автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование процесса уплотнения хлопковой и хлопкольняной ленты вьюрками в форме псевдосферы

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ ХЛОПКОВОЙ И ХЛОПКОЛЬНЯНОЙ ЛЕНТЫ ВЬЮРКАМИ В ФОРМЕ ПСЕВДОСФЕРЫ

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных

материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Кистень Анатолий Анатольевич

Научный руководитель -кандидат технических наук

М.С.Губерман

Научный консультант -

доктор технических наук, профессор

Г.И.Чистобородов

Иваново 1999

- г -

ОГЛАВЛЕНИЕ

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ..'....................... 4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ .....................,.'................ 8

2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОС-НОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ПРОФИЛИРОВАНИЯ ВОРОНОК-ВЬЮРКОВ В ФОРМЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ ............................. 38

2.1. Разработка математической модели поверхности воронки-вьюрка ............................... 38

2.2. Аналитическое исследование поверхности воронок-вьюрков в форме псевдосферы .......... 45

. 2.3. Выражение уравнения расположения элементов

ложного кручения на поверхности воронки через

натуральный параметр ......................... 49

2.4. Выводы по главе ............................... 53

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛОКНИСТОЙ ЛЕНТЫ С ВЬЮРКАМИ В ФОРМЕ ПСЕВДОСФЕРЫ .. 56

3.1. Разработка методики экспериментального исследования усилия протаскивания ленты ...... 57

3.2. Исследование усилия протаскивания ленты при ее взаимодействии с вьюрком в форме псевдосферы.................................. 59

3.3. Разработка методики экспериментального исследования параметров скрученности ленты ... 68

3.4. Исследование скрученности ленты при ее взаимодействии с вьюрком в форме псевдосферы . 72

3.5. Выводы по главе.............................. 76

4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ ХЛОПКОВОЙ ЛЕНТЫ ВЬЮРКАМИ В ФОРМЕ ПСЕВДОСФЕРЫ ...... 78

4.1. Обоснование выбора объектов исследования и

контролируемых показателей ................... 78

4. 2. Особенности формирования ленты на ленточной машине модели 1547 (Германия) без вьюрков и с вьюрками ..................................... 81

4.3. Определение показателей качества хлопковой, ленты........................................ 88

4.4. Исследование показателей неравномерности по

линейной плотности ленты .....................

4.5. Нахождение показателей качества ровницы ...... 94

4.6. Анализ показателей качества гребенной пряжи .. 96

4.7. Выводы по главе .............................. 100

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ

ХЛОПКОЛЬНЯНОЙ ЛЕНТЫ ВЬЮРКАМИ В ФОРМЕ ПСЕВДОСФЕРЫ . . 101

5.1. Обоснование выбора объектов исследования и контролируемых параметров .................... 101

5.2. Исследование показателей качества хлопкольняной ленты .......................... 103

5.3. Нахождение показателей качества ровницы ...... 105

5. 4. Определение показателей качества хлопкольняной

пряжи......................,.................. 109

5. 5. Выводы по главе ................,....•......... 118

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ........'.................. 119

ЛИТЕРАТУРА ........................................... 121

ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................... 130

П.1. Технологические режимы работы машин при выработке хлопковой гребенной пряжи Т=Г0, 8 текс на ОАО "Глуховский текстиль" ..... 130

П.2. Технологические режимы работы машин при выработке хлопкольняной пряжи Т=34,0 текс на ОАО "Глуховский текстиль" ................. 139

П.З. Акты внедрений технических и технологических

решений ..................................... 146

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Требования современного потребительского рынка ставят перед предприятиями текстильной и легкой промышленности задачи разработки и производства качественно новой и конкурентоспособной продукции. Основой для выполнения этих задач в прядильном производстве является широкое внедрение научно-технических достижений, направленных на повышение эффективности технологических процессов с целью выпуска высококачественной пряжи.

К качеству пряжи для выработки тканей специального назначения предъявляются повышенные требования по свойствам прочности и равномерности по .толщине. Любая обрывность полуфабриката недопустима.

Многими научными исследованиями доказано, что качество пряжи, в первую очередь, зависит от нормализации процесса формирования равномерного по толщине, однородного по составу потока (ленты) из волокон, ориентированных вдоль оси ленты.

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что для нормализации и повышения технологической эффективности процесса уплотнения и формирования ленты перспективным направлением является использование воронок-вьюрков. Однако теоретического и экспериментального обоснования принципа их действия ни кем не проводилось.

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке теории, созданию и внедрению в производство высокоэффективных способов и средств уплотнения ленты, что позволяет существенно повысить качество пряжи и вырабатываемой из нее ткани.

