автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка технологии изготовления ровницы из низкосортного сырья в гребенном прядении

На правах рукописи

ЛАПШИН ВЛАДИМИР ГЕРМАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОВНИЦЫ ИЗ НИЗКОСОРТНОГО СЫРЬЯ В ГРЕБЕННОМ ПРЯДЕНИИ

Специальность 05.19.02 -Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново - 2004

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (ИГТА)

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Чистобородов Григорий Ильич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Пигалёв Евгений Яковлевич кандидат технических наук Павлов Кирилл Ювенальевич

Ведущая организация -

Общество с ограниченной ответственностью "Торговый дом Истомкин-ская текстильная компания" (г. Ногинск Московской обл.).

Защита состоится «23» июня 2004 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 212.061.01 при Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

КУЛИДА НА.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Основным критерием, определяющим конкурентоспособность текстильной продукции, является качество продукции в соответствии с требованиями установленных стандартов. Поэтому проблема повышения качества текстильных материалов на всех этапах их изготовления остается одним из важнейших и приоритетных направлений научных исследований в рассматриваемой области. Однако положительную динамику развития отечественной текстильной промышленности сдерживает сырьевая проблема. Недостаток сырья, который испытывают предприятия, не позволяет выпускать широкий ассортимент различных видов пряжи и нитей, способных конкурировать на товарном рынке с импортными.

В связи с такой ситуацией высокую актуальность приобретают исследования, направленные на разработку или совершенствование технологических процессов прядильного производства для производства качественной гребенной пряжи из низкосортного сырья, доступного по цене отечественным производителям.

Настоящая диссертационная работа посвящена совершенствованию технологических процессов на ровничных машинах с навесными и подвесными рогульками для изготовления ровницы, обладающей высокими качественными характеристиками, из коротковолокнистого хлопкового волокна.

Работа выполнена по гранту Министерства образования Российской Федерации по фундаментальным исследованиям в области технических наук 2002 г. и в рамках научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" на 2003 - 2004 гг.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является изготовление качественной гребенной пряжи из низкосортного сырья за счет совершенствования процессов вытягивания и формирования ровницы на ровничных машинах.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Выявлены основные недостатки процессов формирования и вытягивания ровницы на ровничных машинах с навесными и подвесными рогульками, сдерживающие изготовление качественной ровницы из низкосортного хлопкового сырья.

2. Теоретически обоснованы величины нагрузок на нажимные валики вытяжного прибора ровничной машины Р-192-5 с учетом геометрических и технологических характеристик перерабатываемого волокна.

3. Определены условия стабилизации натяжения ровницы на машине Р-192-5 по рядам веретен и на этой основе

ры насадок на рогульки переднего и

ь*Блнотекл

С.Петерв»рГ

4. Выполнен теоретический анализ влияния формы распространителя крутки на величину создаваемой ложной крутки ровницы на участке "передний цилиндр - рогулька". На основании выдвинутых теоретических положений для увеличения крутки ровницы разработаны математические модели распространителей крутки с образующей в форме спиралей: логарифмической и Архимеда, позволяющие регулировать удельное давление ровницы на поверхность скольжения.

5. Проведено теоретическое обоснование увеличения натяжения ровницы при наматывании на ровничной машине с подвесными рогульками мод. BF 90-3 для повышения массы ровницы на катушке.

6. Разработаны и апробированы в производстве новые способы и технические средства формирования и вытягивания ровницы, реализующие предложенные решения.

Объекты и методы исследований. Объектами исследования являлись продукты прядильного производства — лента, ровница и пряжа гребенной системы прядения, изготовленные из хлопкового волокна 5 типа.

При выполнении теоретической части работы использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, аналитической и начертательной геометрии, математического моделирования, теоретической механики, механики идеально гибкой нити и теории упругости.

Экспериментальные исследования проводились с использованием методов тензометрии и осциллографирования. Основные теоретические положения, полученные в диссертационной работе, подвергались экспериментальной проверке на стендах в лаборатории и на машинах в производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Оценка неровноты по толщине волокнистого продукта осуществлена на приборах КЛА-2 и КЕТ-80 фирмы «Кайсокки» с получением графиков амплитудного спектра и градиента неровноты. Обработка результатов измерений выполнена с применением методов математической статистики на ЭВМ.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- установлены аналитические закономерности распределения нагрузок на нажимные валики вытяжного прибора ровничной машины Р-192-5, учитывающие геометрические и технологические характеристики перерабатываемого волокна, характер изменения силы вытягивания, а также натяжение входящего продукта и натяжение продукта за выпускной парой;

- разработана математическая модель поверхности распространителя крутки с образующей в форме логарифмической спирали и получено уравнение для расчета натяжения ровницы на его поверхности;

- составлено математическое описание процесса регулирования удельного давления ровницы на направляющую поверхность распространителя крутки. Полученное решение позволяет подбирать оптимальные соотношения конст-

руктивных параметров рабочего профиля распространителя и величины удельного давления ровницы в "точке крутки";

- получена формула для определения натяжения ровницы, движущейся по конической спирали (винтовой линии с постоянным углом подъема) на стержне лапки рогульки;

- разработаны технологические режимы вытягивания и формирования ровницы из низкосортного хлопкового сырья в гребенном прядении применительно к ровничной машине Р-192-5;

- теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность формирования ровницы с уплотненной намоткой на ровничных машинах мод. ББ 90-3 за счет использования распространителей крутки с образующей в форме спирали Архимеда и увеличения числа витков ровницы на стержне лапки рогульки.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Совершенствование процессов вытягивания и формирования ровницы на ровничных машинах на основе разработанных технологических решений и технических средств для их реализации позволили осуществить изготовление качественной ровницы и пряжи гребенной системы прядения из хлопкового волокна 5 типа.

