автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологии пневмомеханической пряжи из сортировок с повышенным процентом короткого волокна

^ На правах рукописи

- УДК 677.21.022.484.4 (043.3)

Бондарчук Марина Михайловна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРЯЖИ ИЗ СОРТИРОВОК С ПОВЫШЕННЫМ ПРОЦЕНТОМ КОРОТКОГО

ВОЛОКНА

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1998

Работа выполнена в Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина на кафедре прядения хлопка

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Черников А.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Севостьянов А.Г.

кандидат технических наук Пузанова Н.В.

Ведущая организация: ЗАО "Яхромский текстиль",

г. Яхрома.

Защита диссертации состоится " Й- «шМи 1998 года в 40 часов на заседании диссертационного совета К 053.25.02 в Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина по адресу: 117918, Москва, ул. М.Калужская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина.

Автореферат разослан "Об " ¿¿Дг^Х- 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.25.02

кандидат технических наук, доцент Н.А.Осьмин

АННОТАЦИЯ

Данная диссертационная работа посвящена совершенствованию технологических процессов прядильного производства. Основная цель работы направлена на создание научно-обоснованной оптимальной технологии пневмомеханической пряжи средних линейных плотностей из сортировок с повышенным содержанием короткого волокна. Для достижения поставленной цели проведен анализ существующих в настоящее время рекомендаций по переработке неравномерных по длине смесей, последовательно на всех переходах производства пряжи пневмомеханического способа прядения. В результате исследований получены регрессионные уравнения, отражающие зависимость технологических параметров заправки машин разрыхлительно-трепального агрегата от основных свойств перерабатываемого сырья. Анализ этих уравнений позволил определить оптимальные режимы работы машин. Разработаны математические модели, показывающие зависимость показателей качества чесальной ленты от свойств волокна и параметров заправки вытяжного прибора. Предложена методика определения заправочных параметров ленточных машин первого и второго переходов при переработке неравномерных по длине волокон смесей. Теоретически обоснована возможность определения степени дискретизации волокон в конфузоре пневмомеханической прядильной камеры с использованием задач моделирования и оптимизации траектории движения тел в воздушном потоке. Предложены уравнения регрессии, отражающие влияние частоты вращения дискретизирующего барабанчика и нагрузки на питающий столик пневмомеханической прядильной машины на показатели качества пряжи, вырабатываемой из неравномерной по длине волокон питающей ленты. Разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать свойства пряжи пневмомеханического способа прядения в зависимости от свойств волокна при переработке сортировок с повышенным содержанием коротких волокон.

Автор защищает:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке технологии пряжи пневмомеханического способа прядения из сортировок с повышенным содержанием коротких волокон;

- разработанные оптимальные технологические параметры заправки машин прядильного производства, обеспечивающие наилучшие показатели качества полуфабрикатов и пряжи;

-44

*»

- математические модели, отражающие зависимость основных свойств полуфабрикатов и пряжи от процента короткого волокна;

- методику определения заправочных параметров вытяжного прибора ленточных машин первого и второго переходов при переработке неравномерных по длине волокон смесей;

- возможность использования для характеристики степени дискретизации волокон в конфузоре пневмомеханической прядильной камеры показателей продольного и поперечного сдвига волокон друг относительно Друга;

- комплексные математические модели, позволяющие прогнозировать свойства пряжи пневмомеханического способа прядения в зависимости от свойств волокна при переработке сортировок с повышенным процентом коротких волокон.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки технологии производства пряжи, позволяющей перерабатывать хлопок с повышенным содержанием короткого волокна при сохранении показателей качества пряжи. В настоящее время хлопок, используемый для получения пряжи пневмомеханического способа прядения, имеет повышенное содержание короткого волокна. В связи с этим возникает проблема переработки сортировок из такого хлопка на разрыхлительно-трепальном агрегате, чесальном, ленточном и прядильном переходах. Не разработаны рекомендации по заправке машин прядильного производства при переработке неравномерных по длине волокон смесей хлопка.

Основной целью данной диссертации является разработка научно-обоснованной оптимальной технологии выработки пряжи средних линейных плотностей из сортировок с повышенным содержанием короткого волокна пневмомеханическим способом прядения, при прогнозируемом выходе пряжи из смеси. В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи:

- проанализировать труды российских и зарубежных ученых по технике и технологии хлопкопрядильного производства;

- оптимизировать технологический процесс получения пряжи пневмомеханического способа прядения из сортировок с повышенным процентом короткого волокна;

- исследовать влияние процента короткого волокна на показатели качества полуфабрикатов и пряжи;

- изучить влияние разводок и вытяжек в основной и предварительной зонах на неровноту по толщине ленты с ленточных машин;

- разработать методику определения заправочных параметров вытяжных приборов ленточных машин в условиях частой смены сортировок и использования неравномерной по длине волокон смеси;

- -изучить процессы дискретизации волокон и влияния частоты вращения дискретизирующего барабанчика на укорочение волокна и свойства пряжи с пневмомеханических прядильных машин;

- разработать математические модели, позволяющие прогнозировать свойства пряжи пневмомеханического прядения в зависимости от основных свойств волокон и процента содержания короткого волокна в сортировке;

- разработать регламентированные режимы заправки оборудования по всем переходам при переработке волокнистых смесей с повышенным процентом короткого волокна.

Методика исследования. В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования. /

Для определения оптимальных параметров заправки машин использовался метод математического планирования эксперимента, диссоциативно-шаговый метод определения оптимума и методы математической статистики.

