автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование процесса формирования волокнистых продуктов уплотнителями геликоидной формы

На правах рукописи

Кахраманов Фазил Рагим оглы

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ ПРОДУКТОВ УПЛОТНИТЕЛЯМИ ГЕЛИКОИДНОЙ ФОРМЫ

Специальность 05.19.03—Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1998

Работа выполнена в Ивановской государственной текстильной академии.

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор Г. И. Чистобородов.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Д. Н. Сапрыкин, кандидат технических наук, доцент О. В. Мурзин.

Ведущая организация:

Акционерное общество открытого типа «Красинец» (пос. Старая Вичуга Ивановской обл.)

Защита состоится « и^1^/?. . 1998 г. в ii.

часов на заседании диссертационного совета К 063.33.01 в 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 « . /Цсхй. 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ДШ. н- А' КУЛ ИДА

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвящена совершенствованию технологических процессов прядильного производства и производства искусственного меха и направлена на снижение уровня неровноты по 'основным свойствам и обрывности волокнистых продуктов, улучшение их качества и повышение производительности оборудования.

Для формирования высококачественных волокнистых материалов в работе обоснована необходимость применения неподвижных крутильных органов (НКО) в форме геликоидов. Предложено и апробировано в промышленных условиях их использование в зонах питания и выпуска машин прядильного производства и производства искусственного меха.

Автор защищает новые результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса взаимодействия продуктов прядения с НКО в форме геликоида, а именно:

- раскрытую физическую сущность скрученности различных текстильных материалов при протаскивании их через крутильный орган в форме геликоида:

- математическую модель поверхности неподвижного вьюрка в Форме прямого геликойда;

- зависимости для определения крутящего момента, возникающего в ленте при протаскивании ее через крутильные органы, имеющие форму прямого и эвольвентного геликоидов;

- методику расчета параметров НКО с учетом влияния свойств ленты;

.- методику экспериментального определения крутящего момента в ленте и усилия протаскивания ленты через НКО;

- результаты аналитических и экспериментальных исследований влияния параметров разработанных НКО геликоидной формы и неподвижных спиральных вьюрков (НОВ) на уровни качества волокнистого продукта;

- результаты оптимизации параметров процессов уплотнения ленты и производства пряжи в льнопрядении;

- новые устройства для формирования волокнистого материала с улучшенными показателями качества и результаты практической апробации в производстве искусственного меха;

- инженерную методику проектирования и конструирования не-

подвижных крутильных органов, имеющих 'форму прямого и эволь-вентного геликоидов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для повышения конкурентоспособности конечной продукции и удовлетворения потребительского рынка необходимо широкое внедрение научно-технических достижений, направленных на повышение качества изделий текстильной и легкой промышленности. Решение этой важной задачи во многом определяется эффективностью технологических процессов, в том числе снижением неровноты и обрывности продуктов в прядильном производстве и в производстве искусственного меха.

Производство пряжи является сложным и включает в себя большое число технологических процессов. В результате многочисленных механических воздействий на полуфабрикаты в технологических процессах в них возникает неконтролируемая (скрытая) вытяжка, которая способствует образованию дополнительной неровно-ты по основным свойствам и увеличению обрывности.

Эффективным решением этой проблемы является совершенствование уплотняющих устройств, а также упрочнение самих продуктов прядения за счет целенаправленного изменения их структуры..

Разработке теоретических основ, созданию и внедрению в производство высокоэффективных способов и средств формирования текстильных материалов и посвящена настоящая работа.

Работа выполнена в рамках общероссийских межвузовских научно-технических программ "Текстиль России" и "Ресурсосберегающие, технологии в легкой промышленности".

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка и внедрение в производство технологических и технических решений, направленных на совершенствование процессов формирования ленты и пряжи в льнопрядильном производстве и в производстве искусственного меха с помощью уплотнителей геликоидной формы.

При реализации поставленной цели решены следуюцие основные задачи:

1. Проведен критический анализ отечественных и зарубежных научных работ по проблеме уплотнения текстильных материалов.

2. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования физической сущности взаимодействия текстильного материала с НКО в форме геликоидов. Определены условия появления и параметры ложной крутки продукта при протаскивании его через НКО гели-коидной формы.

■ 3. Для неподвижного вьюрка в форме прямого геликоида найдена математическая модель его поверхности.

4. Получены математические зависимости крутящего момента, возникающего в ленте при протаскивании ее через крутильные органы, имеющие форму прямого (ПГ) и эвольвентного геликоидов (ЗГ), от их конструктивных параметров.

5. Модернизировано устройство и разработана методика для экспериментального определения крутящего момента в продукте, возникающего при протаскивании его через НКО геликоидной формы и НСВ.

6. Разработаны и исследованы новые способы формирования и уплотнения чесальной ленты НКО ЭГ и пряжи - НСВ.

7. Предложена методика инженерного проектирования и конструирования неподвижных крутильных органов, имеющих форму прямого и эвольвентного геликоидов.