Разработанные теоретические положения расчета и анализа нагрузок на нажимные валики четырехцилиндрового вытяжного прибора ровничной машины Р-192-5 могут использоваться предприятиями для повышения эффективности процесса вытягивания на ровничных и прядильных машинах в хлопко- и шерстопрядении.

Разработанные конструкции распространителей крутки с образующей в форме спиралей (логарифмической и Архимеда) могут использоваться при модернизации существующих выпускных зон ровничных машин с навесными и подвесными рогульками для формирования ровницы с улучшенными свойствами.

Результаты работы рекомендуются к использованию конструкторам текстильного оборудования при создании новых направляющих устройств с прогнозируемыми возможностями, производственникам для совершенствования технологии формирования ровницы, а также студентам при изучении дисциплин «Прядение натуральных и химических волокон» и «Проектирование текстильных машин».

Промышленная реализация результатов диссертационной работы осуществлена на АОЗТ «Красная Талка» (г. Иваново) и ОАО «Глуховский текстиль» (г. Ногинск Московской обл.). Внедрение новых способов и технических средств формирования ровницы на ровничных машинах обеспечило эффективное и экономически выгодное использование низкосортного хлопкового сырья при производстве гребенной ровницы и пряжи высокого качества.

Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы доложены и получили положительную оценку:

- на всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (г. Москва, 2001 г.);

- на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2002 г.);

- на всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI» (г. Москва, 2003 г.);

- на республиканской научно-практической конференции «Перспективы развития хлопкоочистительной, текстильной и легкой промышленности» (г.Ташкент, 2003 г.);

- на межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2003 г.);

- на расширенном заседании кафедры начертательной геометрии и черчения Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 2004 г.).

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, опубликованы в 21 печатной работе, в том числе девять статей в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», четыре депонированные рукописи, шесть тезисов докладов научно-технических конференций, получено два свидетельства на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и четырех глав, содержит 174 страницы машинописного текста, 50 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 150 наименований, 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава содержит обзор современного состояния исследований в области формирования ровницы на ровничных машинах отечественного и импортного производства. Рассмотрены возможные пути более рационального использования ровничного оборудования и улучшения качества вырабатываемого продукта.

Одной из основных проблем в получении качественной гребенной хлопковой пряжи является создание эффективных технологий получения однородных по толщине и свойствам полуфабрикатов на каждой машине в цепочке прядения. Эта проблема сегодня становится особенно актуальной из-за снижения качества перерабатываемого сырья. В этих условиях совершенствование структуры ровницы следует рассматривать как необходимую меру повышения качества полуфабриката и обеспечения благоприятного протекания технологических процессов при его дальнейшем использовании.

Подробный анализ исследований отечественных и зарубежных ученых, посвященных эффективности работы ровничных машин, позволил выявить негативные стороны процессов вытягивания и формирования ровницы, сдержи-

вающие повышение качества ровницы и ровничной паковки, производительности оборудования.

Для снижения неровноты ровницы от вытягивания обосновано проведение исследований влияния нагрузок на нажимные валики вытяжного прибора на напряжение полей сил трения и закономерность протекания процесса с учетом характеристик перерабатываемого волокна.

На ровничных машинах имеется два ряда веретен. По этой причине кручение ровницы происходит в разных условиях, и ровница с переднего и заднего рядов получается разной линейной плотности и имеет разное натяжение при наматывании. Решение этой проблемы предлагается осуществить за счет повышения эффективности ложного кручения на участке между вытяжным в зоне "передний цилиндр - рогулька" и оптимизации натяжения ровницы на всех участках ее движения от вытяжного прибора до катушки.

На основании проведенного анализа литературных источников определены цель и задачи диссертационного исследования, решение которых необходимо для достижения поставленной цели.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию процессов вытягивания и формирования ровницы на ровничных машинах и разработке предложений по повышению эффективности этих процессов.

Нагрузка на нажимные валики является одним из основных параметров вытяжного прибора, влияющих на закономерность движения волокон в поле вытягивания. На отечественных ровничных машинах величины нагрузок устанавливаются по справочным данным. Для гребенной системы прядения они рассчитаны для средневолокнистого и длинноволокнистого хлопкового волокна.

Для определения нагрузки на валики в четырехцилиндровом вытяжном приборе ВБ-45Р ровничной машины Р-192-5 при вытягивании ровницы, состоящей из коротковолокнистого хлопкового волокна (штапельная массодлина Ьшт = 31/32 мм), предложен расчетно-экспериментальный метод определения напряжения поля сил трения.

За характеристику полей сил трения в сечении поля вытягивания принималась плотность мычки, выраженная коэффициентом заполнения волокном продукта:

где пх - число волокон в сечении х поля вытягивания; - площадь поперечного сечения волокна; - площадь поперечного сечения продукта.

Число волокон в различных сечениях поля вытягивания пх рассчитывается по кривой утонения, полученной экспериментальным путем. Профиль поперечного сечения продукта аппроксимируется уравнением эллипса, поэтому для определения его площади экспериментально измерялись толщина и ширина мычки.

Напряжение д поля сил трения в любом сечении поля вытягивания

равно:

д = (о-ц + ИК))-2с1,

(2)

1750•К-? , ,

где а = —|—- удельное давление волокна на волокно; р - коэффициент

трения между волокнами; к — цепкость волокон; ¿—диаметр волокна.