Эксперименталыше исследования проводились на действующем технологическом оборудовании в условиях АТПФ "Славия", ЗДО "Яхромский текстиль" и учебной лаборатории кафедры прядения хлопка Московской государственной текстильной академии с применением стандартных измерительных приборов и аппаратуры.

Достоверность и обоснованность результатов, выводов и рекомендаций подтверждена экспериментами и аналитическими расчетами.

Научная новизна. Автором впервые:

- определены регламентированные режимы работы машин прядильного производства, обеспечивающие получение прогнозируемого уровня свойств пряжи и выхода пряжи из волокнистой смеси с повышенным содержанием короткого волокна;

- получены математические зависимости, отражающие влияние процента короткого волокна в сортировке на выбор оптимальных параметров заправки машин;

- предложена методика определения заправочных параметров вытяжных приборов ленточных машин при переработке неравномерных по длине волокон смесей;

- предложена физическая модель процесса движения волокон с использованием метода оптимизации траектории их полета в конфузоре пневмомеханической прядильной машины; ,

- получены зависимости, позволяющие прогнозировать показатели качества пряжи пневмомеханического способа прядения при переработке сортировок с повышенным процентом короткого волокна;

- определено влияние величины процента короткого волокна на основные показатели качества полуфабрикатов и пряжи.

Практическая ценность. Работа выполнена в соответствии с хоздоговором № 97-333-12 по теме "Разработка оптимальной технологии пневмомеханической пряжи средних линейных плотностей" на ЗАО "Яхромский текстиль". Применение методики и номограммы для определения разводок в вытяжйых приборах ленточных машин позволяет вырабатывать ленту требуемого качества при переработке неравномерных по длине волокнистых смесей.

Внедрение результатов работы позволит отечественным текстильным предприятиям выпускать конкурентно способную пряжу из сортировок с повышенным процентом короткого волокна.

Отдельные результаты работы могут быть использованы в учебном п|юцессе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:

- на Всероссийских научно-технических конференциях "Современные технологии текстильной промышленности (Текстиль - 95, Текстиль -96, Текстиль - 97)" (ноябрь 1995, ноябрь 1996, ноябрь 1997);

- на научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГТА (февраль 1997);

- на научной студенческой конференции "Актуальные проблемы развития текстильной промышленности" (посвященной 850-летию Москвы);

- на расширенном заседании кафедры прядения хлопка МГТА (октябрь 1998).

По материалам диссертации опубликовано две статьи и тезисы докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав с вьюодами, общих выводов, списка литературы и приложений. Рабо-

та изложена на 197 страницах машинописного текста, имеет 30 рисунков, 29 таблиц, список литературы вюпочает 156 наименований. Приложения представлены на 31 странице.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование выбора темы диссертационной работы, показана ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, изложены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ научно-технической литературы по вопросам подготовки к пневмомеханическому прядению неравномерных по длине волокон сортировок хлопка. Отмечены глубокие исследования, проведенные многими авторами по изучению процессов выработки пряжи средних и больших линейных плотностей пневмомеханическим способом прядения. Однако, особенности этих процессов при выработке пряжи из хлопка, содержащего более 15 % коротких волокон, мало изучены. Проведен поэтапный анализ технологии и оборудования для производства пряжи пневмомеханического способа прядения и отмечена необходимость проведения исследования по определению влияния содержания короткого волокна в сортировке на физико-механические показатели полуфабрикатов и пряжи.

Во второй главе исследованы особенности заправки машин поточной линии при переработке неравномерных по длине волокон смесей. Эксперимент проводился в производственных условиях АТПФ "Славия" г. Щелково на разрыхлительно-трепалъном агрегате (РТА) и чесальных машинах.

Анализ результатов экспериментов позволяет сделать вывод, что при переработке сортировок с повышенным содержанием короткого волокна (более 20 %) необходимо увеличение эффективности и интенсивности процессов разрыхления и очистки на однобарабанных машинах с ножевыми рабочими органами. Это позволит повысить выход жестких примесей и . снизить количество волокна в отходах. В процессе исследования РТА было выявлено, что частота вращения вентилятора, создающего разряжение воздуха на поверхности сетчатых барабанов и частота вращения колковых барабанов существенно влияют на степень зажгученности волокнистого потока на выходе обеспыливающей машины.

Для оптимизации параметров заправки РТА использовался метод математическо-статистического планирования эксперимента по планам

Коно-2, позволяющий в связи с небольшим числом опытов провести эксперимент в производственных условиях. Определение оптимальных условий процесса проводилось при помощи диссоциативно-шагового метода поиска оптимума, предложенного Вознесенским В. А. и Ковальчуком А.Ф.

Найдены оптимальные параметры заправки однобарабанной машины с ножевыми рабочими органами: частота вращения ножевого барабана 700 мин*1 и разводки между 1-2 секцией колосников 7 мм, 3-4 - 6 мм, 5-6 - 5 мм, 7-8 - 7 мм. При соблюдении этих параметров выход жестких примесей будет максимальным, а выход волокна и длина' волокна в отходах минимальными для данного состава смеси. Минимальной зажгученности волокна на выходе из обеспыливающей машины можно добиться при соблюдении следующего аэродинамического режима: частота вращения вентилятора 1250 мин"1, частота вращения колкового барабана 540 мин"1.