8. Разработаны, апробированы и внедрены в производство новые технические средства ложного кручения, реализующие предложенные способы формирования волокнистых продуктов.

' Методы исследований. Для теоретического исследования использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, дифференцииальной, аналитической и начертательной геометрии, методы теоретической механики, механики идеально гибкой нити и теории упругости.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования, тензометрического измерения натяжения и крутящего момента и их осциллографирования. Эксперименты проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием специальных стендов и современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена с применением методов математической статистики и ПЭВМ.

В производственных испытаниях применялись стандартные методы исследований.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены

следующие научные результаты:

- разработаны теоретические основы механизма взаимодействия текстильных материалов с неподвижными крутильными органами в форме геликоидов;

• - получена математическая модель поверхности неподвижного вьюрка геликоидной формы, вскрыты причины и описан процесс кручения продуктов прядения на его поверхности, найдены направления на поверхности вьюрка, при которых крутящий момент и крутка принимают экстремальные значения;

- найдены математические выражения для определения величины крутящего момента, возникающего в ленте при протаскивании ее через крутильные органы, имеющие форму прямого и эвольвентного геликоидов;

- на основании выполненных в работе аналитических и экспериментальных исследований получены математические и графические зависимости крутящего момента, возникающего в ленте, от конструктивных параметров НКО и свойств продукта;

- разработаны высокоэффективные способы и средства комплексного формирования и уплотнения ленты на чесальных, ленточных, прядильных машинах в льнопрядении и чесальной ленты - в производстве искусственного меха;

- предложено при конструировании НКО, имеющих■форму геликоидов, использовать кинематический способ образования винтовых поверхностей как наиболее наглядный и удобный с практической точки зрения;

- проведена экспериментальная апробация полученных аналитических зависимостей в направлении качественного формирования волокнистых материалов, подтвердившая правильность результатов теоретических исследований и высокую эффективность разработанных способов и средств формирования продуктов прядения;

- новизна предложений подтверждена 2 авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая ценность выполнений работы состоит в непосредственном использовании полученных теоретических результатов для создания новых и совершенствования существующих технологий в льнопрядильном производстве и производстве искусственного меха.

Разработанные способы и технические средства формирования

и уплотнения полуфабрикатов позволили повысить качество пряжи, ткани, искусственного меха.

Результаты работы могут быть использованы при создании новых видов лентоформирующих устройств чесальных машин.

Реализация результатов работы. Промышленная реализация результатов работы выполнена в условиях Буторлинской льнопрядиль-но-ткацкой фабрики (Владимирская область). Комплексное применение НКО ЗГ на чесальных машинах Ч-460-Л2 и НСВ - на кольцевых прядильных машинах сухого прядения льна ПС-300-Л0 позволило улучшить качество полуфабрикатов и пряжи, значительно повысить выбивание костры и уменьшить обрывность.

Применение разработанных НКО на чесальных машинах 5НР-24А в условиях Жлобинского ПТО "БелФА" (республика Беларусь, Гомельская область) позволило осуществить переработку смесей с большим содержанием отходов (возвратного волокна).

Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

- областных научно-технических конференциях "Научным разработкам - широкое внедрение в практику" (г. Иваново, 1988 г.), "Новые технические и технологические разработки и их внедрение в текстильной и легкой промышленности" (г. Иваново, 1989 г.);

- международных научно-технической конференциях "Актуальные проблемы техники и технологии переработки льна и производства льняных изделий" (г. Кострома, 1996 г.), "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (г. Иваново, 1997 г.);

- расширенном заседании технического совета Жлобинского ПТО "БелФА" (1996 г.);

- заседании кафедры прядения Костромского государственного технологического университета (1998 г.);

- расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов Ивановской государственной текстильной академии (1998 г.).

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, представлены 8 печатными работами, в том числе защищены 2 авторскими свидетельствами на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация содержит пять глав.

выводы и рекомендации, список литературы и приложения. Она изложена на 210 страницах машинописного текста, включая 74 рисунка и 26 таблиц, список литературы из 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования. Отмечена научная новизна, практическая значимость и промышленная реализация результатов диссертационной работы.

В первой главе дан обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных вопросам возникновения неровноты по основным свойствам и обрывности (нарушения целостности) продуктов прядения и способам их устранения. Решение этих вопросов тесно связано с проблемой рационального и экономного использования сырьевых ресурсов в условиях сегодняшнего кризиса текстильной промышленности России.

Качество продуктов прядения зависит как от процесса вытягивания, так и от процесса их уплотнения. В связи с этим рассмотрен обзор современного состояния исследований в области формирования волокнистых материалов в зонах питания и выпуска машин прядильного производства.

В прядильном производстве на полуфабрикаты в процессе их переработки за счет механического воздействия действуют силы натяжения, которые вызывают деформацию растяжения. Когда величина силы натяжения близка к прочности продукта, то в нем возникает неконтролируемая (скрытая) вытяжка, которая способствует образованию дополнительной неровноты по толщине и увеличению обрывности продукта. Основной путь ее снижения - совершенствование формирующих (уплотняющих) устройств, а также упрочнение самих продуктов прядения за счет целенаправленного изменения их структуры.