При прохождении ленты через конический уплотнитель, установленный перед питающей парой вытяжного прибора, а также при взаимодействии мычки с уплотнителями в промежуточной и выпускной зонах вытягивания возникает натяжение М равное

где а — коэффициент, характеризующий физические свойства продукта и уплотнителя; /лу, — коэффициент трения между продуктом и уплотнителем; g - развес продукта; у — удельный вес волокна; Б1 — диаметр входящего продукта; Б2 — диаметр уплотнителя на выходе; & — удельное заполнение уплотнителя лентой, при котором отсутствует сопротивление протаскиванию; Ь - длина активной зоны уплотнителя.

Напряжение поля сил трения, создаваемое промежуточными контролирующими органами равно

(4)

После определения напряжения полей сил трения д во всех зонах вытягивания и натяжения ленты Л^ при входе в вытяжной прибор находим нагрузку на нажимной валик питающей пары (на одну мычку):

ц-6,

(5)

где ¡1 — ширина валика питающей пары; Ь/ — ширина входящего продукта; N3 сила вытягивания в задней зоне вытяжного прибора

N — натяжение волокон, длина которых больше разводки,

(6)

- средняя поверхность единицы длины одного волокна; - коэффициент пропорциональности, характеризующий площадь истинного контакта волокон на данном участке поля; д/ - напряжение поля сил трения в задней зоне вытягивания; и, - число волокон продукта, входящих в питающую пару; Я¡.2- разводка в задней зоне вытягивания; Е¡.¡- первая частная вытяжка;- число волокон в задней зоне вытягивания с длиной Ь больше разводки.

Нагрузка на нажимные валики промежуточных пар и ()} рассчитывается аналогично.

Нагрузка на валик выпускной пары ()., учитывает натяжение продукта за выпускной парой и определяется следующим образом:

(8)

где - минимальная нагрузка на продукт

Рпр =

•и/, -Л) •

(9)

- сила вытягивания в основной зоне вытяжного прибора; - натяжение продукта за выпускной парой а, Ь, п, т- коэффициенты, зависящие от свойств и толщины эластичного покрытия валика; S/, - ширина валика; - коэффициент трения продукта о поверхность цилиндра; /ь - коэффициент трения продукта о поверхность валика.

Проведенные экспериментальные исследования по определению нагрузки на нажимные валики и теоретическое рассмотрение этого вопроса позволили сделать вывод, что установленные в условиях производства нагрузки завышены. Это вызывает интенсивный износ трущихся элементов и неравномерность вращения цилиндров, приводящую к образованию дополнительной неровноты от вытягивания.

Наши дальнейшие исследования были направлены на снижение колебаний ровницы по рядам веретен, повышение ее прочности на участке между вытяжным прибором и рогулькой за счет использования распространителей крутки новой конструкции.

Установлено, что форма распространителя крутки влияет на интенсивность создания ложных кручений ровницы, возникающих от действия силы трения ровницы о его поверхность. Для увеличения силы трения предлагается использовать распространитель крутки с рабочим профилем в форме логарифмической спирали. Такая форма способствует плавному регулированию удельного давления ровницы на поверхность направителя.

Для логарифмической спирали, заданной уравнением

г = а* (а > 0),

(10)

где а - параметр спирали; (р - угол между радиус-вектором г точки и полярной осью,

получены следующие основные характеристики, необходимые для расчета натяжения ровницы:

- длина дуги спирали между точками А// (г¡\ <р/) и М2(гг>Фг):

радиус кривизны логарифмической спирали:

/?(ср) = а*yjl+ In2 а = гф + In2 с ;

- натуральное уравнение логарифмической спирали: R(s) = s Ina.

(12)

(13)

Натяжение ровницы на поверхности распространителя крутки с образующей в форме логарифмической спирали

Т = Тй ехр{/(<р2 -ф,)}.

(14)

Из полученной формулы (14) видно, что логарифмическая спираль обладает свойством "сдвигаемости", т.е. конечное натяжение ровницы для равных углов обхвата одинаково и не зависит от радиусов кривизны спирали в начальной и конечной точках.

Для регулирования силы трения ровницы на поверхность распространителя крутки с образующей, заданной уравнением (10), найдено соотношение между удельным давлением ра ровницы в начальной точке и удельным давлением/? ровницы в "точке крутки":

Изменяя параметр спирали а, можно варьировать силой нормального давления на единицу длины контакта:

Р~Ро, если« = е'; р<ро, еслиа>е'; р>рлеслиО<а<еЛ (16)

Уравнение логарифмической спирали (17), полученное в результате преобразований (15), позволяет подобрать профиль направляющей поверхности с прогнозируемой величиной удельного давленияр ровницы в любой точке:

где С=Ро/р. ОсС'Зсо.

В основе колебаний натяжения ровницы по рядам веретен на ровничных машинах с навесными рогульками лежат разные условия транспортирования ровницы из вытяжного прибора к рогульке (рис.1). Для того, чтобы обеспечить сходные условия формирования ровницы, необходимо выровнять углы отклонения ровницы а за один оборот рогульки для первого и второго рядов веретен. (рис.2). Для этого предложено использовать насадки с разными диаметрами Б.

Зависимость между указанными параметрами выражается следующей формулой:

где - длина ровницы на участке от вытяжного прибора до рогульки со-

ответственно для переднего и заднего рядов веретен.

На рис.3 представлены схемы разработанных распространителей крутки с образующей в форме логарифмической спирали для переднего и заднего рядов ровничной машины Р-192-5. Их применение обеспечивает следующие преимущества:

- при диаметрах насадок/?/ =32 мм И = 19 мм соблюдается соответствие углов отклонения ровницы для переднего и заднего рядов:

- форма направляющей поверхности легко позволяет задать величину удельного давления ровницы на выходе при любых фиксированных значениях диаметров направителя.