Работа выполнена в соответствии с планом совершенствования технологических процессов прядильного производства в.рамках общероссийских межвузовских научно-технических программ "Текстиль России" и "Ресурсосберегающие технологии в легкой промышленности".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и внедрение в производство технологических и технических решений, направленных на совершенствование процесса уплотнения ленты с помощью воронок-вьюрков и позволяющих повысить эффективность производства высококачественной пряжи.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

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

2. Разработаны математические методы профилирования неподвижных крутильных органов в форме поверхностей вращения.

3. Получена и исследована математическая модель поверхности воронки-вьюрка в форме псевдосферы.

4. Разработаны методы экспериментального исследования изменения свойств ленты, проходящей через уплотнители различной формы.

5. Разработаны, апробированы и внедрены в производство новые спосо-бы ■ и технические средства■■ формирования волокнистых продуктов на основе использования эффекта ложной скрученности.

Объекты и методы исследования. Объектами исследований являлись продукты прядильного производства - лента, ровница и пряжа из волокон хлопка и хлопкольняных волокон гребенной и кардной систем прядения.

При теоретических исследованиях использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчислений, дифферен-цииальной, аналитической и начертательной геометрии, методы теоретической механики, механики нити и теории упругости.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования и тензометрического осциллог-рафирования. Эксперименты проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры и специально разработанных стендов. Обработка экспериментальных данных выполнена с применением методов математической статистики на ПЭВМ.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

- разработаны научные основы для создания и профилирования неподвижных крутильных органов в форме поверхностей вращения, связанные с теоретическим обоснованием формы их рабочих поверхностей;

- получено уравнение винтовой линии с постоянным углом подъема, которое описывает расположение элементов ложного кручения для уплотнителей в форме поверхностей вращения;

- разработана математическая модель и метод расчета по-

верхности воронки-вьюрка в форме псевдосферы;

- предложены методики и приборное обеспечение для определения усилия протаскивания ленты через уплотнитель и параметров скрученности ленты; .

- разработаны ,• высокоэффективные способы и технические средства уплотнения и формирования хлопковой и хлопкольняной ленты;

- приведены новые экспериментальные данные практической апробации предлагаемых научных разработок.

Практическая ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных теоретических и экспериментальных результатов для создания новых и совершенствования существующих технологических процессов формирования волокнистых полуфабрикатов в прядильном производстве.

Новые способы и технические средства формирования и уплотнения ленты позволили существенно повысить качество формируемой ленты, ровницы и пряжи и значительно снизить уровень их обрывности в технологических процессах.

Результаты работы могут быть использованы конструкторами при создании новых видов лентоформирующих устройств ленточных машин, студентами и магистрантами в учебном процессе в курсах "Прядение", "Проектирование текстильных машин", курсовом и дипломном проектировании и написании магистерских диссертаций.

Реализация результатов работы. Промышленная реализация результатов работы осуществлена на ОАО "Глуховский текстиль" (г. Ногинск, Московская область). Применение новых технических средств ложного кручения в зонах выпуска ленточных машин модели 1547 фирмы "Шпиннераймашиненбау" (Германия) позволило повысить качество ленты и пряжи за счет улучшения их структурных показателей. Кроме этого, за счет уменьшения обрывности пряжи в процессах прядения и ткачества значительно увеличилась эффективность использования сырьевых ресурсов.

Применение нового способа и технических средств формирования ленты позволило осуществить выработку пряжи малой линейной плотности из волокон хлопка и пряжи из смеси хлопка с котонизированным льняным волокном на хлопкопрядильном оборудовании.

Экономический эффект, полученный при выработке тканей с улучшенными показателями качества и новыми потребительскими

свойствами, составил за 1998 год 820,6 тыс.руб.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и получили положительную оценку на:

- международных, научно-технических конференциях "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (г. Иваново, 1998 г.), "Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях" (г. Кострома, 1998 г.); "Новые ресурсосберегающие технологии и улучшение экологической обстановки в легкой промышленности и машиностроении" (г. Витебск, 1998 г.); "Современные технологии и оборудование текстильной-промышленности" (г. Москва, 1998 г.);

- научно-техническом совете ОАО "Глуховский текстиль" (г. Ногинск Московской области, 1998 г.);

- расширенном заседании кафедры начертательной геометрии и черчения Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 1999 г.).

