют волокнистый продукт, проходящий между прижатыми друг к другу роликами. Поскольку на каждом из роликов выполнены ка-

навки определённых размеров, которые формируют структуру продукта, уплотняя его. Применение этих технологических решений позволило уменьшить протяжённость слабого участка волокнистого продукта, не охваченного круткой, улучшить структуру пряжи и повысить её прочность.

Рис. 8. Схемы разработанных устройств: а - модернизированный вытяжной прибор, б - устройство для выпуска мычки

Условия выработки пряжи на кольцевой прядильной машине в значительной мере определяются геометрией её заправочной линии, которую формируют такие параметры, как расстояние между осью переднего цилиндра вытяжного прибора и осью веретена, угол наклона вытяжного прибора, величина размаха гштепроводника, расстояние от кольцевой планки до нитепровод-ника в начале и в конце наработки съёма.

Особое значение для правильной организации технологического процесса прядения имеет угол перегиба нити в нитепроводнике. При большой величине угла перегиба в нитепроводнике затруднено прохождение крутки за нитепро-водник, что ослабляет нить и приводит к повышенной обрывности в зоне «выпускной цилиндр - нитепроводник». По данным многочисленных исследований потеря в крутке и прочности пряжи при соприкосновении с нитепроводни-ком может достигать 19-20%. Поэтому для создания нормальных условий для работы кольцевой прядильной машины необходимо обеспечить оптимальную величину угла перегиба нити в нитепроводнике. В связи с этим нами разработан аналитический метод определения оптимального угла перегиба нити в нитепроводнике.

(а)

(б)

У

ь

н

Рис. 9. Технологическая линия заправки кольцевой прядильной машины

В результате аналитического исследования нами определён угол при вершине баллона:

где г - радиус прядильного кольца, мм;

со - угловая скорость вращения нити, мин"'; т - масса единицы длины нити, г; Н — высота участка баллонирования, мм; Тх - проекция натяжения нити на ось X.

Из рис.9 видно, что угол перегиба нити в нитепроводнике 6 = Р0 - Р Зная угол Р и определив по формуле (20) угол при вершине баллона 00, можно легко найти угол перегиба нити в нитепроводнике.

На основании данных аналитического и экспериментального исследований нами построены номограммы определения предельного угла при вершине баллона для хлопчатобумажной пряжи различной линейной плотности, вырабатываемой на кольцевой прядильной машине при различных технологических параметрах. Так, например, на рис.10 представлена номограмма зависимости угла при вешине баллона от натяжения пряжи линейной плотности 25 текс, вырабатываемой на кольцевой прядильной машине П-76-5М, при частоте вращения веретён 12500 мил-1, диаметре кольца 40 мм, при максимальной высоте баллона 220 мм, массе бегунка 0,05г. Как видно из графика, с увеличением натяжеггия

(20)

угол при вершине баллона уменьшается по кривой гиперболического вида, причём это характерно и для пряжи других линейных плотностей.

п

Ро'

50 49 39 20

10

7

<м 0,8 1,0 14 1,4 1,бТх,Н

Рис. 10. Номограмма изменения угла при вершине баллона от натяжения нити в баллоне для пряжи линейной плотности 25 текс

Зная разрывную нагрузку пряжи, по номограмме легко можно найти предельный угол при вершине банлона.

Так, например, при изменении частоты вращения веретён в диапазоне от 9000 до 15500 мин-1, предельный угол для пряжи линейной плотности 25 текс меняется от 8° до 6°.

На рис. 11 приведены схемы сил, действующих на нить в верхней точке баллона.

а б

Рис. 11. Схемы сил, действующих на нить в верхней точке баллона

В процессе прядения натяжение нити между нитепроводником и передним цилиндром за каждый оборот баллона значительно изменяется. Это происходит потому, что сила, прижимающая нить к нитепроводнику, изменяется в достаточно широких пределах.

Пусть в данный момент времени бегунок занимает положение 1 (см.рис.11,а), а нить располагается по кривой 1-2-3. Угол между направлением нити до нитепроводника и после него близок к 180°. Силы натяжения Т и Тн почти равны, равнодействующая их очень мала, а сопротивление у нитепроводника ничтожно. Через половину одного оборота бегунка нить расположится по кривой 4-2-3 (см.рис.11,6) и угол между направлениями нити будет значительно меньше. Равнодействующая натяжений Q, прижимающая нить к нитепро-воднику, будет значительно больше, и сопротивление крутке пряжи у нитепроводника возрастёт. Изменения силы Q вызывают вибрации и переменное натяжение нити на участке 2-3.

При прохождении пряжи через глазок нитепроводника помимо трения скольжения имеет место и трение качения. Момент трения качения препятствует распространению крутки к линии зажима мычки в выпускной паре вытяжного прибора, поэтому крутка пряжи распространяется за нитепроводник, но с меньшей величиной.

Для решения проблемы снижения влияния нитепроводника на процесс распространения крутки предлагались разные технические решения, например, вибрирующий нитепроводник, а также решения, сущность которых сводилась к разделению процессов кручения и наматывания. По разным причинам решения не нашли применения на практике. Нами предложено решить задачу снижения потери крутки в пряже при её прохождении через нитепроводник заменой последнего на устройство, которое сообщает пряже дополнительное кручение. Такое устройство представлено на рис. 12.

Рис. 12. Технологическая схема прядильной машины, оборудованной разработанным нитепроводяхцим устройством. На выходе выпускной пары вытяжного прибора, состоящей из рифлёного цилиндра 1 и нажимного валика 2, установлен узел нитенаправителя 3. Вместо

классического нитепроводника машина снабжена устройством вращающегося нитепроводника 4. Нитенаправитель 3 обеспечивает установку требуемого угла обтекания мычкой переднего цилиндра посредством изменения положения ролика эллипсовидной формы и смены траектории движения нити в сторону нитепроводника. Основой узла вращающегося нитепроводника является въюрок 5, установленный в специальной втулке, приводимой во вращательное движение. Вьюрок, вращаясь, сообщает проходящей через него пряже дополнительное (заданное) кручение.

Оценка влияния разработанных технических решений на формирование структурных физико-механических свойств пряжи проводилась расчётным ие-тодом для конкретных производственных условий: на прядильной машине П-76-5М вырабатывается хлопчатобумажная пряжа линейной плотности 25 текс; ширина мычки, выходящей из вытяжного прибора, - Ь = 2мм; крутка пряжи - К = 880кр/м; коэффициент вариации линейной плотности по «Устеру» - СУ = 17,5; линейная плотность волокна - Твол =0,170 текс; длина волокна -I = 0,028м; диаметр выпускного цилиндра - <1ц = 0,025м; угол обтекания выпускного цилиндра мычкой - у изменяется от 10° до 2°. Аналитическое исследование показало: абсолютная разрывная нагрузка пряжи возрастает с уменьшением дуги обтекания мычкой выпускного цилиндра вытяжного прибора (рис.13).

Рпр,сН

294

Рис.13. Зависимость абсолютной разрывной нагрузки пряжи от угла обтекания мычкой выпускного цилиндра вытяжного прибора

При исследовании работы устройства для выпуска мычки был проведён полный факторный эксперимент, в ходе которого получена регрессионная математическая модель, устанавливающая зависимость абсолютной разрывной нагрузки мычки от следующих параметров: диаметра уплотняющих роликов, ширины и глубины уплотняющих канавок, линейной плотности вырабатываемой пряжи. Обработка результатов произведена в программной среде БТАПБ-

ТТКА-6. Установлены следующие оптимальные параметры исследуемого устройства: диаметр роликов - 4мм, ширина канавок - 0,8 - 1мм, глубина канавок

- 0,8-1мм.

В целом в результате применения устройства для выпуска мычки установлено:

- уменьшение дуги обтекания мычкой переднего цилиндра от 10° до 2° увеличивает прочность пряжи до 13-15%;

- применение подвижных уплотнителей с канавкой также упрочняет пряжу на 4,5-10%, при этом оптимальный диаметр роликов уплотнителя - 4мм.

Дяамстр роликов: 1 -10мм;

2 - вмм;

Без С уплотнителем С кававочным

уплотнителя уплотнителем

Рис. 14. Влияние диаметра роликов уплотнителя на прочность

Прочность мычкд, сН

Без устройства С устройством С устройством

выпуска мычки выпуска мычки вьшуска мычкп

(ширина канавки 1мм)(глубина канавки 1мм)

Рис. 15. Влияние параметров уплотнителя на прочность мычки

На рис. 15 обозначены:

1- ширина канавки 1мм, глубина канавки 1 мм;

2- ширина канавки 1мм, глубина канавки 1,25мм;

3- ширина канавки 1мм, глубина канавки 1,5мм;

4- ширина канавки 1,25мм, глубина канавки 1мм;

5- ширина канавки 1,5мм, глубина канавки 1мм.

Третья глава посвящена совершенствованию технологии формирования прядильной паковки. Важнейшим условием успешного осуществления технологического процесса получения качественного продукта прядения является операция наматывания пряжи на патрон. Особое значение в этой операции имеет процесс баллонирования нити, что определяется взаимозависимостью между натяжением нити, которое та испытывает в процессе баллонирования, и параметрами самого баллона. Взаимозависимость между натяжением нити в баллоне и изменением его формы в период формирования паковки может быть выражена коэффициентом жёсткости баллона К (на растяжение): К = ДТ/ДИ, где ДТ - изменение проекции натяжения нити в баллоне на ось вращения; ДЬ -изменение высоты баллона.