На основе предложенной методики повышения числа ложных кручений для ровничных машин с подвесными рогульками (мод. BF-90-3 фирмы «Гроссенхайнер Текстильмашиненбау») спрогнозирована целесообразность ис-

пользования распространителей крутки с образующей входного отверстия в форме спирали Архимеда. За счет установки на переднем ряду распространителя крутки такой конструкции происходит выравнивание линейных плотностей ровницы по рядам веретен. Натяжение ровницы в этом случае равно:

7*2 = Т, ехр {/ (<р, +агс^ф, -<р, -агс^ф,)}.

(19)

При расчете натяжения ровницы на стержне лапки рогульки с некоторыми упрощениями форма стержня принята конической с малой конусностью. Тогда при огибании нитеводителя лапки ровница принимает форму пространственной кривой - конической спирали (винтовой линии с постоянным углом подъема). Полученная формула (20) позволяет с достаточной для практических расчетов точностью определять величину натяжения ровницы на лапке в зависимости от геометрических параметров стержня и от длины ровницы на его поверхности:

(20)

(21)

(22) (23)

- угол конусности; - угол подъема витков; - длина дуги конической

спирали соответственно для начальной и конечной точек.

Для подтверждения сделанных выводов далее проводилась сравнительная оценка условий осуществления формирования ровницы по новому и известному способу.

В третьей главе приводятся результаты аналитического и экспериментального изучения влияния формы распространителя крутки и числа витков на стержне лапки на натяжение ровницы при наматывании и ее качество.

Для расчета натяжения мычки-ровницы на различных участках от вытяжного прибора до катушки использовались результаты теоретических исследований, полученные во второй главе. Расчет проводился параллельно для ровничных машин Р-192-5 и мод. BF 90-3. Согласно предложенной методике вся длина ровницы разделялась на три участка: первый участок - между вытяжным прибором и головкой рогульки; второй - в полой ветви рогульки; третий - ровница, расположенная в виде витков на нитеводителе стержня лапки. Натяжения, возникающие в ровнице по участкам, зависят от профиля огибаемой поверхности распространителя крутки и способа заправки ее в головку рогульки, веса участка ровницы, находящейся в полой ветви, и скорости вращения рогульки — величин, которые влияют на центробежную силу, прижимающую ровницу к внутренней стенки канала, а также числа витков ровницы на стержне лапки. Для машины Р-192-5 контрольным являлся вариант, когда распространитель крутки отсутствует, и ровница поступает сразу в головку рогульки, а опытным — при использовании на обоих рядах веретен распространителя крутки с образующей в форме логарифмической спирали. Для машины BF 90-3 в контрольном варианте образующая входного отверстия распространителя крутки переднего ряда веретен имеет форму дуги окружности, а в опытном - спирали Архимеда.

Результаты аналитического расчета натяжения ровницы при наматывании на катушку хорошо согласуются с экспериментальными значениями натяжения ровницы, приведенными в табл. 1. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях по разработанной методике, позволяющей с высокой точностью определять натяжение ровницы у катушки. Величина относительных доверительных ошибок среднего не превышала 3,8 % при надежности Р0 = 0,95.

Таблица 1

Натяжение ровницы при наматывании

Линейная плотность ровницы Тр, текс Название машины Число оборотов ровницы вокруг лапки Среднее натяжение Т, сН Коэффициент вариации по натяжению Су, %

задний ряд веретен передний ряд веретен задний ряд веретен передний ряд веретен

Контрольные варианты

388 Р-192-5 2 82,4 70,2 16,8 16,0

434,8 ВР 90-3 2 51,4 42,0 10,0 9,2

434,8 ВР 90-3 3 184,5 159,8 10,5 11,0

Опытные варианты

388' Р-192-5 2 92,3 87,0 12,2 12,5

434,8 ВР 90-3 2 51,4 50,6 9,2 9,0

434,8 ВР 90-3 3 184,5 180,0 10,0 10,7

и

Из табл.1 видно, что натяжение ровницы в опытных вариантах увеличилось на запланированную в расчетах величину. Рост натяжения в таких пределах положительно сказывается на увеличение плотности намотки ровницы на катушку и массы ровничной паковки. За счет повышения прочности ровницы и снижения колебаний натяжения ровницы по рядам веретен уменьшился коэффициент вариации по натяжению.

Экспериментальные данные подтверждают также правильность сделанных теоретических выводов в отношении возможности увеличения числа витков ровницы на стержне лапки ровничной машины Б Б 90-3. При увеличении числа витков с двух до трех прочность ровницы значительно возрастает, так как под действием реакции огибаемой поверхности ровница уплотняется, увеличивается нормальное давление между волокнами. При этом средняя кривизна волокон возрастает, что также положительно сказывается на разрывном сопротивлении ровницы. Таким образом, прочность ровницы повышается, компенсируя увеличение натяжения.

В четвертой главе приведены результаты производственных испытаний разработанных способов вытягивания и формирования ровницы на ровничных машинах Р-192-5 и ББ 90-3 в гребенном прядении, которые позволяют осуществить изготовление ровницы из хлопковых волокон со штапельной длиной 31/32 мм, а также способствуют формированию пряжи, равномерной по толщине и структуре.