Значительный вклад в развитие теории и практики формирования волокнистых материалов внесли русские ученые А.П.Раков, В. Е. Зотиков, И. В. Будников, П. Д. Балясов, И. С. Розенсон, А. Г. Севастьянов, Ю. В. Павлов и другие.

Наиболее эффективным средством уплотнения продуктов прядения является придание продукту свойства скрученности. Это подт-

верждается научными работами Л.Н.Гинзбурга, И.И.Финкельштейна, В.И.Соколова. В связи с использованием явления скрученности в качестве средства дополнительного уплотнения ленты наиболее эффективным является метод придания продукту ложной скрученности. Метод ложного кручения получил широкое распространение в различных конструкциях вращающихся и неподвижных вьюрков текстильного оборудования.

При критическом анализе современного состояния проблемы установлено, что потенциальные возможности применения неподвижных вьюрков на технологическом оборудовании до конца не реализованы. Спрогнозирована целесообразность применения геликоидных и спиральных вьюрков в качестве формирующих устройств на машинах в прядильном производстве и производстве искусственного меха за счет возможности максимального использования эффекта ложного кручения.

Вторая глава посвящена исследованию теоретических вопросов процесса формирования продуктов прядения неподвижными крутильными органами (НКО), имеющими форму прямого и эвольвентного геликоидов.

Для НКО в форме прямого геликоида предложена математическая модель его поверхности. Векторное уравнение прямого геликоида определяет радиус-вектор любой точки на поверхности геликоида как функции двух параметров и и V: -»

г(и,у)=(а-созу-и-Бту; а-Бту+и-созу; М, (1)

где и - параметр, определяющий координаты каждой точки образу-• ющей геликоида;

V - угол поворота;

а - расстояние от образующей геликоида до оси Ог;

Ь - приведенный шаг.

Вскрыта физическая сущность явления ложной крутки продукта при протаскивании его через НКО в форме геликоида. Установлено, что взаимодействие продукта с крутильным органом подобно винтовой передаче, в которой геликоидный вьюрок выполняет роль гайки, а продукт - роль винта.

Получены параметрические и векторное уравнения винтовых линий контакта геликоида с продуктом

s s

x = a eos — - Uq sin — , So So

S S

y = a sin — + u,) eos — , (2)

So So

h

z'sTS'

S S S S h

r(S) = (a eos — - uq sin —; a sin — + Uo eos —; — S), (3)

So So So So So

где S - длина винтовой линии

S = / а2 + ц,2 + h2 (v2 - vj); (4)'

Бо = /а2 +Ьг + и/. (5)

Задача исследования процесса кручения волокнистого материала НКО в форме геликоидов решена путем анализа сил, действующих на элемент продукта, движущийся равномерно по винтовой линии (рис.1). Для винтовой линии контакта геликоида с продуктом

определен репер Френе (единичные векторы касательной 1, главной

нормали п и бинормали Ы и получены уравнения основного триэдра (соприкасающейся, спрямляющей и нормальной плоскостей).

' Исходя из принятой модели, при выполнении условия ) Г (1 + Рсж/Рси) величина крутящего момента, вызывающего ложную, крутку волокнистого материала при протаскивании его через НКО в форме прямого геликоида, определяется по формуле

МКр«= 0,5 ЕЬгсоБа[^с(ШПр - (3) - г(о„р - й + 2Ъ - ]]. (6)

Здесь а - угол подъема витков геликоида; Рсж - сила сжатия продукта НКО; Рсы - сила сопротивления продукта смятию; ' { - коэффициент трения; Е - условный модуль упругости продукта; I. =

И -

Расчетная схема для вычисления крутящего момента

Ш/Сйсс - длина винтовой линии НКО; Н - ход НКО; I - число витков НКО; 0пр - диаметр продукта; (3 - внутренний диаметр геликоида (<3/2 ■ г); Ь - толщина пластины, из которой изготовлен НКО.

Схема силового взаимодействия волокнистого продукта с НКО в форме эвольвентного геликоида представлена на рис.2. Величина крутящего момента, возникающего в продукте, равна

По полученным формулам произведены расчеты на ЭВМ зависимости крутящего момента Мкр от конструктивных параметров НКО в форме прямого геликоида и основных свойств продукта. Для продукта из волокон льна построены графики рис.3, 4.

Таким образом, полученные математические зависимости для расчета Мкр позволяют выявить особенности моделирования процесса кручения волокнистых продуктов НКО геликоидной формы.

Также на ЭВМ проведено исследование неподвижных спиральных вьюрков (НСВ) с целью опредепения влияния различных конструктивных параметров на величину крутящего момента льноволокнисто-го продукта и выбора оптимальных размеров крутильного органа. Результаты исследований графически изображены на.рис.5, 6,

Третья глава содержит описание методики и средств для проведения экспериментальных исследований процесса формирования волокнистых материалов в зонах питания и выпуска текстильных машин.