От величины коэффициента жёсткости баллона зависит форма баллона, изменяющаяся под воздействием различных возмущающих факторов, а также, что наиболее важно, обрывность пряжи в процессе формирования початка.

Рис. 16. Форма баллонирующей нити при изменении положения кольцевой

планки

Принимая условие, что нить является абсолютно гибкой и нерастяжимой, а баллон плоским, получаем следующее. При изменении положения кольцевой планки (рис.16) изменится высота баллона с Ьх на Ь2, так что Ь2 = Ь1+ДЬ .

Бегунок переместится по вертикали из точки Аг в точку А2. Некоторое изменение произойдёт и с формой баллона, а значит, изменится и натяжение бал-лонирующей нити с Тг до Т2.

Известно, что форма баллонирующей нити приближённо может быть выражена синусоидой, а величина угла (3 между касательной к кривой баллона у нитепроводника (в нашем случае точка 0) и осью вращения веретена У при изменении высоты баллона изменится незначительно. Поэтому будем считать, что Р1 = Р2 = Р- Тогда уравнения двух форм баллона в меридиальной плоскости будут иметь вид:

*, = 1вр/а,8та,у,

хг =^р/а2Бта2у,

где а - параметр, зависящий от массы погонной длины нити ш, угловой скорости баллона со и натяжения нити Т:

а

(22)

Длину дуги кривой х = х(у) определим следующим образом:

(23)

Дифференцируя выражение (21) и вычисляя интеграл (23), получаем:

(24)

Из условия нерастяжимости нити следует, что 12 = lj—const. Тогда в результате преобразования получим:

где

Ь = 1 + 1ё2р/4.

Приращение ДЬ будет равно: /

8ш2а,Ь| 51п2а2Ь2

аъ = Ъ2 -ь,

2

а,

Из условия, что х2 = хх = г (где г - радиус кольца) и вьфажения (26) получа-

зта,Ь, -

зта2И2 = 2

Ш а2Г 1вЭ"

(27)

Преобразовав (26) и (27), заменив Б^аЬ выражением 2зшаЬ-созаЬ ДЪ = 0,25Ь~'г

11-1

\2

1-

г \г а2Г

(28)

Преобразовав выражение (28), разложив каждый из членов, стоящих в квадратных скобках, в соответствующие ряды по степеням агЛ^р и принимая во внимание только два первых члена полученного выражения, будем иметь:

ДЬ

——(а2 - а,2)

(29)

а с учётом (22)

ДЬ

тсо г

8Ь1Вр

_1___

Т Т 12 Х1 У

(30)

Считая, что Т2 = Т1 — ЛТ, и преобразовав (21), пренебрегая произведением бесконечно малых величин, определим приращение натяжения:

ДТ:

81ёр + 21ё2р шю2г3

Т,2ДЬ.

Тогда коэффициент жёсткости баллона на растяжение:

к.М±ар1т?. т

тсо г

В вьфажении (32) нам известны технологические параметры ш, со и г. Методики определения угла выхода баллонирующей нити из нитепроводника р и натяжения Тх с помощью фотографирования баллона или аналитически, известны и применяются достаточно широко, при этом возникает необходимость в нахождении максимального вылета баллона - значения Хтах. Учитывая, что Хтах = Ха = tgP/a1, и подставив это выражение в первое из уравнений (22), решаем его относительно Т0:

_ та2Х^ (33)

С учётом выражения (33) и преобразований выражение (32) примет вид:

К = •

¿ + 2Ь'Х:» (34)

При известных технологических и конструктивных параметрах: массе единицы длины нити, угловой скорости баллона, радиусе кольца, а также экспериментально определённых величинах р и Хтах, формула (34) позволяет с достаточной степенью точности определить коэффициент жёсткости баллона на растяжение.

Таким образом, получен алгоритм аналитического определения коэффициента жёсткости баллонирующей нити. Это даёт возможность прогнозировать характер технологической операции наматывания пряжи на паковку, что особенно важно при разработке новых конструкций крутильно-мотальных устройств кольцевой прядильной машины.

Одним из главных параметров, влияющих на обрывность пряжи, вырабатываемой на кольцевой прядильной машине, является натяжение нити, которое та испытывает в процессе формирования и наматывания на патрон.

Известно, что величина натяжения нити в процессе наматывания её на патрон, а также дисперсия натяжения зависят от множества технологических и конструктивных параметров прядильной машины, среди которых важнейшим является частота вращения веретён. В связи с тем, что современные кольцевые прядильные машины высокоскоростные (частота вращения веретён достигает 30000 мин"1 и более), вопрос уменьшения и выравнивания натяжения нити особенно актуален.

Задача уменьшения и выравнивания натяжения нити при наматывании её на патрон производителями кольцевых прядильных машин решается по-

22

разному. Прядильные машины оснащаются частотными преобразователями с программным управлением с целью полного регулирования скорости вер™ а

¡ Гг Т™"И УТТаМЯ- ТаК' НаПрИМеР' пр—е мРашинь 5 фирмы «ЭРликон Шлафхорст» оснащены специальными насадками

н==РЬШ ™ ~ б™ ^ — = СНИЖЕТ пТлТГЗИР0Ва1И В03М0ЖН0СТЬ Уменьшения натяжещш нити и

к" ЙГ^^^^ —

ГвГтаенбн7:твания ^ - «ггх—

~Т= б—сГа^в—

=°сС~' П°СК0ЛЬКУ ПЛ™™ Разделители ограняют "о только с двух противоположных сторон. Силы, действующие на бегунок кольцо и нить представлены на рис. 17. оегунок,

На рисунке обозначено:

I - баллонирующая нить; 2 - кольцо; 3 - бегунок; 4 - ось веретена-П - натяжение пряжи в баллоне у бегунка, сН; Т6-п ~ натяжение пряжи между бегунком и паковкой; С - центробежная сила бегунка, сН; Рп - сила трения;

^ре7бёгу^;аПРаВЛеНИеМ ПРЯЖИ К Л04атку и кольца, проходящим

шчат^"; МСЖДУ КаСаТеЛЬН°Й К баллонУ У бе1У»^ и направлением пряжи к У„ - угол между касательной к баллону у бегунка и вертикальной осью,

Натяжение пряжи в баллоне у бегунка, не учитывая сопротивление воздуха вращению нити в баллоне, будет:

т __тбсо11к6с

--;-

г

Кк (1 + 0,7р,

(35)

где д /- коэффициенты трения соответственно пряжи о бетюк и бегунка о

КОЛЬЦО^

р - угол охвата бегунка нитью, рад; г - радиус витка намотки, м; Дк - радиус кольца, м; ш6- масса бегунка, г; ш - угловая скорость бегунка, с-1.

Рис. 17. Схема сил, действующих на бегунок, кольцо и нить в случае применения пластинчатых ограничителей баллона

Из выражения (35) видно, что натяжение нити в баллоне у бегунка, а следовательно, и натяжение нити между бегунком и початком в случае применения пластинчатых и кольцевых ограничителей баллона при одинаковых параметрах кольца, бегунка, при одинаковых частотах вращения веретён, высоте баллона будут отличаться только при изменении величины утла р.

Из рис.17 и 18 видно, что при свободном баллоне вектор натяжения нити Тп, у бегунка отклонён от вертикали на больший угол, чем при баллоне, ограниченном кольцевыми ограгшчителями (ук > уп). Поэтому горизонтальная составляющая натяжения нити в баллоне больше при свободном баллоне, чем горизонтальная составляющая натяжения шгги при кольцевых ограничителях баллона:

> Ткх*£ГУк- (36)

Кроме этого центробежная сила нити в свободном баллоне больше, чем в баллоне при кольцевых ограничителях.

Поэтому при использовании кольцевых ограничителей баллона давление бегунка на кольцо и трение между ними меньше, чем при пластинчатых ограничителях баллона. Это означает, что, применяя кольцевые ограничители баллона и располагая их на определённом расстоянии по высоте баллона, можно создать условия, при которых износ бегунков и колец будет меньше, меньше, а также уменьшится натяжение нити в баллоне, то есть кольцевые ограничители баллона будут способствовать более устойчивой работе крутильно-мотальной пары «кольцо-бегунок», а также уменьшению и выравниванию натяжения нити. Поскольку угол 5К между вектором натяжения нити в баллоне и горизонталью, проходящей через точку касания нити с бегунком, при кольцевых ограничителях баллона меньше, чем 6П при пластинчатых нитеразделителях, то угол охвата нитью бегунка р в первом случае больше, чем во втором, что, при прочих

равных условиях увеличивает параметр е^при кольцевых ограничителях баллона, следовательно, снижает натяжение нити в баллоне.

Рис. 18. Схема сил, действующих на бегунок, кольцо и нить в случае применения кольцевых ограничителей баллона

Таким образом, увеличив угол охвата нитью дужки бегунка, можно несколько уменьшить натяжение нити в баллоне.