Модернизация ровничной машины Р-192-5 заключалась в изменении принятых значений нагрузок на нажимные валики вытяжного прибора до расчетных (1 линия - 95 Н, 2 линия - 81 Н, 3 линия - 71 Н, 4 линия - 64 Н) и установке на головках рогулек переднего и заднего рядов веретен распространителей крутки с образующей поверхности в форме логарифмической спирали. Производственные испытания технологии изготовления ровницы из низкосортного сырья проводились в условиях АОЗТ "Красная Талка" (г. Иваново). Сравнительные результаты испытаний ровницы базового и опытного вариантов приведены в табл.2. Совершенствование параметров заправочной линии оказало положительное влияние на протекание процесса вытягивания и на распространение крутки, а следовательно, на неровноту ровницы и на уровень обрывности. Исследования качества пряжи осуществляли с использованием стандартных методик по показателям, указанным в табл.2. Анализ полученных результатов показывает, что использование низкосортного хлопкового сырья в гребенном прядении не оказало отрицательного влияния на изменение показателей качества готовой пряжи.

Для повышения эффективности технологического процесса формирования ровницы на машинах с подвесными рогульками и производительности оборудования разработаны новые способы формирования ровницы применительно к ровничной машине ББ-90-3 фирмы «Гроссенхайнер Текстильмашиненбау» (Германия). Практические результаты показывают, что за счет установки распространителей крутки с образующей в форме спирали Архимеда и увеличения

Таблица 2

Результаты оценки показателей качества ровницы и пряжи

Базовый Опытный Процент

вариант вариант улучшения

Наименование показателей А 4 в А 4 >5 3

в. = ч I 4 и а. = ^

гг'5 с 5 га N ** Я га в. N И к га о-

сл X г> Г)

Ровница с машины Р-192-5

Линейная плотность ровницы,

текс 385,0 387,5 388,0 388,0 0,77 0,12

Коэффициент вариации по массе

длинных (Юм) отрезков, % 2,4 2,18 2,1 2,0 12,5 8,3

Коэффициент вариации по массе

коротких отрезков на КЛА-2, % 9,9 8,8 8,0 7,6 19,2 13,6

Крутка ровницы на участке пе-

редний цилиндр - рогулька, кр/м 43 52 55 57 27,9 9,6

Неконтролируемая вытяжка ров-

ницы, % 1,5 1,4 1,3 1,3 13,3 7,1

Разрывная нагрузка, сН 116,2 122,8 138,6 144,3 19,3 17,5

Объемная плотность намотки

ровницы, г/см3 0,275 0,30 0,31 0,31 12,7 3,3

Показатель обрывности ровницы

на 100 веретен/час 4,2 3,5 3,2 2,8 23,8 20,0

Пряжа с машины П-66-5М6

Линейная плотность пряжи, текс 11,2 11,8

Коэффициент вариации по массе

коротких отрезков на КЛА-2, % 25,9 20,9 19,3

Удельная разрывная нагрузка,

сН/текс 14,0 15,1 7,7

Коэффициент вариации по раз-

рывной нагрузке, % 13,8 12,0 13,0

Сорт 1 1 -

Показатель обрывности пряжи на

1000 веретен/час 90,0 73,0 18,9

натяжения ровницы на стержне лапки рогульки снижается скрытая вытяжка ровницы на 12,2 %, неровнота по линейной плотности - на 13,4 %, обрывность ровницы — на 20,0 %, а масса ровницы на катушке увеличивается на 15,4 %.

Результаты промышленной апробации полностью подтвердили выводы теоретического анализа по совершенствованию процессов вытягивания и формирования ровницы на основе разработанных математических моделей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для ровничной машины Р-192-5 изучены вопросы формирования ровницы в процессе ее перемещения от вытяжного прибора до катушки и аналитически определены условия стабилизации натяжения ровницы по рядам веретен, обусловленные использованием насадок различного диаметра на рогульки переднего и заднего рядов веретен.

2. Дано математическое обоснование влияния формы поверхности распространителя крутки на величину ложной крутки ровницы на участке "передний цилиндр — рогулька". Установлено, что для увеличения числа создаваемых кручений необходимо максимально повысить удельное давление ровницы на поверхность насадки, а в наибольшей степени этому способствуют поверхности с рабочим профилем в виде спиралей, предусматривающие одновременное увеличение натяжения ровницы на участке скольжения и уменьшение радиуса кривизны поверхности.

3. Для определения натяжения ровницы, скользящей по направляющей поверхности с образующей в форме логарифмической спирали, получена формула, из которой следует, что натяжение ровницы в этом случае, как и для цилиндрической поверхности, одинаково для равных углов обхвата и не зависит от радиуса кривизны спирали в начальной и конечной точках.

4. Разработана математическая модель спиралевидной направляющей распространителя крутки с образующей в форме логарифмической спирали, позволяющая прогнозировать и регулировать удельное давление ровницы на поверхность скольжения.

5. На основе предложенного расчетно-экспериментального метода определения напряжения поля сил трения при переработке хлопковой смеси, состоящей из коротковолокнистых волокон, решена аналитическая задача, позволившая установить необходимые нагрузки на нажимные валики вытяжного прибора ровничной машины Р-192-5.

6. Определена форма и исследована математическая модель поверхности распространителя крутки для ровничных машинах с подвесными рогульками. Разработанное устройство с рабочей поверхностью профиля в виде спирали Архимеда обладает прогнозируемыми функциональными возможностями.

7. С использованием методов теоретической механики и на основе модели идеальной нити получена расчетная зависимость для определения натяжения ровницы при огибании стержня лапки рогульки по конической спирали, необходимая для определения оптимального числа витков ровницы на лапке.

8. Построена математическая модель взаимодействия ровницы с рогулькой ровничной машины, учитывающая действие всех сил, возникающих в ровнице по участкам от вытяжного прибора через рогульку ровничной машины к катушке; для ровничных машин Р-192-5 и ББ 90-3 на ЭВМ выполнен расчет натяжения ровницы при различных параметрах заправочной линии.