Экспериментальными исследованиями изучались вопросы использования НКО в форме ПГ и НСВ для формирования ленты. В связи с этим возникла необходимость определения величин крутящих моментов, возникающих в продукте при протаскивании его 'через вьюрок. Для этого в работе модернизирована установка и разработана методика, позволяющие достаточно быстро и с высокой степенью точности определить крутящий момент в ленте и усилие протаскивания ленты через НКО.

Метод определения крутящего момента заключается в том. что с учетом функциональной зависимости между Мкр и Мвр судят о крутящем моменте Мкр, вызывающем ложную крутку волокнистого материала, измеряя момент МцР, вращающий вьюрок.

Г

(7)

СОЙй

Расчетные зависииости крутящего момента Н^от параметров НКО ПГ (а) и ленты (f)

Расчетлив завЕсихости крутящего момента VjpOï геометрических параметров НКО ИГ и леяги

Ряс. 3

lí^lO^Hn

J fffi У i i,i i i Ь.мм 70,0.5 9.7 0.9 1.1 Ú

10 U 12 13

Рис. 4

I

Расчетные зависимости крутящего момента М^ от параметров НСВ (а) и ленты (!)

Рис. 5

Расчетные зависимости крутящего момента М^ от геометрических параметров НСВ и ленты

На разработанной установке испытывали ленту, полученную с чесальных и ленточных машин. В процессе эксперимента параметры ПГ и НСВ варьировались. Полученный материал обрабатывался методами математической статистики. Относительная гарантийная ошибка при числе испытаний п » 30 не превышала 2%.

По результатам испытаний ПГ построены зависимости МкР от параметров НКО и продукта (рис.7).

Результаты испытаний НСВ с различными значениями их параметров изображены графически на рис. 8.

Экспериментальные зависимости крутящего момента от различных параметров геликоидных и спиральных вьюрков аналогичны расчетным зависимостям, что подтверждает правильность сделанных нами теоретических выводов.

Исследование усилия протаскивания ленты через НСВ показало, что с увеличением угла подъема витков НСВ а и внутреннего диаметра 0В усилие протаскивания уменьшается, а с увеличением диаметра стержня (1 и коэффициента трения - возрастает, то есть параметры вьюрка предопределяют величину усилия протаскивания.

В четвертой главе приводятся результаты производственных испытаний способов формирования ленты и пряжи геликоидными и неподвижными спиральными вьюрками в льнопрядильном производстве и в производстве искусственного меха.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны НКО в форме эвольвентного геликоида (а. с.'СССР N 1567664). Производственные испытания в льнопрядении доказали эффективность применения НКО ЭГ для формирования чесальной ленты на машинах Ч-460-Л2 и НСВ для технологического процесса формирования пряжи на кольцевых прядильных машинах ПС-ЮО-ЛО. Применение ЭГ в зоне выпуска чесальных и НСВ - в зоне питания прядильных машин положительно сказывается на весь технологический процесс и позволяет уменьшить коэффициенты вариации пряжи по линейной плотности на 6,6%, по разрывной нагрузке - на 5,4%. в 2 раза увеличить выбивание костры и снизить обрывность на 45,1%.

На основании выполненных теоретических исследований разработан новый способ формирования чесальной ленты при изготовлении искусственного меха применительно к машинам фирмы "Дэвис энд Фурбер", который позволяет осуществить переработку смесей с

Эюпергиенталыше зависимости крутящего иоиепта от основных параметров НКО ПГ и ленти

Рис. 7

Экспериментальные гапяспиостп крутящего коиента от.осповпш параметров ИСВ и ленты

Рис. 8

большим содержанием отходов собственного производства и изготовление чесальной ленты из волокон уменьшенной длины резки. Использование НКО ЭГ в качестве лентоформирующих органов на чесальных машинах 5НР-24А позволило получить новые виды меха с вложением 80 и более процентов отходов (возвратных волокон) и увеличить экономии сырья за счет применения коротких волокон и. снижения обрывности.

В пятой главе рассматриваются вопросы проектирования и изготовления неподвижных крутильных органов, имеющих форму геликоида, и даются рекомендации по выбору материалов для НСВ и их изготовлению.

При конструировании НКС, имеющих форму геликоидов, предлагается использовать кинематический способ образования винтовых поверхностей как наиболее наглядный и удобный с практической точки зрения.

В данной главе предложено инженерно-техническое решение получения деталей заготовок (разверток) НКО, выполненных по форме эвольвентного геликоида, а также разработаны основные рекомендации по проектированию НКО в форме прямого геликоида.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Совершенствование технологических процессов прядильного производства и производства искусственного меха в значительной степени связано со снижением уровней неровноты основных свойств и обрывности (нарушением целостности) волокнистых полуфабрикатов, улучшением их качества.

2. Для формирования волокнистых материалов высокого качества в зонах питания и выпуска машин прядильного производства и производства искусственного меха целесообразно использовать неподвижные крутильные органы в форме геликоидов.