Анализ работы исследуемой поточной линии показывает, что на агрегированных чесальных машинах наблюдается колебание линейной плотности чесальной ленты между машинами. Установлены закономерности изменения и диапазоны варьирования "дрейфа" линейной плотности чесальной ленты в цепочках машин поточной линии.

В процессе исследования были выявлены заправочные параметры чесальной машины ЧМД-4.

Для определения оптимальной вытяжки в вытяжном приборе чесальной машины использовались статистические данные, отражающие влияние свойств волокна и вытяжки в вытяжном приборе чесальной машины на качество ленты. Изменение вытяжки в вытяжном приборе осуществлялось в пределах конструктивных возможностей чесальной машины ЧМД- 4 с 1,43 до 1,73. Для контроля неравномерности ленты использовались комплекс лабораторный автоматизированный КЛА-2 и прибор "Устер". Статистическая обработка данных ¡заключалась в поиске оптимального вида зависимости при аппроксимации исходных данных методом наименьших квадратов. Анализ полученных математических моделей позволил установить, что увеличение вьггяжки в вытяжном приборе до 1,73 позволяет перерабатывать смеси с процентом коротких волокон до 20 %, с обеспечением такого же качества чесальной ленты, как при переработке сортировок с процентом короткого волокна до 10 % при вытяжке 1,43.

Третья глава посвящена разработке экспресс-метода определения заправочных параметров вытяжного прибора ленточной машины при переработке неравномерных по длине волокон хлопковых смесей.

Основной величиной для определения разводок в вытяжных приборах является штапельная длина волокна, которая не всегда четко отражает процентное соотношение волокон разных длин. При использовании стандартных методик определения разводок в вытяжных приборах используется штапельная массодлина волокна и общий коэффициент, учитывающий неравномерность по длине. Как правило, при использовании этих методик применяется следующая зависимость: •

К - а, (1)

где К - разводка в основной или предварительной зоне вытягивания вытяжного прибора ленточной машины, мм; Ьщг - штапельная массодлина волокна, мм; а - поправочный коэффициент, зависящий от зоны вытягивания. Поправочный коэффициент "а" приводится в справочной литературе в общем виде, без учета градаций, в зависимости от конкретной неравномерности по длине. Поэтому установка разводок по стандартной методике не дает точных результатов и может явиться причиной разрыва группы длинных контролируемых волокон, при малых разводках между вытяжными парами, или увеличения процента неконтролируемых волокон, при больших разводках, что приводит к увеличению неровноты по линейной плотности ленты. Использование для определения разводок в вытяжных приборах ленточных машин не только штапельной длины волокна, но и поправочного коэффициента, характеризующего весь спектр длин может снизить риск разрыва длинных волокон и повысить контроль за движением волокон.

В основе предлагаемого экспресс-метода лежит нахождение поправочных коэффициентов, учитывающих коэффициент вариации средней массодлины волокон в смеси и их неравномерность по длине. Для быстрого определения коэффициента вариации средней массодлины была проведена статистическая обработка данных по основным физико-механическим свойствам различных типов и сортов хлопка-волокна, используемого в настоящее время на хлопкопрядильных фабриках России.

В результате, при следующих ограничениях по варьированию штапельной длины волокна от 30 до 38 мм и процента короткого волокна от 7 до 26 %, было получено соотношение

См = -1256,5 -14,3Хл* + 494,981п(Ьпгг) +10,351п(Пт), (2)

где См - коэффициент вариации средней массодлины, %

Пкв - процент короткого волокна, %

В настоящее время, при классификации хлопкового волокна по типам и сортам практически не используют качественную градацию по равномерности длины волокна в смесках. В прелагаемой методике используется показатель равномерности, который находится как произведение модальной массодлины волокон на их базу:

Равн = Ьмод В5, (3)

где Равн - равномерность длины волокна в смеске;

Ьиоя - модальная массодлина волокна, мм;

В5 - процентное содержание по массе наиболее часто встречающихся волокон с разницей в длине 5 мм.

Обработка статистических данных по свойствам хлопковых волокон позволила получить следующую зависимость:

Равн = 747,08 + 433,53 Ь^)- 449, 12 1п(П„), (4)

Получена зависимость между коэффициентом вариации средней массодлины волокна и равномерностью волокна по длине -

См = 153,73-17,6741п(Равн), (5)

Логарифмический характер моделей (2, 4, 5) затрудняет их использование в повседневной практике. Поэтому для быстрого и точного определения равномерности и коэффициента вариации средней массодлины при изменении штапельной длины волокна и процента короткого волокна предлагается использовать разработанную на их основе номограмму.

По разработанным математическим моделям составлены таблицы для определения поправочных коэффициентов к разводкам в основной (аосн) и предварительной (а„ред) зонах вытягивания вытяжного прибора первого (табл. 1) и второго (табл. 2) перехода ленточных машин.