9. Результаты экспериментальных исследований подтверждают правильность сделанных теоретических выводов и возможность использования разра-

ботанной теории для совершенствования процессов вытягивания и формирования ровницы.

10. Данные промышленных испытаний полностью доказали эффективность разработанных способов и устройств формирования и вытягивания ровницы в хлопкопрядильном производстве. Использование распространителей крутки новой конструкции и изменение величин нагрузок на валики вытяжного прибора до расчетных значений на ровничных машинах Р-192-5 сделало возможным изготовление качественной гребенной ровницы и пряжи из низкосортного хлопкового сырья.

11. Подтверждена технологическая и экономическая эффективность модернизации зоны выпуска ровничных машин ВБ 90-3. При переработке смеси хлопкового волокна 5) типа по гребенной системе прядения получена пряжа по комплексу физико-механических показателей соответствующая первому сорту. За счет повышения натяжения ровницы на стержне лапки рогульки увеличилась объемная плотность намотки ровницы (на 13,8 %) и масса ровницы на катушке (на 15,4%).

Публикации, отражающие основное содержание диссертации

1. Лапшин В.Г., Вавилов Е.Г., Чистобородов Г.И., Никифорова Е.Н. Натяжение нити, движущейся по гелисе // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. -2001.-№5.-С. 62-64.

2. Чистобородов Г.И., Никифорова Е.Н., Лапшин В.Г. Регулирование удельного давления текстильного материала на направляющую поверхность // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. - 2002. - № 3. - С. 82 - 85.

3. Никифорова Е.Н., Лапшин В.Г., Жарова Н.Г. О скольжении продуктов прядения на конической поверхности по спирали // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. - 2002. - № 4-5. - С. 45 - 50.

4. Чистобородов Г.И., Аврелькин В.А., Роньжин В.И., Лапшин В.Г. Определение нагрузки на нажимной валик вытяжного прибора // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. - 2002. - № 6. - С. 24 - 27.

5. Лапшин В.Г., Никифорова Е.Н., Чистобородов И.Г., Кистень А.А. Об уменьшении неровноты на ровничных машинах с подвесными рогульками // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. - 2003. - № 1. - С. 48 - 52.

6. Роньжин В.И., Аврелькин ВА, Лапшин В.Г. Исследование напряжения поля сил трения в промежуточной зоне вытягивания // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. - 2002. - № 3. - С. 30 - 33.

7. Роньжин В.И., Аврелькин В.А., Чистобородов И.Г., Лапшин В.Г. Натяжение волокон в процессе вытягивания // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. -2003.-№1.-С.35-38.

8. Роньжин В.И., Аврелькин В.А., Чистобородов И.Г., Лапшин В.Г. Расчет натяжения волокон в процессе вытягивания // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. - 2003. - № 2. - С. 34 - 38.

9. Чистобородов Г.И., Аврелькин В.А., Лапшин В.Г., Шагинов А.В., Роньжин В.И. Повышение надежности вытяжного прибора текстильной машины // Изв. вузов. Технол. текст. пром-сти. - 2003. - № 3. - С. 45 - 50.

10. Чистобородов Г.И., Никифорова Е.Н., Жарова Н.Г., Вавилов Е.Г., Лапшин В.Г., Сакалов М.А. Исследование нитепроводников конической формы / Иванов. гос. текст. академия. - Иваново, 2002. - 8 с. - Деп. в ООО «Легпро-минформ» 06.05.02, № 4054-ЛП.

11. Вавилов Е.Г., Лапшин В Г., Никифорова Е.Н., Жарова Н.Г. Исследование натяжения ровницы, огибающей направляющую поверхность распространителя крутки / Иванов. гос. текст. академия. - Иваново, 2002. - 7 с. - Деп. в ООО «Легпроминформ» 19.06.02, № 4061 - ЛП.

12. Аврелькин В.А., Роньжин В.И., Легкова И.А. Чистобородов И.Г., Охо-тина Е.Г. Лапшин В.Г. Определение зависимости нагрузки на валики вытяжного прибора от натяжения вытягиваемого продукта / Иванов. гос. текст. академия. - Иваново, 2002. - 9 с. - Деп. в ООО «Легпроминформ» 31.12.02, № 4079-ЛП.

13. Лапшин В.Г., Аврелькин В.А., Чистобородов И.Г., Охотина Е.Г. Определение нагрузки на нажимные валики прибора ВБ4-45Р / Иванов, гос. текст. академия. - Иваново, 2003. - 10 с. - Деп. в ООО «Легпроминформ» 31.03 03, № 4094-ЛП.

14. Аврелькин В А., Никифорова Е.Н., Вавилов Е.Г., Лапшин В.Г. Регулирование силы вытягивания в двухремешковом вытяжном приборе // Современные технологии и оборудование текстильной промышленности: Тез. докл. всероссийской научно-техн. конференции. - Москва, 2001.

15. Лапшин В.Г., Вавилов Е.Г. Создание оптимальных условий для формирования ровницы // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. междунар. науч-но-техн. конференции. - Иваново, 2002.

16. Лапшин В.Г. Выбор технологических режимов оборудования для производства качественной гребенной пряжи из низкосортного сырья // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. межвузовской научно-техн. конференции. - Иваново, 2003.

17. Аврелькин В.А., Лапшин В.Г., Роньжин В.И. К вопросу о расчете нагрузок на валики вытяжного прибора // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. межвузовской научно-техн. конференции. - Иваново, 2003.