3. Для неподвижного вьюрка в форме прямого геликоида определена и исследована математическая модель его поверхности.

4. Вскрыта физическая сущность явления ложной крутки продукта при протаскивании его через НКО геликоидной формы. Найдены направления на поверхности вьюрка, при которых крутящий момент и крутка принимают максимальные значения.

5. Получены математические модели процесса кручения волок-

- 19 -*

нистого продукта неподвижными крутильными органами, имеющими форму прямого и эвольвентного геликоидов.

6. Расчет величины крутящего момента на ЭВМ позволяет моделировать, оптимизировать и прогнозировать процесс кручения продукта НКО в форме геликоида и неподвижными спиральными вьюрками.

7. Модернизирована экспериментальная установка и разработана методика для определения крутящего момента в полуфабрикате и усилия протаскивания продукта через геликоидные и спиральные вьюрки.

8. Для вьюрков в Форме прямого геликоида проведено исследование влияния различных параметров (угла подъема витков, толщины пластины геликоида, внутреннего диаметра, коэффициента трения) на величину круящего момента.

9. Исследовано влияние различных факторов НСВ и продукта (угла подъема витков, диаметра спирали, внутреннего диаметра, коэффициента трения) на величину крутящего момента и величину усилия протаскивания.

10. Экспериментальные зависимости крутящего момента от различных параметров геликондных и спиральных вьюрков аналогичны расчетным зависимостям, что подтверждает правильность сделанных нами теоретических выводов.

И. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены в производство НКО в форме эвольвентного геликоида. Новизна конструкции подтверждена авторским свидетельством СССР N 1567664.

12. Усовершенствованы способы формирования и уплотнения ленты на чесальных машинах и пряжи на кольцевых прядильных машинах сухого прядения льна.

13. Производственные испытания в льнопрядильном производстве доказали эффективность применения НКО ЭГ для формирования ленты и НСВ для технологического процесса формирования пряжи. Применение неподвижных крутильных органов позволило уменьшить коэффициенты вариации по линейной плотности на 6,6%, по разрывной нагрузке - на 5,4%, снизить обрывность на 45,7% и в 2 раза увеличить выбивание костры.

14. Разработан новый способ формирования чесальной ленты при изготовлении искусственного меха применительно к' машинам

фирмы "Дэвис энд Фурбер" (США). Использование НКО ЗГ в качестве лентоформирующих органов позволило получить новые виды меха с вложением 80 и более процентов отходов (возвратных волокон), увеличить экономию сырья за счет применения коротких волокон и улучшить качество продукта.

15. Для конструирования НКО, выполненных по форме эволь-вентного и прямого геликоидов, предложены инженерно-технические решения получения деталей заготовок. Даны рекомендации по выбору материалов для НСВ и их изготовлению.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. A.c. 1567664 СССР. Приспособление для уплотнения волокнистого продукта на текстильной машине / Г.И.Чистобородов, М. И. Чистобородова, Ф. Р.Кахраманов. Опубл. 3990. Бюл. N20.

2. A.c. 1320271 СССР. Устройство для контроля качества прочеса / Б.Н.Гусев, Ф.И.Разумов, С.М.Потапова, В.С.Шумарина, Ф. Р. Кахраманов. -Опубл. 1987. Бюл. N24.

3. Чистобородов Г. И., Хосровян Г. А., Кахраманов Ф. Р. Определение оптимальной вытяжки между валиками лентоукладчика и плющильными валиками чесальной машины // Научным разработкам широкое внедрение в практику: Тез. докл. обл. научно-техн. конференции. - Иваново, 1988.

4. Чистобородов Г. И., Кахраманов Ф. Р., Кочетков А. Б. Основы теории кручения волокнистых материалов устройствами типа геликоид // Новые технические и технологические разработки и их внедрение в текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. на-учно-техн. конференции. - Иваново, 1989.

5. Чистобородов Г. И., Кахраманов Ф. Р. Шапошников А. Б., Це-ловапьникоза Н. В. Приспособление для формирования ленты, выполненное по форме эвольвентного геликоида. - Иваново: ЦНТИ, 1995. -4с,- (Информ. лист. N 58).

6. Чистобородов Г.И., Кахраманов Ф.Р., Целовальникова Н.В., Шагинов А. В. Графоаналитический метод конструирования неподвижных крутильных органов, имеющих форму геликоида //Изв. вузов. Технол. текст, пром-сти. -1996. - N 1. С. 71-74.

7. Чистобородов Г.И., Банников А.А., Агалаков В.А., Шагинов А. В., Кахраманов Ф. Р., Целовальникива Н. В. Аналитическое

исследование процесса кручения волокнистого продукта неподвижными крутильными органами в форме геликоида //Изв. вузов. Тех-нол. текст, пром-сти. -1996. - N 3. С. 86 - 90.