Таблица 1

Определение поправочных коэффициентов к разводкам на 1-ом переходе

ленточных машин

с*, % 28 28,5 29 . 29,5 30 30,5" 31 31,5

Эос, МЫ 7,3 7,0 6,7 6,6 6,5 6,5 6,6 6,7

апр^мм 8,2 8,0 7,9 7,8 7,8 7,9 8,0 8,1

Продолжение таблицы 1

Си, % 32 32,5 33 33,5 34 34,5 35 35,5

Ярся» ММ 6,9 7,1 7,4 7,7 8,1 8,5 9,0 9,5

Зцред,ММ 8,1 8,2 8,4 8,6 8,8 9Д 9,3 9,6

Таблица 2

Определение поправочных коэффициентов к разводкам на 2-ом переходе

ленточных машин

сш% 28 28,5 29 29,5 30 30,5 31 31,5

2Ц>сн» ММ 7,9 7,6 7,3 7,1 6,9 6,8 6,8 6,8

аПред» мм, 8,4 8,4 1 8,4 8,4 8,3 8,3 8,3 8,4

Продолжение таблицы 2

С„, % 32 32,5 33 33,5 34 34,5 35 35,5

2ося> ММ 6,9 7,1 7,5 7,9 8,4 9Д 9,9 10,9

Зиред, ММ 8,4 8,5 8,6 8,8 9,1 9,5 9,9 10;5

Разработаны математические модели, позволяющие определить вытяжку в предварительной зоне вытягивания вытяжного прибора ленточных машин первого и второго переходов.

Последовательное использование номограммы, заправочных таблиц и зависимостей позволит повысить скорость и точность определения разводок и вытяжек в основной и предварительной зонах вытягивания вытяжного прибора ленточных машин первого и второго переходов, при известных значениях штапельной длины и процента короткого волокна в сортировке.

В четвертой главе разработаны оптимальные параметры заправки пневмомеханической прядильной машины при переработке ленты с содержанием короткого волокна до 25 %.

Рассмотрено.влияние условий дискретизации ленты на качественные показатели пряжи пневмомеханического способа прядения.

Получены математические модели, рассмотрены условия и ограничения, при которых движение волокон в воздушном потоке конфузора можно представить как сдвиг волокон определенных длин с заданными скоростными режимами.

В ходе проведения эксперимента из ленты линейной плотности 3,57 ктекс с повышенным содержанием короткого волокна на пневмомеханических прядильных машинах вырабатывалась пряжа линейной плотности 29 текс.

В качестве факторов оптимизации выбраны заправочные параметры, оказывающие наибольшее влияние на качество пряжи - частота вращения дискретизирукмцего барабанчика и нагрузка на питающий столик. За параметры оптимизации приняты основные показатели качества пряжи: удельная разрывная нагрузка пряжи, коэффициенты вариации по разрывной нагрузке, линейной плотности и на коротких отрезках пряжи, количество тонких, толстых мест и узелков в пряже, а также укорочение волокон в процессе дискретизации.

Эксперимент проводился согласно матрице планирования Коно - 2.

Обработка данных эксперимента проводилась по стандартной методике. В результате расчетов получены уравнения регрессии, отражающие влияние факторов оптимизации на перечисленные выше параметры. Для определения оптимальных значений факторов оптимизации использовался диссоциативно-шаговый метод поиска оптимума.

Проведенный эксперимент показал, что при переработке неравномерной по длине питающей ленты, • оптимальной частотой вращения дис-, кретизирующего барабанчика является N^6= 6000 мин"1, а оптимальной нагрузкой на питающий столик - Рсп=25 Н, при крутке 960 кр/м.

Пятая глава посвящена разработке комплексных математических моделей, позволяющих прогнозировать свойства пряжи пневмомеханического способа прядения, линейных плотностей от 18,5 до 50 .текс, выработанной из сортировок с повышенным процентом короткого волокна.

Используя методы статистического анализа на ЗАО "Яхромский текстиль" и АТПФ "Славия", были, проведены эксперименты и собран статистический материал по основным физико-механическим свойствам хлопкового волокна и получаемой из него пряжи. При проведении экспериментов соблюдались рекомендации по заправке РТА, чесальных, ленточных и пневмомеханических прядильных машин, изложенные в предыдущих главах.

Для прогнозирования удельной разрывной нагрузки (Р0, сН/текс) получена следующая модель: >

Ро=11,69 + 0,002ТЧ) + 2,395Рв-72,237Ъшг-0,095ПКЕ, (6)

А также разработаны модели, связывающие свойства волокон с показателями неравномерности пряжи пневмомеханического способа прядения:

Ср=(1,111 + 0,053 Тпр - 1,083 10'3 Тир2 + 478,8 10"6 Пга2 - 0,034

- 5,459 Т,-3,031 10"3Р„ПЮ + 2,573 10"3 Р»!^)"1, (7)

Су=(4,532 - 563,19 10"® Тпр2 + 1,97810"3РвПкв )г, (8)

Ст=31,614 - 0,354 Тп- 882,06 Т„2 + 0,026 Р„ Пга, ' (9)

где Ср- коэффициент вариации по разрывной нагрузке пряжи, %;

Су- коэффициент вариации на коротких отрезках пряжи, %;

Ст - коэффициент вариации по линейной плотности пряжи, %;

Рв - разрьшная нагрузка волокна, сН;

Пга - процент короткого волокна, %.

Статистические оценки полученных моделей позволяют утверждать, * что в области изменения аргументов, полученные теоретические модели достаточно полно отражают исследуемую зависимость. Однако при использовании данных математических моделей необходимо учитывать, что они справедливы только в области изменения аргументов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана оптимальная технология пряжи средних линейных плотностей из сортировок с содержанием короткого волокна до 25 % при сохранении нормативного выхода пряжи.

2. Анализ научно-технической литературы выявил основные направления исследования и актуальность производства пряжи средних линейных плотностей из неравномерного по длине хлопка-волокна.