18. Аврелькин В.А., Лапшин В.Г. Исследование силы вытягивания в зонах вытяжного прибора // Текстиль XXI: Тез докл. второй Всероссийской научной студенческой конференции. - Москва, 2003.

19. Аврелькин В.А., Легкова И.А., Лапшин В.Г., Охотина Е.Г. Исследование формирования продуктов прядения // Перспективы развития хлопкоочистительной, текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. республиканской научно-практической конференции. - Ташкент, 2003.

20. Свидетельство РФ на полезную модель № 21396. Устройство для формирования и уплотнения ленты / А.В. Боровков, В.Г. Лапшин, Л.А. Свешникова, К.А. Арутюнян, Е.Н. Никифорова, Г.И. Чистобородов. - Опубл. 2002. -Бюл. № 2.

21. Свидетельство РФ на полезную модель № 29726. Вытяжной прибор текстильной машины / В.А. Аврелькин, В.И. Роньжин, Е.Г. Охотина, В.Г. Лапшин. - Опубл. 2003. - Бюл. № 15.

»122*2

Лицензия ИД № 06309 от 19.11.2001. Подписано в печать 20.05.2004. Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать. Усл. печл. 1,05. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ №

Участок оперативной полиграфии Ивановской гос. текстильной академии 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА РОВНИЧНЫХ МАШИНАХ.

1.1. Процесс вытягивания на ровничных машинах, используемых в хлопкопрядении.

1.2. Современные направления совершенствования крутильно-мотального механизма.

1.3. Влияние направляющих поверхностей на натяжение ровницы и качество ровничных паковок.

1.4. Выводы по главе.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫТЯГИВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ РОВНИЦЫ

НА РОВНИЧНЫХ МАШИНАХ.

2.1. Изучение условий формирования ровницы на машине Р-192-5.

2.1.1. Стабилизация натяжения ровницы на участке передний цилиндр - рогулька" по рядам веретен.

2.1.2. Влияние формы поверхности распространителя крутки на величину крутки ровницы.

2.1.3. Определение натяжения ровницы, огибающей распространитель крутки с образующей в форме логарифмической спирали.

2.1.4. Регулирование удельного давления ровницы на направляющую поверхность распространителя крутки.

2.1.5. Определение нагрузки на нажимные валики вытяжного прибора машины Р-192-5.

2.2. Исследование зависимости крутки ровницы от формы распространителя крутки на машине ВР-90-3 фирмы «Гроссенхайнер Текстильмашиненбау».

2.3. Натяжение ровницы на стержне лапки рогульки.

2.4. Выводы по главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАТЯЖЕНИЯ РОВНИЦЫ В ПРОЦЕССАХ

ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ И НАМАТЫВАНИЯ.

3.1. Аналитическая методика определения натяжения ровницы.

3.1.1. Расчет натяжения ровницы на различных участках от вытяжного прибора до катушки ровничной машины Р-192-5 . 96 3.1.2. Расчет натяжения ровницы на различных участках от вытяжного прибора до катушки ровничной машины ВБ 90

3.2. Экспериментальное определение натяжения ровницы в процессе наматывания.

3.2.1. Разработка методики экспериментального исследования натяжения ровницы.

3.3.2. Исследование натяжения ровницы при ее прохождении через рогульку.

3.3. Сопоставление и анализ результатов теоретического и экспериментального исследований натяжения ровницы.

3.4. Выводы по главе.

4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ФОРМИРОВАНИЯ РОВНИЦЫ НА РОВНИЧНЫХ МАШИНАХ

4.1. Производственные испытания процесса формирования ровницы на машине Р-192-5.

4.1.1. Обоснование выбора объектов исследования.

4.1.2. Формирование ровницы на ровничной машине Р-192-5.

4.1.3. Исследование показателей качества ровницы и ровничной паковки.

4.1.4. Анализ показателей качества пряжи.

4.2. Производственные испытания процесса формирования ровницы на машине мод. BF 90-3 фирмы «Гроссенхайнер Текстильмашиненбау» (Германия).

4.2.1. Обоснование выбора объектов исследования.

4.2.2. Формирование ровницы на ровничной машине BF 90-3 «Гроссенхайнер Текстильмашиненбау».

4.2.3. Определение показателей качества ровницы и ровничной паковки.

4.2.4. Анализ показателей качества пряжи.

4.3. Выводы по главе.

Актуальность темы диссертации. Основным критерием, определяющим конкурентоспособность текстильной продукции, является качество продукции в соответствии с требованиями установленных стандартов. Поэтому проблема повышения качества текстильных материалов на всех этапах их изготовления остается одним из важнейших и приоритетных направлений научных исследований в рассматриваемой области. Однако положительную динамику развития отечественной текстильной промышленности сдерживает сырьевая проблема. Недостаток сырья, который испытывают предприятия, не позволяет выпускать широкий ассортимент различных видов пряжи и нитей, способных конкурировать на товарном рынке с импортными.

В связи с такой ситуацией высокую актуальность приобретают исследования, направленные на разработку или совершенствование технологических процессов прядильного производства для производства качественной гребенной пряжи из низкосортного сырья, доступного по цене отечественным производителям.

Настоящая диссертационная работа посвящена совершенствованию технологических процессов на ровничных машинах с навесными и подвесными рогульками для изготовления ровницы, обладающей высокими качественными характеристиками, из коротковолокнистого хлопкового волокна.

Работа выполнена по гранту Министерства образования Российской Федерации по фундаментальным исследованиям в области технических наук 2002 г. и в рамках научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" на 2003 - 2004 гг.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является изготовление качественной гребенной пряжи из низкосортного сырья за счет совершенствования процессов вытягивания и формирования ровницы на ровничных машинах.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Выявлены основные недостатки процессов формирования и вытягивания ровницы на ровничных машинах с навесными и подвесными рогульками, сдерживающие изготовление качественной ровницы из низкосортного

4 хлопкового сырья.