8. Чистобородов Г. И., Никифорова Е. Н.. Кахраманов Ф. Р. Исследование процесса кручения волокнистого продукта неподвижными крутильными органами (НКО), имеющими форму геликоида //Актуальные проблемы техники и технологии переработки льна и производства льняных изделий ("Лен - 96"): Тез. докл. междунар. научно-техн. конференции. - Кострома, 1998.'

Подписано к печати 18.05.98г. Формат издания 60x841/16. Печ.л. 1,25. Усл.п.лЛ,16. Заказ 1208/р. Тираж 80экз.

Типография ГУ КПК,г.Иваново,ул.Ерыака,41.

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

/1 , / .

.1

На правах рукописи

Кахраманов Фазил Рагим/Ьглы

, т-,г

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ ПРОДУКТОВ УПЛОТНИТЕЛЯМИ ГЕЛИКОИДНОЙ ФОРМЫ

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных

материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Г.И.Чистобородов

Иваново 1998

- г -

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ............................................. 5

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ... 9

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ПРОДУКТОВ ПРЯДЕНИЯ С НЕПОДВИЖНЬМИ КРУТИЛЬНЬМИ

ОРГАНАМИ, ИМЕЮЩИМИ ФОРМУ ГЕЛИКОИДОВ ............... 42

2.1. Математическая модель поверхности неподвижного крутильно органа (НКО), в форме прямого геликоида ............................................ 44

2.1.1. Уравнения прямого геликоида ................ 44

2.1.2. Уравнения винтовой линии ................... 46

2.1.3. Длина отрезка винтовой линии ............... 47

2.1.4. Натуральная параметризация винтовых линий

на геликоиде ............................... 48

2.2. Аналитическое исследование процесса кручения волокнистого продукта НКО (неподвижными крутильными органами), имеющими форму геликоида....... 50

2.2.1. Аналитическое исследование процесса кручения волокнистого продукта НКО в форме прямого геликоида.................................. 50

2.2.2. Аналитическое исследование процесса кручения волокнистого продукта НКО в форме эвольвент-ного геликоида............................. 66

2.3. Теоретическое исследование зависимости крутящего момента от конструктивных параметров НКО в форме прямого геликоида и основных свойств продукта из волокон льна................................... 69

2.4. Эффект неподвижного спирального вьюрка (НСВ) ... 78

2.5. Теоретическое исследование зависимости крутящего момента от конструктивных параметров НСВ и основных свойств продукта из волокон льна ........... 82

2. 6 Выводы .......................................... 92

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ.

ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ............................. 93

3.1. Выбор экспериментальной установки .............. 93

3.2. Экспериментальные исследования процесса формирования льняной ленты неподвижными геликоидными и

- з -

спиральными вьюрками .......................... 102

3.2.1. Экспериментальные исследования процесса формирования льняной ленты НКО в форме прямого геликоида.................................. 104

3.2.2. Экспериментальные исследования процесса формирования льняной ленты НСВ............. 110

3.3. Сравнение экспериментальных и расчетных значений крутящего момента.............................. 116

3.4. Экспериментальное определение усилия протаскива-

. ния льняной ленты через НСВ .................... 117

3.5. Выводы......................................... 120

4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГЕЛИКОДНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ

СПИРАЛЬНЫХ ВЬЮРКОВ ....................... ......... 121

4.1. Выбор сырья и оборудования для проведения исследований в льнопрядильном производстве .......... 121

4.2. Получение ленты на чесальной машине, оснащенной неподвижным крутильным органом в форме эвольвент-ного геликоида................................. 123

4.3. Условия проведения исследований ................ 128

4.4. Результаты исследования неровноты льняной чесальной ленты на' приборе КЛА-2...................................129

4.5. Формирование пряжи на прядильной машине с измененной зоной питания ....................... 135

4.6. Условия проведения исследований ................ 135

4.7. Влияние установки НСВ на прядильной машине на неровноту питающей ленты Т-6667 текс по КЛА-2 .. 139

4.8. Влияние установки НКО ЭГ на чесальной машине и НСВ в зоне питания прядильной машины на неровноту пряжи..............................................143

4.9. Результаты производственных испытаний .......... 148

4.10. Исследование эффективности использования геликоидных вьюрков в производстве искусственного меха..................................... 149

4.10.1. Формирование чесальной ленты на машинах

фирмы "Дэвис энд Фурбер" SHP-24A.......... 150

4.10.2. Новые конструкции выпускных устройств для чесальных машин фирмы "Дэвис энд Фурбер" SHP-24A (США) ............................. 152

4.10.3. Исследование влияния выпускной зоны чесальной машины SHP-24A, модернизированной НКО

ЭГ, на качество ленты..................... 154

4.11. Выводы........................................ 160

5. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕЛИКОИДНЫХ

И НЕПОДВИЖНЫХ СПИРАЛЬНЫХ ВЬЮРКОВ .................. 161

5.1. Графоаналитический метод конструирования

неподвижных крутильных органов, имеющих форму

геликоида...................................... 161

5.2.. Рекомендации по проектированию материала для НСВ

и их изготовлению.............................. 171

5.3. Выводы......................................... 172

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ .......................... 173

ЛИТЕРАТУРА........................................... 175

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................... 183

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Для повышения конкурентоспособности конечной продукции и удовлетворения потребительского рынка необходимо широкое внедрение научно-технических достижений, направленных на повышение качества изделий текстильной и легкой промышленности. Решение этой важной задачи во многом определяется эффективностью технологических процессов, в том числе снижением неровноты и обрывности продуктов в прядильном производстве и в производстве искусственного меха.