3. Установлено, что большинство теоретических и экспериментальных моделей и зависимостей в пневмомеханическом прядении не в полной мере учитывают неравномерность по физико-меХаническим свойствам волокон и в особенности характер изменения уровня неровноты по длине волокна.

4. Получены уравнения регрессии, связывающие основные параметры заправки машин разрыхлительно-трепалыюго агрегата с эффективностью очистки, выходом и составом отходов, зажгученностъю волокнистого материала.

5. Разработаны регламентированные режимы работы машин РТА, обеспечивающие прогнозируемую интенсивность и эффективность процессов рыхления, очистки и смешивания волокнистого материала.

6. Исследование и анализ процессов распределения хлопка по бункерным питателям чесальных машин и формирования настила позволили выявить диапазоны "дрейфа" линейной плотности чесальной ленты и необходимость применения систем автоматического регулирования линейной плотности выходящего полуфабриката.

7. Установлено, что увеличение вытяжки в вытяжном приборе чесальной машины ЧМД - 4 с 1,43 до 1,73 приводит к снижению коэффициентов вариации на коротких и длинных отрезках чесальной ленты, повышению распрямленности и параллелизации волокон.

8. Разработаны математические модели, отражающие влияние штапельной длины волокна и процента короткого волокна на равномерность смеси по длине и коэффициент вариации средней массодлины. По полученным математическим моделям построена номограмма, позволяющая определять равномерность и коэффициент вариации средней массодлины при изменении характеристик длины хлопковых волокон, используемых в настоящее время Российскими хлопкопрядильными фабриками. 4

9. В результате проведенных исследований установлены математические зависимости влияния характеристик длины волокна на заправочные параметры вытяжного прибора "3 на 3" с контролирующей движение волокон планкой.

10. На основе полученных математических моделей разработаны таблицы для определения поправочных коэффициентов к разводкам в основной и предварительной зонах вытягивания вытяжного прибора ленточных машин первого и второго переходов в зависимости от фактической неравномерности по длине волокон.

11. Предложена методика определения заправочных параметров вытяжных приборов ленточных машин обоих переходов при переработке неравномерных по длине волокнистых смесей.

12. Производственное апробирование разработанной методики позволило определить заправочные параметры вытяжного прибора и получить ленту с заданным уровнем неровноты по линейной плотности.

13. Проведена оптимизация заправочных параметров пневмомеханической прядильной машины ППМ-120МС при переработке ленты с содержанием короткого волокна до 25 % и решена компромиссная задача по выбору оптимальных параметров выработки пряжи линейной плотности 29 текс, которые составляют:

- частота вращения дискретизирующего барабанчика N^=6000 мин"1;

- нагрузка на питающий столик Рсл.=25 Н;

- крутка пряжи К=960 кр/м.

14. На базе экспериментальных данных разработаны математические зависимости, позволяющие прогнозировать удельную разрывную нагрузку пряжи и коэффициенты вариации по разрывной нагрузке, линейной плотности и на коротких отрезках пряжи в зависимости от основных физико-механических свойств волокна и содержания короткого волокна в сортировке.

15. Анализ полученных зависимостей и экспериментальная проверка позволяют сделать вывод, что увеличение процента короткого волокна на 1 % ведет к снижению удельной разрывной нагрузки пряжи на ОД сН/текс.

16. На основании проведенных исследований и разработанного технологического регламента выработки пряжи из смеси хлопка с повышенным содержанием короткого волокна на ЗАО "Яхромский текстиль", наработана опытная партия пряжи линейной плотности 29 текс.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В РАБОТАХ:

1. Трусова Л.А., Бондарчук М.М. Разработка комплексных математических моделей для систем автоматизированного управления качеством пряжи пневмомеханического способа прядения.//Современные технологии текстильной промышленности (Текстиль - 95):Тез.докл.Всерос. на-уч.-тех.конф. 28-29 ноября 1995. -М., -С. 44.

2. Черников АН., Бондарчук М,М. Исследование и оптимизация процесса вытягивания лент из смесей хлопка с повышенным содержанием коротких волокон.//Современные технологии текстильной промышленности (Текстиль - 96):Тез.докл.Всерос.науч.-тех.конф. 26-27 ноября 1996. -М., -С. 75.

3. Бондарчук М.М. Определение оптимальных условий работы вытяжного прибора ленточной машины.//Современные технологии текстильной промышленности (Текстиль - 97):Тез.докл.Всерос.науч.-тех.конф. 25-26 ноября 1997.-М.,-С. 40.

4. Бондарчук М.М., Чуприна Е.Н., Трусова Л.А. Влияние перераспределения вытяжек в предварительной зоне вытягивания ленточных машин на свойства ленты и пряжи. // Перспективные направления техники и организации производства текстильной промышленности: Межвузовский сборник научных трудов молодых исследователей. 1998.-М., -С. 9.

5. Бондарчук М.М., Черников А.Н., Трусова Л.А. Исследование влияния содержания короткого волокна в смеси на неравномерность пряжи: Тез. докл. научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. 1998г. -М., -С. 15.

6. Бондарчук М.М. Исследование влияния процента короткого волокна в смеси на неравномерность пряжи. Сборник научных трудов аспирантов. Выпуск 2. 1998 -М.,-С. 5-7.

ЛР N 020753 от 23.04.98

Подписано в печать 23.10.98 Сдано в производство 23.10.98 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 0,75 Заказ 310 Тираж 80

Электронный набор, МГТА, 117918, Малая Калужская, 1.