Особое значение для формирования початка имеет натяжение нити в зоне «бегунок - паковка». Известно, что натяжение нити в этой зоне определяется зависимостью

т _ т *б-п ~ 1 6е '

где Т6_п — натяжение нити в зоне «бегунок-паковка»;

Т6 - натяжение нити в баллоне.

От величины натяжения нити в зоне «бегунок-паковка» Тб_п зависит плотность намотки пряжи на початок: чем больше натяжение, тем плотнее намотка.

Экспериментальные исследования показали, что при использовании кольцевых ограничителей баллона величина натяжения нити в баллоне на 30-35% меньше, чем при использовании пластинчатых ограничителей баллона (при прочих равных условиях), а плотность намотки примерно одинаковая. Это объясняется тем, что угол охвата дужки бегунка нитью в случае применения кольцевых ограничителей баллона больше, а значит, больше и натяжение Т6_п.

На основании этого можно сделать следующие выводы: - кольцевые ограничители баллона позволяют уменьшить и частично выровнять натяжение нити в баллоне по сравнению с натяжением нити при пластин-

чатых нитеразделителях, обеспечивая при этом нормальную плотность намотки;

- кольцевые ограничители баллона улучшают условия эксплуатации крутиль-но-моталыюй пары «кольцо-бегунок», уменьшая трение между ними, что способствует более длительному их использованию, а также позволяет увеличить

скоростной режим работы.

С целью улучшения условий формирования початка и обеспечения долговременной работы пары «кольцо-бегунок» нами разработана конструкция подвижных кольцевых баллоноограничителей (рис. 19).

Двнжевяе мычкн от \ \ 18 вьпяжиого прибора \ ^^^

Рис. 19. Технологическая схема наматывания пряжи на патрон с применением кольцевого баллоноограничителя

Верхнее и нижнее кольца 2 и 3, перемещаясь в вертикальной плоскости по заданной программе в соответствии с определённым периодом процесса наматывания, ограничивают величину диаметра баллона, тем самым уменьшая и выравнивая натяжение нити в баллоне и в точке наматывания. Кроме того, кольцо 3, ограничивая диаметр баллона в нижней его части, изменяет траекторию движения нити и угол охвата ею дужки бегунка, что ведёт к уменьшению силы трения бегунка по кольцу и создаёт более благоприятные условия для работы крутильно-мотальной пары «кольцо-бегунок», увеличивая продолжительность их безотказной работы.

Вертикальное возвратно-поступательное движение кольца 2 изменяет траекторию движения нити в верхней части баллона, приводит к изменению угла перегиба нити в нитепроводнике 19, создаёт вибрацию нити и позволяет крутке, налагаемой на пряжу, беспрепятственно пройти дужку нитепроводника 19 в

26

переднюю зону вытяжного прибора, тем самым обеспечивая повышение прочности пряжи, уменьшая обрывность и, как следствие, увеличивая производительность оборудования.

Верхнее кольцо 2 ограничивает величину баллона 25 в верхней его части, изменяет угол перегиба нити в нитепроводнике 19 и создаёт оптимальные условия для беспрепятственного прохождения крутки, приобретённой пряжей, в зону передней вытяжной пары. Величина перемещения верхнего кольца 2 от нитепроводника 19 в направлении прядильного кольца 21 в период формирования паковки в зависимости от ассортимента вырабатываемой пряжи и технологических параметров работы оборудования составляет 0,15 - 0,35 максимальной высоты баллона.

Нижнее кольцо 3 уменьшает и выравнивает натяжение нити в баллоне и в точке наматывания её на паковку, амплитуда его перемещения от прядильного кольца 21 в направлении нитепроводника 19 составляет 0,1 - 0,4 максимальной высоты баллона.

Для обеспечения удобства съёма наработанных початков верхнее ограничительное кольцо 2 и нижнее ограничительное кольцо 3 перемещаются в крайнее нижнее положение.

Экспериментальные исследования по выработке хлопчатобумажной пряжи на кольцевой прядильной машине П-76-5М и прядильно-крутильной машине ПК-100 показали, что использование разработанного баллоноограничителя повышает прочность пряжи на 17,3% + 18,5% соответственно, улучшает качество намотки её на патрон, создаёт более благоприятные условия для работы крутилыю-мотальной пары «кольцо - бегунок», что позволяет увеличить скоростной режим машин и повысить производительность оборудования в среднем на 25%.

Четвёртая глава посвящена разработке технологии высокоскоростного прядения. При выработке пряжи на кольцевой прядильной машине нить, направляясь к паковке, на участке между нитепроводником и бегунком всё время находится во вращательном движении вокруг оси веретена, испытывая влияние различных сил. Нить на этом участке при вращении находится под действием центробежных сил, с одной стороны, и под действием сопротивления воздуха и кориолисовых сил - с другой. Центробежная сила стремится отбросить участок нити между нитепроводником и бегунком в сторону. Вследствие этого нить принимает вид выпуклой кривой и описывает в пространстве так называемый баллон. Форма баллона в значительной степени определяет величину натяжения нити как в самом баллоне, так и на участке «бегунок-паковка». А так как натяжение нити в различных точках обуславливает обрывность в её слабых местах, то определение степени натяжения и факторов, влияющих на натяжение, имеет очень важное значение и вызывает большой интерес у исследователей.

Результаты аналитических и экспериментальных исследований операции наматывания пряжи на паковку на кольцевой прядильной машине позволили предположить, что крутильно-мотальное устройство, кроме свойственных ему

функций, выполняет функцию сглаживания амплитуды колебания натяжения пряжи в точке наматывания в процессе увеличения диаметра намотки. Анализ процесса наматывания пряжи на паковку в переходных режимах, то есть при изменении радиуса и скорости наматывания, подтвердили ранее сделанные предположения. То, что крутильно-мотальное устройство частично сглаживает амплитуду колебаний натяжения пряжи в точке наматывания было установлено в ходе исследования зоны наматывания кольцевой прядильной машины, то есть участка, ограниченного выпускной парой вытяжного прибора и паковкой. Уравнение движения нити в этой зоне:

Увьш - У„/(1 + Е) = <ЦЬ/(1 + Е)]/(И, (37)

где — Увып —скорость выпуска пряжи из вытяжного прибора;

V,, - скорость наматывания пряжи на паковку;

Ь - величина исследуемой зоны (от выпускного цилиндра до точки наматывания);

е - относительная деформация пряжи в зоне наматывания.

Скорость наматывания пряжи на паковку при постоянной частоте вращения веретён зависит от радиуса наматывания. В свою очередь, изменение радиуса наматывания определяется натяжением пряжи в точке наматывания. Тогда скорость изменения радиуса наматывания

сШ/ск = 5ун(1 - аТн)/2ттЯ, (38)

где К - радиус наматывания пряжи на паковку;

Т„ - натяжение пряжи в точке наматывания;

5 - толщина пряжи до воздействия на неё бегунка;

а - коэффициент, учитывающий деформацию пряжи от воздействия бегунка.

Преобразуем выражение (38), считая, что:

И = Я0(1) + ДВД

Т = Т0+ДТ, (39)

где Ко© - основной уровень радиуса, являющийся постоянным только в пределах данного слоя намотки, в общем случае является функцией времени (0;

ДЯ(0 - приращение радиуса наматывания;

Т0- основной уровень натяжения;

ДТ- приращение натяжения.

Тогда левая часть выражения (38) будет иметь вид:

сШМ = сИ1о0:)/ск + с1Д11Ю/с11:. (40)

Для упрощения записи опустим обозначение (0, тогда правая часть ражения (38) с учётом малой величины ДИ примет вид:

Ун(1-дТ)_5ун(1-аТ0) 5уна 5ун(1 - аТ0) 5уна

Из-за малой величины произведения ДТДЯ считаем, что в выражении (41) её можно не учитывать, тогда запишем выражение (40) в приращениях:

сШ0 аДИ 5ун(1 - аТ0)

^ + = --СДИ-ОДТ, (42)

где

_ 8ун(1 - аТ0) 5уна

С~ 2яЯ0 ; 0 = С«)

Для основного уровня радиуса наматывания Я0 и номинального натяжения Т0 выражение (42) принимает пид:

(Ш0 _ 6ун(1 + аТ0)

Л ~ ' (44)

После преобразования выражения (42) получаем:

Алк^к.дт, (45)

г>_ 2та(0)2 гДе - постоянная времени, с;

_ а!10

1 ] _ ах " коэФФкЦкент, учитывающий изменение натяжения при увеличении радиуса наматывания, м/Н.

Выражение (45) представляет собой дифференциальное уравнение, связывающее изменение радиуса паковки с изменением натяжения нити. С учётом малости с выражение (38) принимает вид:

с1е

ун-УВып =уне + Ь— (46)

сн

Для случая упругой деформации пряжи при наматывании на паковку её относительная деформация будет определяться: е = Т/ЕБ,

где ЕБ — жёсткость пряжи на растяжение, Н.

После соответствующих преобразований выражения (46) находим:

= К2Дун, (47)

а. адт -4

1

п, ь

к2 (1-

где О, = — - постоянная величина времени зоны наматывания, с;

— - коэффициент, учитывающий зависимость натяжения "н,

от скорости наматывания, Н-с/м; Т

е0=— - относительная деформация пряжи в установившемся ЕБ

режиме.