Производство пряжи является сложным и включает в себя большое число технологических процессов. В результате многочисленных механических воздействий на полуфабрикаты в технологических процессах в них возникает неконтролируемая (скрытая) вытяжка, которая способствует образованию дополнительной неровноты по основным свойствам и увеличению обрывности.

Эффективным решением этой проблемы является совершенствование уплотняющих устройств, а также упрочнение самих продуктов прядения за счет целенаправленного изменения их структуры.

Разработке теоретических основ, созданию и внедрению в производство высокоэффективных способов и средств формирования текстильных материалов и посвящена настоящая работа.

Работа выполнена в рамках общероссийских межвузовских научно-технических программ "Текстиль России" и "Ресурсосберегающие технологии в легкой промышленности".

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы является разработка и внедрение в производство технологических и технических решений, направленных на совершенствование процессов формирования ленты и пряжи в льнопрядильном производстве и в производстве искусственного меха с помощью уплотнителей геликоидной формы.

При реализации поставленной цели решены следующие основные задачи:

1. Проведен критический анализ отечественных и зарубежных научных работ по проблеме уплотнения текстильных материалов.

2. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования физической сущности взаимодействия текстильного материала с НКО в форме геликоидов. Определены условия появления и парамет-

ры ложной крутки продукта при протаскивании его через НКО гели-коидной формы.

3. Для неподвижного вьюрка в форме прямого геликоида найдена математическая модель его поверхности.

4. Получены математические зависимости крутящего момента, возникающего в ленте при протаскивании ее через крутильные органы, имеющие форму прямого и эвольвентного геликоидов, от их конструктивных параметров.

5. Модернизировано устройство и разработана методика для экспериментального определения крутящего момента в продукте, возникающего при протаскивании его через НКО геликоидной формы и НСВ.

6. Разработаны и исследованы новые способы формирования и уплотнения чесальной ленты НКО ЭГ и пряжи - НСВ.

7. Подготовлена методика инженерного проектирования и конструирования неподвижных крутильных органов, имеющих форму прямого и эвольвентного геликоидов.

8. Разработаны, апробированы и внедрены в производство новые технические средства ложного кручения, реализующие предложенные способы формирования волокнистых продуктов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для теоретического исследования использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, дифференцииальной, аналитической и начертательной геометрии, методы теоретической механики, механики идеально гибкой нити и теории упругости.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования, тензометрического измерения натяжения и крутящего момента и их осциллографирования. Эксперименты проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием специальных стендов и современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена с применением методов математической статистики и ПЭВМ.

В производственных испытаниях применялись стандартные методы исследований.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- разработаны теоретические основы механизма взаимодействия текстильных материалов с неподвижными крутильными органами

в форме геликоидов;

- получена математическая модель поверхности неподвижного вьюрка геликоидной формы, вскрыты причины и описан процесс кручения продуктов прядения на его поверхности, найдены направления на поверхности вьюрка, при которых крутящий момент и крутка принимают экстремальные значения;

- найдены математические выражения для определения величины крутящего момента, возникающего в ленте при протаскивании ее через крутильные органы, имеющие форму прямого и эвольвентного геликоидов;

- на основании выполненных в работе аналитических и экспериментальных исследований получены математические и графические зависимости крутящего момента, возникающего в ленте, от конструктивных параметров НКО и свойств продукта;

- разработаны высокоэффективные способы и средства комплексного формирования и уплотнения ленты на чесальных, ленточных, прядильных машинах в льнопрядении и чесальной ленты - в производстве искусственного меха;

- предложено при конструировании НКО, имеющих форму геликоидов, использовать кинематический способ образования винтовых поверхностей как наиболее наглядный и удобный с практической точки зрения;

- проведена экспериментальная апробация полученных аналитических зависимостей в направлении качественного формирования волокнистых материалов, подтвердившая правильность результатов теоретических исследований и высокую эффективность разработанных способов и средств формирования продуктов прядения;

- новизна предложений подтверждена 2 авторскими свидетельствами на изобретения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных теоретических результатов для создания новых и совершенствования существующих технологий в льнопрядильном производстве и производстве искусственного меха.

Разработанные способы и технические средства формирования и уплотнения полуфабрикатов позволили повысить качество пряжи, ткани, искусственного меха.

Результаты работы могут быть использованы при создании но-

вых видов лентоформирующих устройств чесальных машин.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Промышленная реализация результатов работы выполнена в условиях Буторлинской льнопрядиль-но-ткацкой фабрики. Комплексное применение НКО ЭГ на чесальных машинах Ч-460-Л2 и НСВ - на кольцевых прядильных машинах сухого прядения льна ПС-ЮО-ЛО позволило улучшить качество полуфабрикатов и пряжи, значительно повысить выбивание костры и уменьшить обрывность.