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

им. А.Н. КОСЫГИНА

На правах рукописи УДК.677.21.022.484.4(043.3)

Бондарчук Марина Михайловна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРЯЖИ ИЗ СОРТИРОВОК С ПОВЫШЕННЫМ ПРОЦЕНТОМ КОРОТКОГО

ВОЛОКНА

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, профессор Черников А.Н.

Москва - 1998

Содержание

стр.

ВВЕДЕНИЕ____6

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВОПРОСАМ ПОДГОТОВКИ НЕРАВНОМЕРНЫХ ПО ДЛИНЕ СОРТИРОВОК ХЛОПКА К ПНЕВМОПРЯДЕНИЮ____11

1.1 Анализ влияния основных свойств волокна в сортировке на качество пряжи пневмомеханического способа прядения___ 11

1.2 Проектирование прочностных характеристик пряжи_ 22

1.3 Влияние процессов разрыхления, очистки и смешивания

на физико-механические свойства смесей волокон_ 29

1.4 Анализ процессов формирования настила и чесания волокнистого материала на шляпочных чесальных машинах__________ 34

1.5 Анализ процессов вытягивания и сложения на ленточных машинах_ 42

1.6 Особенности процессов формирования пряжи пневмомеханического способа прядения_ 52

Выводы по главе 1___5 В

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ПОТОЧНОЙ ЛИНИИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ВОЛОКНИСТЫХ СМЕСЕЙ С ПОВЫШЕННОЙ ДОЛЕЙ КОРОТКИХ ВОЛОКОН В ХЛОПКОПРЯДИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ___61

2.1 Исследование работы разрыхлительно-трепального агрегата_____ 61

2.1.1 Определение эффективности очистки агрегата_ 62

2.1.2 Определение разрыхленности и зажгученности хлопкового волокна ___ 70

2.1.3 Определение оптимальных параметров заправки горизонтального разрыхлителя_________ 76

2.1.4 Определение оптимальных параметров заправки обеспыливающей машины__ 85

2.2 Выявление дрейфа линейной плотности ленты на чесальных машинах ЧМД-4_ 88

2.3 Определение оптимальной вытяжки в вытяжном приборе чесальной машины______ 95

2.3.1 Характеристика сырья, полуфабрикатов, оборудования и приборов_ 95

2.3.2 Методика проведения экспериментальных исследований

и обработка результатов__________ 96

2.3.3 Разработка оптимальных параметров заправки чесальных машин при переработке неравномерной по длине смеси волокон________ 99

Выводы по главе 2_ 104

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РАБОТЫ ВЫТЯЖНОГО ПРИБОРА "3 НА 3" С КОНТРОЛИРУЮЩЕЙ ДВИЖЕНИЕ ВОЛОКОН ПЛАНКОЙ НА ЛЕНТОЧНОЙ МАШИНЕ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СОРТИРОВОК С ПОВЫШЕННЫМ ПРОЦЕНТОМ СОДЕРЖАНИЯ КОРОТКОГО ВОЛОКНА_ 106

3.1 Анализ движения волокон в основной зоне

вытягивания 106

3.2 Влияние процента короткого волокна в сортировке на изменение величины разводок и вытяжек в вытяжном приборе ленточной машины_ 113

3.2.1 Определение взаимного влияния штапельной длины и процента короткого волокна на равномерность волокон по длине и коэффициент вариации средней массодлины__115

3.2.2 Разработка экспресс-метода определения разводок в вытяжном приборе ленточной машины с учетом характеристик неравномерности длины волокна_ 124

3.2.3 Определение оптимальной вытяжки в предварительной зоне вытягивания вытяжного прибора на первом и втором переходах ленточных машин___132

3.3 Производственное апробирование результатов теоретических исследований__135

Выводы по главе 3______ 140

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЛЕНТЫ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРЯЖИ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОГО СПОСОБА ПРЯДЕНИЯ_ 142

4.1 Математический анализ процессов дискретизации волокон

в пневмопрядении_ 142

4.1.1 Выполнение общих условий дискретизации волокон в питающих устройствах при пневмопрядении___________143

4.1.2 Выполнение условий формирования пневмомеханической пряжи из дискретного потока волокон 145

4.2 Разработка оптимальных параметров заправки пневмомеханической прядильной машины при выработке пряжи из неравномерной но длине волокон питающей ленты 153

Выводы по главе 4___168

ГЛАВА 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ПРЯЖИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ

МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ_ 169

Выводы по главе 5__ 178

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ__179

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ______182

ПРИЛОЖЕНИЕ 1___198

ПРИЛОЖЕНИЕ 2_ 217

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 221

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей задачей, стоящей перед российской текстильной промышленностью является выпуск конкурентоспособной продукции, путем внедрения научно-технических достижений, совершенствования технологий и существенного улучшения качества текстильных изделий.

Повышение цен на сырье, сокращение его поставок, рост стоимости энергоресурсов, увеличение затрат на содержание социальной сферы снижают экономическую эффективность работы текстильных предприятий, делая их малорентабельными.

Расширение ассортимента и снижение себестоимости текстильных изделий возможно за счет рационального использования сырья. Хлопок-волокно, перерабатываемое в настоящее время российскими хлопкопрядильными фабриками имеет увеличенное содержание короткого волокна, которое влияет на снижение эффективности процессов прядения, качество и выход пряжи из волокнистой смеси.