Приращение скорости наматывания

Дун=рДК,

где р - коэффициент пропорциональности, 1/с.

Уравнения (45), (47) при соответствующих начальных условиях описывают процесс наматывания пряжи на паковку. Исключив из этих уравнений ДТ, получим выражение приращения радиуса ДР.:

П1П^^ + (П1+П)^+(1 + К1К3)ДК = 0, (48)

где К3=РК2.

Аналогичный вид будет иметь выражение приращения натяжения ДТ:

п,Г2^^+(а1 + а)^+(1 + к,к3)дт = о. (49)

Таким образом, переходные процессы изменения радиуса наматывания и натяжения пряжи описываются дифференциальными уравнениями второго порядка, которые показывают, что возникающие в процессе наматывания пряжи на паковку случайные отклонения ДЯ и ДТ с течением времени (по мере увеличения диаметра паковки) исчезают, то есть наблюдается эффект самовыравнивания. Из уравнения (49) можно определить длительность и характер переходных процессов:

ДТ(1) = ДТ(0)[С1ехр(у,1) + С2ехр(у21)], (50)

где

У..2 = нп, + «) ± л/("1+п)2-4а1п(1+к1к3)]/2П1а;

С, =у2/(у2-у,);

(51)

С2=У1/(У.-У2)-

Анализ реальных величин Д2, К^ К3 показывает, что корни характери-стичеекого уравнения могут быть действительными и отрицательными, то есть переходный процесс является устойчивым и апериодическим.

С помощью специально разработанной методики и измерительного стенда проводились исследования работы крутильно-мотального устройства кольцевой прядильной машины П-76-5М4 при выработке пряжи различной линей-нои плотности при различных параметрах технологического процесса В результате исследований получены осциллограммы, которые характеризуют переходный процесс при наматывании пряжи на паковку. Анализ осциллограмм показал, что максимальное натяжение в точке наматывания пряжа испытывает в начальной стадии, то есть при минимальном диаметре намотки, равном диаметру патрона (момент заработки гнезда початка). В дальнейшем при наматывай™ каждого последующего слоя уровень натяжения снижается, а амплитуда колебания натяжения при переходе от слоя к слою сглаживается. Однако на стадии завершения формирования паковки при верхнем положении кольцевой планки и малом диаметре намотки (баллон становится более спрямлённым, а угол между касательными к баллону у нитепроводника и у бегунка увеличивается) натяжение возрастает.

^ Таким образом, при формировании тела початка крутилыю-мотальное устройство кольцевой прядильной машины, кроме свойственных ему функций, выполняет функцию частичного самовыравнивания натяжения пряжи, которое та испытывает в процессе наматывания на паковку, что необходимо учитывать при проектировании технологического процесса наматывания, а также при разработке новых конструкций крутильно-мотальных механизмов кольцевых прядильных машин.

В настоящее время задача совершенствования крутильно-мотальной пары «кольцо-бегунок» прежде всего связана с необходимостью повышения скорости движения бегунка относительно кольца до 50-60 м/с и выше. Решение этой задачи ведётся в направлении использования новых материалов для изготовления колец и.бегунков, усовершенствования их конструкции, а также разработки принципиально новых устройств для осуществления операций кручения и наматывания пряжи на патрон.

Одним из способов повышения скорости движения бегунка по прядильному кольцу является создание систем с вращающимися кольцами. Известен целый ряд таких систем, которые нашли применение на прядильных машинах и

позволили повысить производительность в прядении хлопка на 25-30%, а в прядении химических волокон и шерсти на 50% и более.

На рис. 20 представлена разработанная нами новая конструкция крутиль-но-мотального устройства с использованием системы вращающегося прядильного кольца.

Устройство содержит прядильное кольцо 1, состоящее из верхней части 2 и нижней части 3. Кольцо выполнено полым и имеет перфорацию 6 для выхода воздуха, расположение которой сопряжено с расширенными частями 7 бегунка 8, находящимися в верхней его части с обеих сторон от места контакта с пряжей. Прядильное кольцо приводится во вращательное движение давлением воздушной струи на лопасти турбины.

Рис. 20. Схема крутильно-мотального устройства в разрезе 5 6 4

Рис. 21. Пара «кольцо-бегунок»

При пуске машины через отверстия 20 (см.рис.20) в корпусе 18 подаётся сжатый воздух, который, воздействуя на лопасти 15 турбины 14, приводит во вращательное движение втулку 9 с установленным на ней кольцом 1. Одновременно сжатый воздух по каналам 22 втулки 9 и каналам 21 опоры 4 кольца 1 подаётся из корпуса 18 в полость 5 кольца 1 и через перфорацию 6 кольца 1 воздействует на расширенные части 7 (рис.21) бегунка 8, приподнимает и удерживает его во взвешенном состоянии над поверхностью кольца 1.

Уменьшение трения при работе пары «кольцо-бегунок», за счёт наличия воздушной подушки между этими элементами, а также применение принуди-

тельного вращения кольца позволяет значительно увеличить частоту вращения веретён, сохраняя при этом работоспособность пары «кольцо-бегунок», существенно повышает производительность оборудования, снижая обрывность текстильного продукта, и улучшают его качество.

Пятая глава посвящена аналитическим и экспериментальным исследованиям работы кольцевой прядильной машины в условиях усовершенствованного технологического процесса формирования и наматывания пряжи.

Для осуществления технологического процесса формирования пряжи на кольцевой прядильной машине большое значение имеет натяжение нити, которое та испытывает на всём участке транспортирования её от вытяжного прибора до точки наматывания. Известно, что на различных участках пути от вытяжного прибора до початка нить испытывает натяжение различной величины. Минимальное натяжение имеет место на участке от вытяжного прибора до ни-тепроводника. Наибольшее натяжение нить испытывает на участке «бегунок-паковка». Однако, несмотря на минимальное натяжение, которое испытывает нить на участке от вытяжного прибора до нитепроводника, зона выпуска является самым слабым участком, и здесь вероятны обрывы нити. Ослабленность мычки проявляется в зоне так называемого треугольника кручения, то есть там, где волокна не скреплены круткой. Высота треугольника кручения, то есть протяжённость ослабленного участка, зависит от ряда параметров, в том числе и от величины дуги обтекания мычкой переднего цилиндра. Решая задачу уменьшения величины дуги обтекания мычкой переднего цилиндра, мы применили устройство для выпуска мычки. Аналитическое исследовшше изменения величины натяжения нити в процессе наматывания её на патрон, выполненное по уточнённой методике, основанной на расчёте натяжения нити с учётом динамики процесса, позволило получить более точные результаты и в месте с тем подтвердило следующие положения:

1. Максимальное натяжение нить испытывает на участке между бегунком и паковкой.

2. Высокое натяжение нить испытывает в момент выхода из нитепроводника (однако, при всех условиях выполненного исследования натяжение То >Т1);

3. Натяжение нити на всём протяжении её транспортирования от вытяжного прибора до точки наматывания уменьшается с увеличением диаметра паковки (радиуса наматывания гн);

4. Чем больше скорость выпуска пряжи и выше частота вращения веретён, тем большее натяжение испытывает нить;

5. Оснащение кольцевой прядильной машины устройством для выпуска мычки, а также средством регулирования дуги обтекания мычкой выпускного цилиндра не может быть причиной повышенной обрывности мычки, поскольку оно не увеличивает её натяжение.

На рис.22 показано влияние радиуса наматывания пряжи на её натяжение в различных зонах транспортирования от вытяжного прибора до паковки на кольцевой прядильной машине П-76-5М

На рисунке обозначено:

1 - Тг - натяжение нити в точке наматывания её на патрон;

2 - Тс - натяжение нити в точке выхода её из нитепроводника;

3 - Тх - вертикальная составляющая натяжения нити в нижней точке баллона;

4 - Тс - натяжение нити в точке входа её в нитепроводник;

5 - Твм - натяжение мычки перед устройством выпуска мычки.

Частота вращения веретён 13000 мин'1, масса бегунка 0,00006кг

Т,сН

110 100 90 во 70 60 50 40 30 20 10 0

0,009 0,012 0,015 0,018 Г„.М

Рис. 22. Влияние радиуса наматывания пряжи на её натяжение в различных зонах транспортирования от вытяжного прибора до паковки на кольцевой прядильной машине П-76-5М

Исследования натяжения нити в различных точках её транспортирования от вытяжного прибора до паковки на кольцевой прядильной машине П-76-5М проводились при различных технологических параметрах работы машины, при этом характер полученных графиков не изменялся.

Производственные испытания устройства для выпуска мычки проведены на прядильной фабрике ООО «Ветка-текстиль» (г.Кинешма).

Внедрение устройства для выпуска мычки на кольцевых прядильных машинах П-66-5М привело к следующим результатам:

- на 22,1% повысилась прочность вырабатываемой пряжи;

- на 14,5% снизился коэффициент вариации по разрывной нагрузке;

- на 12% повысился показатель качества пряжи;

- на 27,5 снизилась обрывность.