2. Теоретически обоснованы величины нагрузок на нажимные валики вытяжного прибора ровничной машины Р-192-5 с учетом геометрических и технологических характеристик перерабатываемого волокна.

3. Определены условия стабилизации натяжения ровницы на машине Р-192-5 по рядам веретен и на этой основе рассчитаны конструктивные параметры насадок на рогульки переднего и заднего рядов веретен.

4. Выполнен теоретический анализ влияния формы распространителя крутки на величину создаваемой ложной крутки ровницы на участке "передний цилиндр — рогулька". На основании выдвинутых теоретических положений для увеличения крутки ровницы разработаны математические модели распространителей крутки с образующей в форме спиралей: логарифмиче 4« ской и Архимеда, позволяющие регулировать удельное давление ровницы на поверхность скольжения.

5. Проведено теоретическое обоснование увеличения натяжения ровницы при наматывании на ровничной машине с подвесными рогульками мод. ВР 90-3 для повышения массы ровницы на катушке.

6. Разработаны и апробированы в производстве новые способы и технические средства формирования и вытягивания ровницы, реализующие предложенные решения.

Объекты и методы исследований. Объектами исследования являлись продукты прядильного производства - лента, ровница и пряжа гребенной системы прядения, изготовленные из хлопкового волокна 5 типа.

При выполнении теоретической части работы использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, аналитической и начертательной геометрии, математического моделирования, теоретической механики, механики идеально гибкой нити и теории упругости.

Экспериментальные исследования проводились с использованием методов тензометрии и осциллографирования. Основные теоретические положения, полученные в диссертационной работе, подвергались экспериментальной проверке на стендах в лаборатории и на машинах в производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Оценка неровноты по толщине волокнистого продукта осуществлена на приборах КЛА-2 и КЕТ-80 фирмы «Кайсокки» с получением графиков амплитудного спектра и градиента неровноты. Обработка результатов измерений выполнена с применением методов математической статистики на ЭВМ.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- установлены аналитические закономерности распределения нагрузок на нажимные валики вытяжного прибора ровничной машины Р-192-5, учитывающие геометрические и технологические характеристики перерабатываемого волокна, характер изменения силы вытягивания, а также натяжение входящего продукта и натяжение продукта за выпускной парой;

- разработана математическая модель поверхности распространителя крутки с образующей в форме логарифмической спирали и получено уравнение для расчета натяжения ровницы на его поверхности;

- составлено математическое описание процесса регулирования удельного давления ровницы на направляющую поверхность распространителя крутки. Полученное решение позволяет подбирать оптимальные соотношения конструктивных параметров рабочего профиля распространителя и величины удельного давления ровницы в "точке крутки";

- получена формула для определения натяжения ровницы, движущейся по конической спирали (винтовой линии с постоянным углом подъема) на стержне лапки рогульки;

- разработаны технологические режимы вытягивания и формирования ровницы из низкосортного хлопкового сырья в гребенном прядении применительно к ровничной машине Р-192-5;

- теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность формирования ровницы с уплотненной намоткой на ровничных машинах мод. ВБ 90-3 за счет использования распространителей крутки с образующей в форме спирали Архимеда и увеличения числа витков ровницы на стержне лапки рогульки.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Совершенствование процессов вытягивания и формирования ровницы на ровничных машинах на основе разработанных технологических решений и технических средств для их реализации позволили осуществить изготовление качественной ровницы и пряжи гребенной системы прядения из хлопкового волокна 5 типа.

Разработанные теоретические положения расчета и анализа нагрузок на нажимные валики четырехцилиндрового вытяжного прибора ровничной машины Р-192-5 могут использоваться предприятиями для повышения эффективности процесса вытягивания на ровничных и прядильных машинах в хлопко- и шерстопрядении.

Разработанные конструкции распространителей крутки с образующей в форме спиралей (логарифмической и Архимеда) могут использоваться при модернизации существующих выпускных зон ровничных машин с навесными и подвесными рогульками для формирования ровницы с улучшенными свойствами.

Результаты работы рекомендуются к использованию конструкторам текстильного оборудования при создании новых направляющих устройств с прогнозируемыми возможностями, производственникам для совершенствования технологии формирования ровницы, а также студентам при изучении дисциплин «Прядение натуральных и химических волокон» и «Проектирование текстильных машин».

Промышленная реализация результатов диссертационной работы осуществлена на АОЗТ «Красная Талка» (г. Иваново) и ОАО «Глуховский текстиль» (г. Ногинск Московской обл.). Внедрение новых способов и технических средств формирования ровницы на ровничных машинах обеспечило эффективное и экономически выгодное использование низкосортного хлопкового сырья при производстве гребенной ровницы и пряжи высокого качества.

Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы доложены и получили положительную оценку:

- на всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (г. Москва, 2001 г.);

- на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2002 г.);

- на всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI» (г. Москва, 2003 г.);

- на республиканской научно-практической конференции «Перспективы развития хлопкоочистительной, текстильной и легкой промышленности» (г.Ташкент, 2003 г.);

- на межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (г.Иваново, 2003 г.);

- на расширенном заседании кафедры начертательной геометрии и черчения Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 2004 г.).

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, опубликованы в 21 печатной работе, в том числе девять статей в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», четыре депонированные рукописи, шесть тезисов докладов научно-технических конференций, получено два свидетельства на полезную модель.