Существующие технологии предусматривают изготовление пряжи средних линейных плотностей по кардной системе прядения с регламентацией выделения короткого волокна в отходы, что позволяет получать нормативный выход пряжи из смеси. Применение этих технологий, при переработке смесей с повышенным содержанием короткого волокна приводит к резкому снижению выхода пряжи, за счет повышения доли волокна в отходах.

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки технологии производства пряжи, позволяющей перерабатывать хлопок с повышенным содержанием короткого волокна при сохранении показателей качества и нормативного выхода пряжи из смеси волокон.

В настоящее время хлопок, используемый для получения пряжи пневмомеханического способа прядения, имеет повышенное содержание короткого волокна. В связи с этим возникает проблема переработки сортировок из такого хлопка на разрыхлите льнотрепальном агрегате, чесальном, ленточном и прядильном переходах. Не разработаны точные рекомендации по заправке машин прядильного производства при переработке неравномерных по длине волокон смесей хлопка.

Основной целью данной диссертации является разработка научно обоснованной оптимальной технологии выработки пряжи средних линейных плотностей пневмомеханическим способом прядения из сортировок с повышенным содержанием короткого волокна при прогнозируемом выходе пряжи из смеси.

В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи:

- проанализировать труды российских и зарубежных ученых по технике и технологии хлопкопрядильного производства;

- оптимизировать технологический процесс получения пряжи пневмомеханического способа прядения из сортировок с повышенным процентом короткого волокна;

- исследовать влияние процента короткого волокна на показатели качества полуфабрикатов и пряжи;

- изучить влияние разводок и вытяжек в основной и предварительной зонах вытягивания на неровногу по толщине ленты с ленточных машин;

- разработать методику определения заправочных параметров вытяжных приборов ленточных машин, в условиях частой смены сортировок и использовании неравномерной по длине волокон смеси;

- изучить процессы дискретизации волокон и влияния частоты вращения дискретизирующего барабанчика на укорочение волокна и свойства пряжи с пневмомеханических прядильных машин;

- разработать математические модели, позволяющие прогнозировать свойства пряжи пневмомеханического прядения в зависимости от основных свойств волокон и процента содержания короткого волокна в сортировке;

- разработать регламентированные режимы заправки оборудования по всем переходам при переработке волокнистых смесей с повышенным процентом короткого волокна.

Методика исследования. В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования. Для определения оптимальных параметров заправки машин использовался метод математического планирования эксперимента, диссоциативно-шаговый метод определения оптимума и методы математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились на действующем технологическом оборудовании в условиях АТПФ "Славия", ЗАО "Яхромский текстиль" и учебной лаборатории кафедры прядения хлопка Московской государственной текстильной академии, с применением стандартных измерительных приборов и аппаратуры.

Достоверность и обоснованность результатов, выводов и рекомендаций, подтверждена экспериментами и аналитическими расчетами.

Научная новизна. При проведении теоретических и экспериментальных исследований автором впервые:

- определены регламентированные режимы работы машин прядильного производства, обеспечивающие получение прогнозируемого уровня свойств и выхода пряжи из волокнистой смеси, с повышенным содержанием короткого волокна;

- получены математические зависимости, отражающие влияние процента короткого волокна в сортировке на выбор оптимальных параметров заправки машин;

- предложена методика определения заправочных параметров вытяжных приборов ленточных машин при переработке неравномерных по длине волокон смесей;

- предложена физическая модель процесса движения волокон с использованием метода оптимизации траектории их полета в конфу-зоре пневмомеханической прядильной машины;

- получены зависимости, позволяющие прогнозировать показатели качества пряжи пневмомеханического способа прядения при переработке сортировок с повышенным процентом короткого волокна;

- определено влияние величины процента короткого волокна на основные показатели качества полуфабрикатов и пряжи.

Практическая ценность. Работа выполнена в соответствии с хоздоговором № 97-333-12 по теме "Разработка оптимальной технологии пневмомеханической пряжи средних линейных плотностей" на ЗАО "Яхромский текстиль". Применение методики и номограммы

для определения разводок в вытяжных приборах ленточных машин позволяет вырабатывать ленту требуемого качества при переработке неравномерных по длине волокнистых смесей.

Внедрение результатов работы позволит отечественным текстильным предприятиям выпускать конкурентно способную пряжу из сортировок с повышенным процентом короткого волокна.

Отдельные результаты работы могут быть использованы в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:

- на Всероссийских научно-технических конференциях "Современные технологии текстильной промышленности (Текстиль-95, Тек-стиль-96, Текстиль-97)" (ноябрь 1995, ноябрь 1996, ноябрь 1997);

- на научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГТА (февраль 1997);

- на научной студенческой конференции "Актуальные проблемы развития текстильной промышленности" (1997);

- на расширенном заседании кафедры прядения хлопка МГТА (октябрь 1998).

По материалам диссертации опубликовано две статьи и тезисы докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав с выводами, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 197 страницах машинописного текста, имеет 30 рисунков, 29 таблиц, список литературы включает 156 наименований. Приложения представлены на 31 странице.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВОПРОСАМ ПОДГОТОВКИ НЕРАВНОМЕРНЫХ ПО ДЛИНЕ СОРТИРОВОК ХЛОПКА К Г1НЕВМОПРЯДЕНИЮ

1.1 Анализ влияния основных свойств волокна в сортировке на качество пряжи пневмомеханического прядения.