Аналитические исследования работы крутильно-мотального устройства с вращающимся прядильным кольцом, проведены при частотах вращения веретён от 15900 до 30500 мин-1, доказали, что оно способно осуществлять технологическую операцию наматывания пряжи на патрон при высоком скоростном режиме. При этом устройство обеспечивает высокий запас прочности вырабатываемой пряжи. Так, например, при частоте вращения веретена 27500 мин-1, движении по вращающемуся прядильному кольцу бегунка массой 0,00002кг максимальное натяжение нити в зоне «бегунок-паковка» составляет 60,17сН. При этом запас прочности вырабатываемой пряжи составляет 5,8 (рис.23).

Рис. 23. Влияние частоты вращения веретён и радиуса наматывания на натяжение нити в зоне «бегунок-паковка»

Производственные испытания крутильно-мотального устройства с узлом вращающегося прядильного кольца, проведённые на прядильных машинах П-66-5М, доказали работоспособность и надёжность нового крутильно-мотального устройства при частоте вращения веретён до 17500 мин-1 (проверка работоспособности устройства при более высоких частотах вращения веретён была технически невозможна).

С целью прогнозирования поведения выработанной пряжи в ткачестве и ткани при последующей эксплуатации, были проведены исследования одно-цикловых и многоцикловых характеристик при растяжении пряжи. Исследования показали, что модернизация кольцевой прядильной машины позволяет значительно улучшить физико-механические свойства пряжи.

Общие выводы по работе

В ходе решения задач, поставленных в диссертационной работе, автор пришёл к следующим основным выводам и рекомендациям:

1. Теоретически и экспериментально доказано, что для упрочнения мычки, выходящей из вытяжного прибора и образующей так называемый треугольник кручения, а также для улучшения структуры и свойств пряжи необходимо разработать технологическое решение, позволяющее уменьшить величину дуги обтекания мычкой выпускного цилиндра.

2. Исследовано и уточнено влияние размеров треугольника кручения и величины дуги обтекания мычкой выпускного цилиндра вытяжного прибора на прочность пряжи и её обрывность.

3. Доказана значимость не только процесса уплотнения волокнистого продукта в активной зоне вытяжного прибора, но и процесса уплотнения мычки, уже выпущенной вытяжным прибором. Теоретически и экспериментально подтверждено, что уплотнение мычки, выпущенной вытяжным прибором, улучшает структуру пряжи и её качество.

4. Разработанная математическая модель процесса уплотнения мычки, выпущенной вытяжным прибором, позволила прогнозировать физико-механические свойства вырабатываемой пряжи, определить наиболее рациональные параметры устройства, регулирующего величину дуги обтекания мычкой переднего цилиндра вытяжного прибора, и конструктивные параметры уплотнителей мычки.

5. Разработанная методика определения оптимального угла перегиба нити в нитепроводнике дала возможность прогнозировать наиболее рациональные условия формирования и наматывания пряжи и создать устройства регулирования дуги обтекания мычкой выпускного цилиндра вытяжного прибора, применение которого увеличило разрывную нагрузку пряжи на 15-25%.

6. В результате аналитического исследования процесса наматывания пряжи на паковку при выработке её на кольцевой прядильной машине установлено, что при формировании тела початка крутильно-мотальное устройство кольцевой прядильной машины, кроме свойственных ему функций, выполняет функцию частичного самовыравнивания натяжения пряжи, которое та испытывает в процессе наматывания на паковку, что необходимо учитывать при проектировании технологического процесса формирования и наматывания пряжи и разработке новых конструкций кру-тильно-мотальных устройств.

7. Разработанный метод аналитического определения коэффициента жёсткости баллонирующей нити позволил прогнозировать характер технологической операции наматывания пряжи на паковку при разработке новых конструкций крутильно-мотальных устройств кольцевой прядильной машины.

8. Доказано, что кольцевые ограничители баллонирующей нити в отличие от пластинчатых нитеразделителей на кольцевой прядильной машине уменьшают и стабилизируют натяжение нити в баллоне.

9. Разработанная усовершенствованная конструкция вытяжного прибора успешно прошла производственные испытания: прочность пряжи повысилась на 16%, снизился коэффициент вариации по разрывной нагрузке на 14,5%, повысился показатель качества пряжи на 12%, обрывность снизилась на 17,5%.

10.В результате применения новой конструкции подвижных кольцевых баллоноограничителей прочность пряжи кольцевого способа прядения повысилась на 17,3-18,5%.

11. Испытание разработанной конструкции нитепроводящего устройства для кольцевой прядильной машины показало: благодаря сообщению пряже дополнительной крутки, а также за счёт создания условий для более эффективного распространения основной крутки в направлении от крутильного органа в зону действия треугольника кручения прочность пряжи повысилась на 25 -30 %.

12. Доказано, что применение новой конструкции крутильно-мотального устройства с использованием вращающегося прядильного кольца позволяет увеличить частоту вращения веретён до 30000 - 35000 мин"1, что приводит к повышению производительности кольцевой прядильной машины в 3 - 3,5 раза.

13. Полученная регрессионная модель процесса формирования пряжи па кольцевой прядильной машине, оснащённой устройствами выпуска мычки различных конструкций, позволила определить наиболее рациональные параметры устройств выпуска мычки для пряжи различной линейной плотности. Так, например, для пряжи линейной плотности 15,4 -25 текс: диаметр уплотняющих роликов - 4мм, ппгрина канавки на роликах для прохождения мычки - 0,8-1 мм, глубина канавки на роликах -1мм.

14. Оснащение кольцевой прядильной машины подвижными уплотнителями мычки в сочетании с устройствами регулирования дуги обтекания мычкой переднего цилиндра вытяжного прибора позволило добиться следующих результатов: на 22,1% повысилась прочность пряжи, на 14,5 % снизился коэффициент вариации пряжи по разрывной нагрузке, на 12% повысился показатель качества пряжи, на 27,5% снизилась обрывность.

15. В результате проведённых исследований одноцикловых и многоцикловых характеристик при растяжении пряжи с целью прогнозирования поведения пряжи в ткачестве установлено:

- число циклов истирания пряжи до разрыва выше на 6,38%;

- в целом выносливость пряжи выше на 7,5%.

Основные публикации, отражающие содержание работы

Статьи в журнале «Известия вузов.

Технология текстильной промышленности»

1. Столяров,A.A. Построение и анализ диаграммы натяжения нити на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. -2009.-№2.-С.26-29.

2. Столяров, A.A. Методика определения оптимального сочетания типов колец и бегунков при выработке пряжи различной линейной плотности на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. -2009.-№3.-С.31-34.

3. Столяров, A.A. О результатах исследования крутильно-мотального устройства с катящимся бегунком / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. -2009.-№4,- С.44-46. __ '

4. Столяров, A.A. Усовершенствование крутильно-мотального устройства с катящимся бегунком / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. -2009.-№5,- С.40-42.

5. Столяров, A.A. Аналитическое исследование влияния геометрических параметров и формы уплотнителей на плотность продуктов прядения / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. -2010.-№1,- С.40-42.

6. Столяров, A.A. Анализ процесса наматывания пряжи на паковку при выработке её на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. - 2010.-№2,- С.41-44.

7. Столяров, A.A. Устройство для вырезания образца кручёных нитей и измерения их параметров / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. - 2010.-№6,- С.23-25.

8. Столяров, A.A. Аналитическое и экспериментальное определение угла перегиба нити в нитепроводнике кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров, Ю.В.Павлов, Алексей Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. - 20Ю.-№7,- С.25-29.

9. Столяров, A.A. Модернизация вытяжного прибора кольцевой прядильной машины / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. - 2011 .-№2,-С.28-21.

10. Столяров, A.A. Аналитическое определение коэффициента жёсткости баллонирующей нити / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. - 2011.-№3.- С .38-41.

11. Столяров, A.A. Крутильно-мотальное устройство текстильной машины / A.A. Столяров, Д.С.Охлопков // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. -20И.-№4,- С.51-53.

12. Столяров, A.A. О способе уменьшения и выравнивания натяжения нити на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Изв.вузов. Технол.текст. пром-сти. - 2011.-№6.- С.30-33.

13. Столяров, A.A. Влияние устройства для выпуска мычки на структуру и плотность пряжи / А.А.Столяров, Е.М.Крайнов //Изв.вузов. Технол.текст пром-сти. - 2012.-№1,- С.41-45.

14. Столяров, A.A. Об улучшении структуры пряжи кольцевого способа прядения / А.А.Столяров, Ю.В.Павлов // Изв.вузов. Технол.текст пром-сти. - 2012.-№2,- С. 42-45.

15. Столяров, A.A. О прочности пряжи кольцевого способа прядения / А.А.Столяров //Изв.вузов. Технол.текст. пром-ста. - 2012.-№3,- С.35-38.

Патенты

16. Пат. на изобретение 2393277 РФ, МПК7 D 01Н 13/32, D 01 Н 13/26. Устройство для вырезания образца кручёных нитей и измерения их параметров / Столяров A.A. - Опубл. 27.06.2010, Бюл.№18. - 8с.: ил.