Применение разработанных НКО на чесальных машинах БНР-24А в условиях Жлобинского ПТО "БелФА" позволило осуществить переработку смесей с большим содержанием отходов (возвратного волокна) .

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы по теме диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

- областных научно-технических конференциях "Научным разработкам - широкое внедрение в практику" (г. Иваново, 1988 г.), "Новые технические и технологические разработки и их внедрение в текстильной и легкой промышленности" (г. Иваново, 1989 г.);

- международных научно-технической конференциях "Актуальные проблемы техники и технологии переработки льна и производства льняных изделий" (г. Кострома, 1996 г.), "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (г. Иваново, 1997 г.);

- расширенном заседании технического Совета Жлобинского ПТО "БелФА" (1996 г.);

- заседании кафедры прядения Костромского государственного технологического университета (1998 г.);

- расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов Ивановской государственной текстильной академии (1998 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, представлены 8 печатными работами, в том числе защищены 2 авторскими свидетельствами на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит пять глав, изложенных на 210 страницах машинописного текста, приложений, 74 рисунков и 26 таблиц, список литературы из 109 наименований.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время в условиях кризиса текстильной промышленности особенно остро стоит вопрос рационального и экономного использования сырьевых ресурсов. Этот вопрос тесно связан с уровнем неровноты и обрывности полуфабрикатов и пряжи, а также качеством готовой продукции.

В прядильном производстве на полуфабрикаты в процессе переработки действуют силы натяжения, которые вызывают деформацию растяжения. Когда величина силы натяжения близка к прочности продукта, то в нем возникает неконтролируемая (скрытая) вытяжка, которая способствует образованию дополнительной неровноты и увеличению обрывности. Основной путь ее снижения - совершенствование формирующих устройств, а также упрочнение самих продуктов прядения и соответствующее изменение их структуры.

Так как в настоящее время основными видами затрат в прядильном производстве являются затраты на сырье и энергоносители, каждый процент, сбереженный на прядильной машине в результате снижения обрывности, позволяет снизить себестоимость пряжи на 0,7 %. А снижение уровня неровноты полуфабрикатов на чесальных, ленточных и других машинах также дает возможность снизить затраты на энергоносители в среднем на 0, 6 %. Эти мероприятия дают большой экономический эффект и являются одной из составных частей коммерческой деятельности предприятия.

Обрывность влияет на образование отходов производства и изменение такого показателя как выход пряжи из смеси. К примеру при переработке ровницы в пряжу в процессе прядения 75-80% всех полученных отходов зависит от обрывности пряжи на прядильных машинах [1]. Следовательно, с увеличением обрывности на прядильных машинах увеличивается и количество отходов в прядении и наоборот, снижение обрывности ведет к уменьшению количества отходов.

Одним из важнейших показателей качества пряжи и ее полуфабрикатов является равномерность их свойств: линейной плотности, структуры, крутки, прочности, удлинения и др. Чем более равномерна пряжа по свойствам, тем меньше обрывность в прядении, лучше использование в ткачестве и трикотажном производстве, выше качество изделий, выработанных из пряжи, выше произ-

водительность оборудования и труда.

Степень равномерности свойств пряжи принято оценивать не-ровнотой, то есть степенью отклонения того или иного свойства продукта от его среднего значения. Чем больше неровнота, тем хуже качественная характеристика продукта.

Значение технологического процесса получения ровницы для качества выпрядаемой пряжи и обрывности на прядильных машинах трудно переоценить. В ровничном цехе многие пороки и недостатки полуфабриката можно ликвидировать. Основные свойства, качественные показатели пряжи и ее обрывность в большой степени зависят от качества ровницы и. прежде всего ее ровноты. Это обьясня-ется тем, что на прядильных машинах, как правило, пороки ровницы и ее неровнота переходят в пряжу, вызывают ее повышенную обрывность и ухудшают ее качество. Ровница должна обладать определенной прочностью, обеспечивающей сматывание ее с катушки без обрыва и скрытой вытяжки на прядильной машине. Все составляющие ее волокна должны быть равномерно распределены на протяжении всей длины ровницы. Уплотнение ровницы имеет большое значение для снижения обрывности в прядении [2].

Обрывность оказывает свое влияние на весь ход технологического процесса, ухудшает качество пряжи и полуфабрикатов, чем выше обрывность, тем ниже их качество. Пороки пряжи, получаемые при обрывности и вследствии ликвидации ее, вызывают повышение обрывности на последующих переходах ее обработки.

Главным фактором снижения обрывности пряжи является совершенствование технологии подготовки полуфабрикатов и выработки пряжи.

Вопросы снижения обрывности и повышения качества пряжи неразделимы с неровнотой полуфабрикатов и пряжи, возникающей в процессе их формирования. Источники неров