Анализируя вопросы улучшения качества пряжи и снижения ее стоимости в хлопкопрядении необходимо отметить, что с быстрым развитием технологии и созданием высокопроизводительных машин для прядения хлопка требуется совершенствовать подход к выбору и оптимизации основных физико-механических свойств волокнистого сырья, влияющих на процессы прядения.

В настоящее время, достаточно полно изучено влияние основных свойств волокна на качество пряжи и стабильность процесса прядения. Однако для правильного выбора сортировок волокнистой смеси, необходима более полная информация о свойствах перерабатываемых волокон, и в особенности о неравномерности по физико-механическим свойствам хлопковых волокон: линейной плотности, длине, прочности, зрелости и другим.

В работах /1/, 121 указывается, что при переработке неравномерных по свойствам смесок, в первую очередь, необходимо подбирать линейную плотность волокон, для получения требуемого доле-

вого содержания компонентов смеси и обеспечения нормального протекания те хн о л о ги ч е с ки х процессов, в особенности при большой разности в объемной массе смешиваемых волокон.

В отношении влияния линейной плотности хлопкового волокна на свойства пряжи пневмомеханического способа прядения, у исследователей нет принципиальных разногласий. Чем тоньше волокна, тем больше площадь соприкосновения большего числа волокон и больше возникающие при растяжении пряжи силы трения между волокнами, а, следовательно, и разрывная нагрузка пряжи. Из более тонких волокон можно получать более тонкую пряжу достаточной прочности, так как для получения пряжи нормального качества требуется определенное минимально допустимое число волокон в поперечном сечении пряжи /3/.

Эти свойства может характеризовать показатель прядильной способности волокна (1.1) - максимальная длина пряжи, км, получаемая из 1 кг сырья и соответствующая требованиям Государственного стандарта или Технических условий /4/.

10

0, (1.1) т*

где - прядильная способность волокна, км;

ПН и

18 - максимально возможная линеиная плотность пряжи, текс,

из сырья данного вида, при условии, что пряжа соответствует требованиям Государственного стандарта или ТУ, определяется по формуле (1.2);

В - выход пряжи, %.

Г 2,65

§

+

[шю

\П7

Р0 Щ

Т$=1000

(1.2)

а

1-0,0375 Но ■

V

Ро г к л ]

где а - коэффициент (для кардной пряжи из средневолокнистого хлопка, в зависимости от сорта 10 - 12,2 , для гребенной пряжи из тонковолокнистого хлопка, в зависимости от сорта 19,5 - 21,6);

5 - коэффициент (для кардной пряжи из средневолокнистого хлопка 0,1, для гребенной пряжи из тонковолокнистого хлопка - 0,5);

Ьшт - штапельная длина волокна, мм;

Р0 - удельная (относительная) разрывная нагрузка пряжи, сЫ/текс;

к - поправка на крутку;

Н - коэффициент, учитывающий состояние оборудования (0,95 -1,1; для нормального состояния оборудования ту=Т); Н0 - удельная неровнота пряжи, характеризующая качество технологического процесса.

5

г= 1-

т

•^шт

Существуют модели волокнистых полуфабрикатов и пряжи, характеризующие случайное и нормальное распределение отдельных

гтч и

волокон в поперечном сечении и по длине пряжи. Так случайное расположение волокон в продукте характеризуется тем, что любое волокно с одинаковой вероятностью может пересечь данное поперечное сечение продукта и пересечение различных волокон данного сечения продукта является независимым событием /5/.

Квадратическая неровнота такого гипотетического продукта (модель Пуассона) по площади его поперечных сечений равна

2 100

1 + 4

N

Ш

1

(1.3)

2

где т = Т/ Тв = 1ЧВ/ N - среднее число волокон в сечении продукта;

Тв, Мв- средний текс и номер волокна;

Т, N - средний текс и номер продукта;

СС1=2С(1 - квадратическая неровнота волокон по площади их

поперечного сечения;

Сй - квадратическая неровнота волокон по их диаметру.

В таком виде формула (1.3) была получена /6/ при допущении, что толщина волокон не зависит от их длины.

В действительности толщина и длина хлопковых волокон имеет взаимную корреляционную связь, поэтому часто формуле (1.3) придают более простой вид (1.4).

100 К 106

=Г, (1-4)

\1 \

ш

где К - коэффициент, зависящий от рода волокон (для хлопка К=1,06, при условии, что Сч=35 %).

При большом числе волокон в поперечном сечении пряжи имеет место большая вероятность получения более равномерной пряжи одной и той же линейной плотности.

С увеличением доли коротких волокон в смесках изменяются средние показатели линейной плотности волокон, в связи с тем, что зрелость коротких волокон отличается от зрелости более длинных волокон, а, следовательно, наблюдается колебание среднего числа волокон в поперечном сечении пряжи и ее равномерности по линейной плотности.

Исследователями /1/, /2/, /5/ отмечалось, что существует корреляция между линейной плотностью хлопкового волокна и его длиной. Длина хлопкового волокна - наиболее существенный фактор, влияющий на физико-механические свойства пряжи. Длина волокна определяет выбор технологии прядения, прочность пряжи и конструктивные параметры рабочих органов машин прядильного производства. В существующих мировых классификациях физико-механических свойств хлопка-волокна главнейшим показателем является его массодлина: средняя, модальная, штапельная.

Связь между некоторыми характеристиками длины может быть выражена эмпирическими формулами, полученными Севостьяновым А.Г. /7/:

Цод-1,191-2,6, ид02и0д+2,6=1,2Ц (1.5)

где Ьмод" модальная дли