17. Пат. на изобретение 2418114 РФ , МПК D 01 Н 5/22. Вытяжной прибор прядильной машины / Столяров A.A., Чистобородов Г.И., Крайнов Е М -ОпублЛО.05.2011, Бюл.№13,- 6с.: ил.

18. Пат. на изобретение 2421557 РФ , МПК D 01 Н 7/60. Крутильно-мотальное устройство текстильной машины / Столяров A.A., Павлов Ю.В., Столяров Алексей А. - Опубл. 20.06.2011, Бюл. №17. - 6с.: im.

19. Пат. на изобретение 2 443 809 РФ , D01H 13/06. Нитенроводящее устройство кольцевой прядильной машины / Столяров A.A., Чистобородов Г.И., Столяров Алексей А. - 0публ.27.02.2012, Бюл.№6. - 7с.:ил.

20. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке 2011104887/12(006898) от 09.02.2011. Устройство для выпуска мычки на прядильной машине / Столяров A.A.

21. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке 2011120600/12(030470) от 20.05.2011. Баллоноограничитель прядильной или прядильно-крутильной машины / Столяров A.A.

22.Пат. на полезную модель 103809 РФ, МПК D 01 Н 7/56. Узел вращающегося кольца прядильной машины / Охлопков Д.С., Столяров А.А - Опубл 27.04.2011, Бюл.№12,- 2с.: ил.

23. Пат. на полезную модель 110751 РФ МПК, D 01 Н 5/22. Устройство для выпуска мычки / Столяров A.A.- Опубл. 27.11.2011, Бюлл.№33. - 2с.: ил

24. Пат. на полезную модель 110753 РФ МПК, D 01 Н 7/92. Устройство для-ложного кручения нити / Столяров A.A.- Опубл. 27.11.2011, Бюлл. №33. -2с.: ил.

25. Пат. на полезную модель 115362 РФ МПК, D 01 Н 5/22. Устройство для выпуска мычки на кольцевой прядильной машине / Столяров A.A., Зем-цова A.A., Казначеева Е.О. - Опубл. 27.04.2012, Бюл.№12. - 2с.: ил.

26. Пат. на полезную модель 115783 РФ МПК, D 01 Н 7/56. Узел вращающегося кольца текстильной машины / Столяров A.A., Охлопков Д.С., Столяров Алексей. - Опубл. 10.05.2012, Бюл.№13. - 1с: ил.

Статьи в других журналах, в сборниках научных трудов, депонированные статьи

27. Столяров, A.A. Анализ методов измерения натяжения нити в «зоне бегунок - паковка» кольцевой прядильной машины / А.А.Столяров // Теория и практика процессов прядения: сборник научных трудов. - Иваново:

ИГТА, 2003.-С. 66-70.

28. Столяров, A.A. О натяжении нити в точке наматывания при выработке пряжи на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров ; ИГТА. М, 2006. - 6с.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 06.04. 2006, № 388 - В2006.

29. Столяров, A.A. Аналитическое и экспериментальное исследование кру-тильно - мотального устройства с катящимся бегунком / A.A. Столя-ров;ИГТА. М„ 2006. - 9с.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 06.04. 2006, № 389 -В2006.

30. Столяров, A.A. Анализ динамики процесса наматывания пряжи на паковку при выработке её на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения «Технотекстиль -2010»: сб.статей науч.- техн. конф. - Димитровград, 2010. - С. 140-142

Материалы научно-технических конференций и выставок

31.Столяров, A.A. Устройство для измерения и метод контроля натяжения нити на участке бегунок-паковка кольцевой прядильной машины / А.А.Столяров //(Текстиль-2003: сборник материалов науч.- техн. конф . -М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2003. - С.46-47.

32. Столяров, A.A. Экспериментальное определение плотности намотки пряжи / А.А.Столяров // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышлености (Поиск-2005): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспиршггов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2005.- С.33-34.

33. Столяров, A.A. Сравнение эффективности цилиндрического и конического способов намотки пряжи на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2005): сборник материалов межвуз. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2005.- С.34-35.

34. Столяров, A.A. О плотности намотки пряжи, выработанной на кольцевой прядильной машине с новым крутильно-мотальным устройством / А.А.Столяров // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности (Прогресс - 2005): сборник материалов междунар. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2005. -Ч.1.- С.6-7.

35. Столяров, A.A. О некоторых итогах аналитического и экспериментального исследования технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Тек-стиль-2006: сборник материалов науч.-техн. конф. - М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2006,- С.16-17.

36. Столяров, A.A. О влиянии параметров паковки на динамику веретена кольцевой прядильной машины в условиях формирования и наматывания пряжи / А.А.Столяров // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности (Прогресс -2007): - Иваново: ИГТА, 2007. - С.6-7.

37. Столяров, A.A. Исследование крутильно-мотального устройства с катящимся бегунком / А.А.Столяров // Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (Технотекстиль -2007): - Димитровград, ДИДУТ (филиал) УлГТУ 2007.-С.114-116.

38. Столяров, A.A. Методика определения крутки пряжи в баллоне и оценка влияния конструктивных элементов крутильно-мотального устройства на её величину / А.А.Столяров // Современные проблемы текстильной и лёгкой промышленности: сборник материалов межвуз. науч.-техн. конф. -М.: РосЗИТЛП, 2008. - С.14-15.

39. Столяров, A.A. Устройство для фиксации бегунка на кольце при обрыве пряжи / А.А.Столяров // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2009): сборник материалов межвуз. науч,-техн. конф. аспирантов и студентов,- Иваново: ИГТА, 2009. - С.30-31.

40. Столяров, A.A. Итоги экспериментальных исследований работы кру-тильно-мотальной пары «кольцо-бегунок» кольцевой прядильной машины / А.А.Столяров, Е.М. Крайнов, 0,Н. Фролова // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2009): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2009. - С.31-32.

41. Столяров, A.A. Экспериментальные исследования по определению крутки пряжи в процессе баллонирования / А.А.Столяров, Е.М. Крайнов, А.А.Соколова // Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2009): сборник материалов межвуз. науч.-техн. конф.аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2009.- С.32-33.

42. Столяров, A.A. Устройство контроля целостности пряжи на кольцевой прядильной машине с функцией фиксации бегунка при её обрыве / А.А.Столяров // Текстиль-2009: сборник материалов науч.-техн. конф -М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2009.- С.30-31.

43. Столяров, A.A. Устройство для экспресс-оценки величины крутки пряжи в баллоне / А.А.Столяров // (Текстиль-2009: сборник материалов науч.-техн. конф. - М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2009,- С.46.

44. Столяров, A.A. Исследование работы и усовершенствование конструкции крутильно-мотального устройства с катящимся бегунком / А.А.Столяров, Е.М.Крайпов // Интеллектуальный потенциал- источник возрождения текстильной промышленности: сборник материалов между-нар.науч.-техн.конф. - Шахты: ЮРГУЭС, 2009.- С.21-22.

45. Столяров, A.A. Устройство для вырезания образца кручёных нитей и исследования их параметров / А.А.Столяров // Новое в технике и техноло-

гаи текстильной и лёгкой промышленности: сборник статей междунар. науч.-техн. конф. - Витебск, ВГТУ, 2009. - С153-155.

46 Столяров А А. Устройство контроля обрыва пряжи на кольцевой пря-'дильной машине / А.А.Столяров, Д.С.Охлопков, Алексей Столяров // Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологии для экономики региона: материалы междунар. науч.-техн. конф.- Кострома:

КГТУ, 2010. - С.101-102.

47 Столяров, A.A. Методика и устройство для определения крутки пряжи в процессе баллонирования / А.А.Столяров, Е.М. Крайнов // Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для эконошшг региона: материалы междунар. науч.-техн. конф.- Кострома: КГТУ, 2010. - С.144.

48 Столяров А А. Устройство обнаружения обрыва пряжи на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров, Д.С.Охлопков, Алексей Столяров // Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения Технотекстиль -2010: -Димитровград, ДИДУТ (филиал) УлГТУ, 2010. - С.101-102. __

49 Столяров, A.A. О влиянии формы и геометрии уплотнителей на плотность продуктов прядения / А.А.Столяров, Е.М.Крайнов // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы тестильнои и легкой промышленности: (Прогресс - 2010). - Иваново: ИГТА, 2010. - С.5-7.

50 Столяров, A.A. Аналитическое исследование операции наматывания пряжи на паковку при выработке её на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности Прогресс - 2010. -

Иваново: ИГТА, 2010. - С.14-15.

51 Столяров, A.A. Современные типы системы «кольцо-бегунок» кольцевых прядильных машин / A.A. Соколова, А.А.Столяров, Ю.В.Павлов // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2010): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов

и студентов. - Иваново: ИГТА, 2010. - С.10-11.

52. Столяров, A.A. О результатах исследования технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевых прядильных машинах / А А.Столяров, Д.С.Охлопков // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2010): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2010. -С.11-12.

53. Столяров, A.A. Об основных направлениях совершенствования крутиль-но-мотального устройства кольцевой прядильной машины / А А.Столяров, A.B. Смирнов // Молодые учёные - развитию текстильнои и лёгкой промышленности (Поиск-2010): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2010. - С.12-13.

54. Столяров, A.A. К вопросу об определении угла перегиба в нитепровод-нике кольцевой прядильной машины / А.А.Столяров, Алексей Столяров // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2011): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2011. - С.9-11.