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, опубликованы в восьми статьях и работах во всероссийских и международных научных журналах, сборниках научных трудов и других изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из пяти глав, имеет выводы и рекомендации, список литературы, включающий 110 наименований, и приложения. Текст работы изложен на 147 страницах, включая 47 рисунков и 15 таблиц.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время на многих предприятиях текстильной промышленности сложилась тяжелая ситуация с обеспечением хлопковым волокном в необходимом для непрерывной работы объеме. По статистике ЦНИХБИ к 1995 году поступление хлопкового сырья сократилось -с 1 млн.т до 420 тыс. т в год. Из-за отсутствия сырья остановились текстильные предприятия центральной России и других регионов. В этих условиях необходим поиск дополнительных сырьевых источников. На текстильных предприятиях все более активизируется работа по привлечению низкосортного льняного сырья в качестве дополнительного сырьевого источника для хлопчатобумажной промышленности. Как показывают исследования, это не только позволяет расширить ассортимент выпускаемой продукции, но и улучшить ее конкурентоспособность и потребительские свойства. По опыту переработки хлопко-льняной смеси на различных предприятиях был сделан вывод, что смесовая пряжа имеет большую прочность по сравнению с такой же пряжей из чистого хлопка. Увеличение прочности можно объяснить большей (на 25-30%) прочностью льняного волокна.

Кроме того, по прежнему остро стоит вопрос рационального и экономного использования сырьевых ресурсов. Рациональное использование сырья, грамотная переработка отходов и совершенствование технологических процессов, позволяет решить вопросы по снижению потерь сырья и повышению качества продукции.

В прядильном производстве основным видом затрат является стоимость сырья, которая составляет 87 - 94 % себестоимости пряжи. Поэтому 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.

Неровнота и обрывность тесно взаимосвязаны и являются одной из важнейших проблем в прядении. Их уровень дает общее представление о качестве и экономичности технологического про-

цесса, является контролируемым и достаточно информативным параметром. Так как источники неровноты имеются на всем протяжении технологического процесса получения пряжи, это вызывает повышенную обрывность на последующих переходах и как следствие снижение качества продукции [1 - 3].

Поэтому снижение уровня обрывности дает повышение производительности труда и оборудования, уменьшение количества отходов производства и улучшение качества готовой продукции.

Главным фактором снижения обрывности пряжи является совершенствование технологии подготовки полуфабрикатов и выработки пряжи, которого можно добиться путем постоянной и планомерной работы по улучшению технического уровня оборудования.

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.

Качество полуфабриката можно увеличить путем совершенствования и улучшения процессов смешивания, выравнивания, уплотнения, вытягивания.

В основном, качество продукта зависит от процесса вытягивания (работы вытяжных приборов), процесса формирования (работы формирующих органов) и условий подачи его в зону обработки (работы направляющих и транспортирующих органов) [4].

Теории процесса вытягивания посвящено множество научных работ отечественных и иностранных ученых, но наиболее полно и глубоко разработан этот вопрос отечественными учеными.

Среди теоретических работ, посвященных вопросам вытягивания, большой интерес представляют труды В. Е.Зотикова, В.А.Ворошилова, И. В. Будникова, А. П. Ракова, Н.Т.Павлова, Н. М. Белицына, Л.Н.Гинзбурга, В.Е. Лодеровского, М.Н. Сломинцева и др. [5 - 12].

Следует отметить, что во всех работах, посвященных вопросам вытягивания, подчеркивается значение сил трения между волокнами в поле вытягивания, обуславливающих движение "плавающих" волокон между вытяжными парами и момент перехода с одной скорости на другую. От того, как будут двигаться волокна и в каком месте они перейдут на скорость вытяжной пары, будет зависеть взаимное расположение волокон в выходящем продукте и, следовательно, неровнота его.

В настоящее время для контроля "плавающих" волокон в вытяжных приборах стали использовать различные уплотняющие приспособления [13 - 20]. Назначение всех вводимых устройств состоит в придании вытягиваемому продукту большей компактности. Волокна при этом сближаются, и в зоне вытягивания создаются довольно значительные дополнительные силы трения. Вытягивание такого продукта протекает более закономерно. Но все эти введения усложняют и удорожают машину, а также затрудняют ее обслуживание [20].

Наряду с усовершенствованием вытяжных приборов, необходимо коренное улучшение процесса формирования ленты. Нужны такие формирующие .органы, которые позволили бы создать довольно надежное внутреннее поле сил трения, которое в зонах вытяжного прибора, не охваченных контролем других органов, играло бы свою положительную роль.

Важнейшей стороной процесса вытягивания является распрямление волокон. Влияние распрямленности волокон в процессе вытягивания на неровноту ленты и пряжи обосновано теоретически и экспериментально в работах А.Г.Севостьянова [21, 22], А.В.Те-рюшнова [23, 24], Б.М.Владимирова [25]. Работы профессора В.Е.Зотикова показали, что разная и неполная распрямленность волокон продукта, подвергающегося вытягиванию, является одной из причин образования неровноты продукта после вытягивания. П