55. Столяров, A.A. Устройство вращающегося кольца прядильной машины / А.А.Столяров II Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2011): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2011. - С. 12-13.

56. Столяров, A.A. Регулирование дуги обтекания мычкой переднего цилиндра вытяжного прибора кольцевой прядильной машины / А.А.Столяров, Алексей Столяров // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2011): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2011. - С.54-55.

57. Столяров, A.A. О выравнивании натяжения нити в баллоне на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров, Д.С.Охлопков, Алексей Столяров И Текстиль XXI века: тезисы докладов X Всероссийской научной студенческой конференции. - М.: МТТУ им. А.Н.Косыгина, 2011,- С.32-33.

58. Столяров, A.A. Аэродинамическое крутильно-мотальное устройство текстильной машины I А.А.Столяров, Д.С.Охлопков, Алексей Столяров // (Текстиль 2011): тезисы докладов на междунар. науч-техн. конф.- Современные технологии и оборудование текстильной промышленности. - М.: МТТУ им. А.Н.Косыгина, 2011, С. 18 8-189.

59. Столяров, A.A. Результаты исследования натяжения нити в зоне бегунок-паковка на кольцевой прядильной машине / А.А.Столяров, Д.С.Охлопков // (Текстиль 2011): тезисы докладов на междунар. науч-техн. конф.- Современные технологии и оборудование текстильной промышленности, М.: МТТУ им. А.Н.Косыгина, 2011, С.22-23.

60. Столяров, A.A. О параметрах геометрической линии прядения кольцевых прядильных машин / О.ДЛернов, А.А.Столяров, Е.М.Крайнов II Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2012): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2012 - Ч.-l.- С.9-11.

61. Столяров, A.A. Устройство для выпуска мычки на кольцевой прядильной машине / А.А.Земцова, А.А.Столяров II Молодые учёные - развитшо текстильной и лёпсой промышленности (Поиск-2012): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2012 - Ч.-1,- -С.11-12.

62. Столяров, A.A. Об исследовании нового устройства крутильно-мотального механизма кольцевой прядильной машины I Д.С.Охлопков, А.А.Столяров // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2012): сборник материалов межвуз. науч. -техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2012- Ч.-1.- С.13.

63. Столяров, А.А. Новая конструкция узла вращающегося кольца прядильной машины / А.А.Столяров, Алексей Столяров // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности (Прогресс - 2012): сборник материалов науч.техн. конф. -Иваново: ИГТА, 2012 -Ч.-1. - С.22.

64. Столяров, А.А. О результатах исследования натяжения нити в зоне бегунок - паковка на кольцевой прядильной машине / Д.С.Охлопков, А.А.Столяров // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы тестильной и лёгкой промышленности (Прогресс - 2012): сборник материалов науч.техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2012 Ч.-1. - С.23.

65; Столяров, А.А. О влиянии баллоноограничителей на натяжение пряжи, вырабатываемой на кольцевой прядильной машине /А.А.Столяров, Е.О.Казначеева, Алексей Столяров // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности (Прогресс-2012): сборник материалов науч.техн. конф, - Иваново: ИГТА, 2012 Ч.-1. - С.26-28.

Подписано в печать 12.07.2012 Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать Усл.печ.л.2,6. Уч.изд.л.2,4. Тираж 100 экз. Заказ № 3770

Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии Копировально-множительное бюро 153000 г.Иваново, пр.Ф.Энгельса, 21

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия»

(ИГТА)

05201350336

СТОЛЯРОВ АНАТОЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЯЖИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО КОЛЬЦЕПРЯДЕНИЯ

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук

Специальность: 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных

материалов и сырья

Научный консультант

д.т.н., профессор Г.И.Чистобородов

ИВАНОВО - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Современное состояние и проблемы кольцевого способа прядения. Постановка цели и задач исследования

1.1. Особенности кольцевого способа прядения

1.2. Анализ технических характеристик современных кольцевых прядильных машин

1.3. Основные направления совершенствования кольцевых прядильных машин

1.4. Формирование пряжи на кольцевых прядильных машинах. Основные технологические операции

1.4.1. Технологический процесс вытягивания. Графоаналитический метод определения оптимального расстояния между линиями

зажима волокон в вытяжных парах

1.4.2. Процесс кручения волокнистого продукта на кольцевой прядильной машине

1.4.3. Технологический процесс наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине. Основные уравнения наматывания

1.5. О натяжении нити на кольцевой прядильной машине в процессе прядения

1.5.1. Силы, действующие на бегунок

1.5.2. Силы, действующие на нить в баллоне

1.5.3. Методика аналитического определения величины натяжения нити на различных участках её транспортирования от выпускной пары вытяжного прибора до точки наматывания на патрон

1.6. Анализ работы устройств формирования и наматывания

пряжи кольцевых прядильных машин

1

1.6.1. Технологическая линия заправки кольцевой прядильной машины 54

1.6.2. Крутильный аппарат кольцевых прядильных машин 58

1.6.3. Методика выбора оптимальных условий работы и оптимального сочетания типов бегунков и колец 60

1.7. Обоснование необходимости совершенствования технологии формирования пряжи кольцевого способа

прядения. Постановка задач исследования 65

1.8. Выводы по главе 67

2. Разработка технологии формирования пряжи кольцевого

способа прядения повышенной прочности 70

2.1. Понятие о структуре пряжи 70

2.2. Формирование пряжи кольцевого способа прядения.

Процесс образования крутки 71

2.3. Об асимметрии треугольника кручения 78

2.4. Влияние дуги обтекания выпускного цилиндра мычкой

на технологический процесс формирования пряжи 81

2.5. Аналитическое исследование влияния геометрических параметров и формы уплотнителей на плотность продуктов

прядения 85

2.6. Аналитическое определение оптимального угла перегиба

нити в нитепроводнике кольцевой прядильной машины 88

2.7. Анализ влияния нитепроводника на условия

распространения крутки сообщаемой волокнистому продукту 95

2.8. Устройство для вырезания кручёных нитей и

измерения их параметров 98

2.9. Определение величины крутки на участке «выпускная

пара вытяжного прибора - нитепроводник» 101

2.10. Методика и устройство определения крутящего момента

пряжи 101

2.11. Анализ возможности применения вибрирующего

нитепроводника для улучшения условий передачи крутящего

момента от бегунка к треугольнику кручения 108

2.12. Разработка технических решений по совершенствованию технологических операций формирования

и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине 111

2.12.1. Новое нитепроводящее устройство кольцевой

прядильной машины 111

2.12.2. Вытяжной прибор кольцевой прядильной машины, снабжённый устройством регулирования дуги обтекания

мычкой выпускного цилиндра 116

2.12.3. Устройство для выпуска мычки на кольцевой

прядильной машине 125

2.13. Оценка влияния разработанных устройства на формирование структурных физико-механических свойств пряжи 138

2.14. Исследование влияния устройства для выпуска мычки на прочность вырабатываемого продукта 144

2.15. Выводы по главе 147

3. Совершенствование технологии формирования паковки на кольцевой прядильной машине 149

3.1. О необходимости совершенствования крутильно-

мотального аппарата кольцевых прядильных машин 149

3

3.2. Обрывность пряжи на кольцевых прядильных машинах. Определение коэффициента запаса прочности пряжи 151

3.3. О возможности снижения обрывности пряжи на

кольцевой прядильной машине 156

3.4. Разработка алгоритма аналитического определения коэффициента жёсткости баллонирующей нити 164

3.5. Аналитическое исследование возможности уменьшения и выравнивания натяжения нити на кольцевой прядильной

машине 169

3.6. Новая конструкция кольцевого баллоноограничителя прядильной или прядильно-крутильной машины 174 3.7 .В ыводы по главе 181

4. Разработка технологии высокоскоростного кольцепрядения 182

4.1. Аналитическое исследование процесса наматывания пряжи

на кольцевой прядильной машине 182

4.2. Методика аналитического исследования крутильно-

мотальных механизмов 186

4.2.1. Алгоритм определения натяжения нити в зоне бегунок-паковка кольцевой прядильной машины с классическим

крутильно-мотальным устройством 187

4.2.2. Определение зависимости натяжения нити в точке

наматывания её на паковку при конкретных параметрах

технологического процесса 190

4.3. Аналитическое исследование крутильно - мотального механизма с бегунком, работающим в условиях трения качения 194

4.3.1. Алгоритм решения задачи по определению натяжения

нити в зоне бегунок-паковка 194 4.3.2. Определение натяжения нити в зоне бегунок-паковка

по уточнённой методике 208

4.4. Усовершенствование крутильно-мотального механизма с бегунком, работающим в условиях трения качения 214

4.5.Разработка новых конструкций крутильно-наматывающих устройств 218

4.5.1. Новое крутильно-мотальное устройство текстильной

машины 218

4.5.2. Узел вращающегося кольца текстильной машины 221

4.6. Выводы по главе 223

5. Исследование возможностей кольцевой прядильной

машины работающей в условиях усовершенствованной

технологии формирования и наматывания пряжи 225

5.1. Аналитическое исследование натяжения нити на различных участках её транспортирования от вытяжного прибора до паковки 225

5.2. Аналитическое определение натяжения нити, создаваемого крутильно-мотальным устройством с вращающимся прядильным кольцом 239

5.3. Методика и устройство измерения натяжения нити в точке наматывания при выработке пряжи на кольцевой

прядильной машине 248

5.4. Новое устройство для измерения натяжения нити в точке наматывания её на патрон 252

5.5. Структурная схема установки для измерения натяжения нити

в зоне бегунок-паковка кольцевой прядильной машины 254

5.6. Результаты экспериментального исследования крутильно-мотального устройства с узлом вращающегося прядильного кольца 256

5.7. Производственные испытания крутильно-мотального

устройства с узлом вращающегося прядильного кольца 259 5.8.Оценка физико-механических свойств х/б пряжи, выработанной

на модернизированной кольцевой прядильной машине 260

5.9.Прогнозирование поведения пряжи, выработанной

на модернизированной кольцевой прядильной машине в ткачестве 262

5.10. Выводы по главе 264

Общие выводы и рекомендации по работе 266

Список использованной литературы 269

Приложение 283

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации

Вступление России в ВТО поставило отечественный текстиль в сложнейшую ситуацию - обеспечить выпуск продукции, которая могла бы успешно конкурировать с продукцией передовых предприятий мира. В связи с этим важнейшей задачей, стоящей перед отечественными текстильщиками, является повышение производительности оборудования и вместе с тем создание качественных, конкурентно-способных тканей. Эта задача осложняется отсутствием собственной сырьевой базы натуральных волокон и полным развалом отечественного текстильного машиностроения. Кроме того в постперестроечный период, в условиях, когда отечественные производители вынуждены были участвовать в жесточайшей конкурентной борьбе как за сырьё, так и за рынок сбыта готовой продукции, техническая политика, по-существу, не предусматривала перспективу развития отрасли. В этой связи огромное, определяющее значение имеет качество выпускаемой продукции и её себестоимость, причём на каждом технологическом переходе текстильного производства. Это вызывает необходимость создания новой техники и технологии, а также модернизации работающего оборудования.

В настоящее время парк прядильных машин составляет 80% пневмомеханические машины и только 20% кольцевые машины. Отсюда бедность ассортимента нашей текстильной продукции. Ткани ситцевой группы экономически более выгодно получать в странах азиатского региона, таких как Турция, Индия, Пакистан, Китай, Узбекистан и др., где имеется мощная сырьевая база. Развитые страны, не имеющие своего хлопка, от этого ассортимента практически отказались. Поэтому, например, парк кольцевых прядильных машин там составляет 60%, а лишь 40% составляют пневмомеханические и другие типы прядильных машин. Это позволяет иметь более широкий ассортимент красивых, дорогих, конкурентоспособных тканей.

Вывод один. Если срочно не принять активных мер по реанимации нашего текстиля, то наша страна повторит опыт стран Западной Европы по производству пряжи и ткани массового ассортимента, когда многие предприятия были ликвидированы или, в лучшем случае, переведены в страны азиатского региона.

Единственно верный путь в сложившейся ситуации это путь, по которому идут экономически развитые страны Европы, не имеющие собственного хлопка. Необходимо использовать высокие технологии, переходить на выпуск более трудоёмкой, но дорогой и высококачественной пряжи и ткани, в себестоимости которой стоимость сырья не превышала бы 15-20%. Это могут быть тонкие ткани из гребенной пряжи, такие как батист, шифон, маркизет, вольта, нансук. Плотные ткани типа джинсы, ворсовые ткани: бархат, вельвет. Особое место должен занимать технический текстиль на основе использования высококачественных синтетических волокон.

Однако решить вопрос возрождения текстильной промышленности России можно только при комплексном подходе к этой сложной задаче. Большая роль в этом отводится вузовской науке - стране нужны новые научные разработки в области высоких технологий, нужны научные разработки в области создания высокопроизводительной техники, позволяющей получать конкурентоспособную продукцию высочайшего качества.

Повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции в текстильной промышленности связано с совершенствованием технологических процессов, направленных на улучшение структуры и свойств пряжи, повышение её прочности, снижение таких показателей как неровнота и обрывность в прядении и ткачестве. Кольцевая прядильная машина на сегодняшний день по-прежнему является самой универсальной машиной с классическим принципом вытягивания и скручивания пряжи, она проста в обслуживании, обладает малой энергоемкостью и позволяет получать пряжу высокого качества широкого ассортимента и назначения из различных видов

натуральных и химических волокон. Однако она имеет ряд недостатков и в

8

настоящее время не в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к текстильному оборудованию. Это, прежде всего низкая производительность, обусловленная несовершенством технологии формирования и наматывания пряжи, и повышенная обрывность, вызванная спецификой технологической операции кручения волокнистого продукта. Поэтому особую значимость в настоящее время приобретает разработка усовершенствованной технологии операций кручения волокнистого продукта и наматывания сформированной пряжи на патрон.

Данная работа посвящена традиционному, кольцевому способу прядения. Предпочтение кольцевым прядильным машинам отдано потому, что они способны вырабатывать пряжу широчайшего ассортимента для различного вида тканей. Причём, параллельное расположение волокон в пряже увеличивает суммарную прочность одиночных волокон и эластичность пряжи. Анализ научных работ, посвящённых различным способам прядения, показывает, что кольцевому прядению уделяется большое внимание. Это обусловлено тем, что современная кольцепрядильная машина хлопчатобумажного или камвольного прядения универсальна и применима для всего диапазона линейных плотностей пряжи, для разнообразнейших видов волокнистого материала различных длин и тонины и их смесей. Одним из наиболее существенных недостатков кольцевых прядильных машин это низкая, по сравнению с другими видами машин, производительность. Это обусловлено рядом факторов и прежде всего несовершенством рабочей пары кольцо-бегунок, ограничивающей скорость вращения веретён, что, в свою очередь, не позволяет увеличивать производительность оборудования. При решении задачи по увеличению скорости вращения веретён возникает новая проблема - резкое увеличение энергозатрат и, как следствие, увеличение себестоимости вырабатываемой пряжи. Кроме того, несмотря на то, что кольцевая пряжа превосходит по своим свойствам пряжу других способов прядения, её структура далека от идеальной. Эти и другие проблемы требуют больших научных исследо-

ваний по совершенствованию технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевых прядильных машинах.

В настоящее время в мировой практике возрос интерес к совершенствованию кольцевой прядильной машины, к увеличению её производительности и степени автоматизации. Повышать эффективность работы кольцевой прядильной машины заставляет и то обстоятельство, что 60% всех расходов на производство пряжи приходится на кольцевую прядильную машину.

Научно-исследовательские работы в области создания и использования высокопроизводительных кольцепрядильных машин ведутся по двум направлениям: автоматизация технологических операций и повышение производительности. Автоматизация предусматривает применение автопрису-чалыциков, автосъёмников, систем регулирования частоты вращения веретён в процессе формирования початка, систем останова подачи ровницы при обрыве пряжи, систем пылеудаления, информационных систем управления ходом выполнения технологических операций и контроля качества продукции. Решая задачу повышения производительности кольцевых прядильных машин, необходимо оптимизировать геометрию прядения, определить оптимальные условия работы крутильно-мотальной пары «кольцо-бегунок», добиться повышения частоты вращения веретён, улучшить работу вытяжного прибора.

I

Известно, что рабочая пара кольцо-бегунок выполняет важную технологическую операцию - создаёт натяжение нити при наматывании её на паковку. Величина и характер натяжения влияют на уровень обрывности нити, структуру вырабатываемой пряжи и плотность получаемой паковки. Поэтому, натяжение нити является важнейшим технологическим параметром, определяющим в конечном итоге качество готовой продукции и производительность оборудования. Определение факторов, влияющих на натяжение нитей, а также самой величины натяжения, его регулирование и оптимизация имеют большое практическое значение.

Решение задач по совершенствованию технологических операций, осуществляемых на кольцевых прядильных машинах, является начальным этапом в создании новой конструкции высокопроизводительной прядильной машины, выпускающей пряжу улучшенной структуры и физико-механических свойств.

В связи с этим тема настоящей диссертационной работы, посвященная разработке технологии выработки высококачественной пряжи кольцевого способа прядения, обладающей повышенной прочностью, при одновременном повышении производительности машины, является весьма актуальной.

Цель и задачи исследования.

Цель диссертационного исследования состоит в разработке технологии формирования пряжи повышенной прочности улучшенной структуры, качества и свойств при одновременном повышении производительности кольцевой прядильной машины.

Для этого были решены следующие задачи:

- проведены теоретические и экспериментальные исследования существующих технологических операций кручения и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине, разработаны направления улучшения структуры и свойств пряжи;

- разработаны устройства для улучшения структуры и свойств пряжи на основе создания благоприятных условий для миграции волокон в период осуществления технологической операции кручения волокнистого продукта;

- проведены теоретические и экспериментальные исследования существующих технологических операций вытягивания волокнистого продукта в вытяжном приборе и влияния уплотняющих устройств на условия формирования пряжи и её свойства;

- разработана методика улучшения структуры и свойств пряжи