автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование процессов формирования и вытягивания ровницы коническими винтовыми уплотнителями

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

/\/ " О У/*

Никифорова Елена Николаевна

На правах рукописи

.1

о

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫТЯГИВАНИЯ РОВНИЦЫ КОНИЧЕСКИМИ ВИНТОВЫМИ УПЛОТНИТЕЛЯМИ

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

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

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

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С КОНИЧЕСКИМИ ВИНТОВЫМИ УПЛОТНИТЕЛЯМИ ..................................... 48

2.1. Исследование скрученности ровницы при ее винтовом движении по коническому стержню ..... 48

2.2. Анализ влияния параметров конических

винтовых уплотнителей на крутку ровницы ...... 67

2. 3. Определение натяжения ровницы при прохождении

ее через конический винтовой уплотнитель ..... 84

2.4. Выводы по главе.............................. 87

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С КОНИЧЕСКИМИ ВИНТОВЫМИ УПЛОТНИТЕЛЯМИ ..................................... 88

3.1. Разработка методики экспериментальных исследований параметров скрученности ровницы . 88

3.2. Исследование скрученности ленты и ровницы при их взаимодействии с коническими винтовыми уплотнителями ................................ 95

3.3. Сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований крутки ровницы ............................... 109

3.4. Разработка методики экспериментального исследования натяжения ровницы ............... 109

3.5. Исследование натяжения ровницы при прохождении

ее по поверхности конического уплотнителя ____ 114

3.6. Сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований натяжения ровницы ............................ 118

3.7. Выводы по главе.........................................121

4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ

РОВНИЦЫ КОНИЧЕСКИМИ ВИНТОВЫМИ УПЛОТНИТЕЛЯМИ ....... 122

4.1. Обоснование выбора объектов исследования ..... 122

4.2. Формирование сученой ровницы на ровничной

машине модели SSK/11 (Италия) ................ 125

4.3. Исследование показателей качества ровницы и ровничной паковки ............................ 131

4.4. Исследование показателей неравномерности по линейной плотности ровницы ................... 137

4.5. Анализ показателей качества гребенной пряжи .. 138

4.6. Расчет экономической эффективности от внедрения научных разработок ................. 143

4.7. Выводы по главе .............................. 146

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫТЯГИВАНИЯ

РОВНИЦЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ В ВЫТЯЖНОМ ПРИБОРЕ

КОНИЧЕСКИХ ВИНТОВЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ .................. 147

5.1. Обоснование выбора объектов исследования ..... 147

5.2. Вытягивание льняной ровницы на прядильных машинах мокрого прядения ..................... 148

5.3. Вытягивание ровницы на прядильной машине ПМ-114-Л1 (Россия) ........................... 152

5.4. Исследование показателей неравномерности по линейной плотности пряжи ..................... 157

5.5. Определение показателей качества пряжи ....... 161

5.6. Выводы по главе .............................. 163

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.......................... 164

ЛИТЕРАТУРА........................................... 166

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................... 176

П. 1. Технологические карты машин для выработки пряжи Т=130 текс 00 на ОАО "Пучежский льнокомбинат" ................................ 176

П.2. Акт промышленного внедрения .................. 193

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для повышения конкурентноспособности конечной продукции и удовлетворения потребительского рынка разнообразными товарами необходимо постоянное внедрение научно-технических достижений, направленных на повышение качества изделий текстильной и легкой промышленности. Решение этой важной задачи во многом определяется достижением высокой эффективности технологических процессов прядильного производства для выпуска высококачественной пряжи.

Производство пряжи является сложным и непрерывным этапом, где для переработки волокон в пряжу использованы различные физические явления в большом числе взаимосвязанных технологических процессов. Многими научными исследованиями показано, что качество пряжи, прежде всего, связано с нормализацией процесса вытягивания (работой вытяжных приборов) и процесса формирования (работой формирующих органов).

Эффективным решением совершенствования и нормализации этих процессов является использование неподвижных крутильных органов в вытяжных приборах прядильных машин и выпускных зонах ровничных машин с сучильными рукавами.

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке теории, созданию и внедрению в производство высокоэффективных способов и средств формирования и вытягивания ровницы.

Работа выполнена в соответствии с планом совершенствования технологических процессов прядильного производства в рамках общероссийской межвузовской научно-технической программы "Текстиль России".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и внедрение в производство технологических и технических решений, направленных на совершенствование процессов формирования ровницы и пряжи в шерстопрядильном и льнопрядильном производствах с помощью конических винтовых уплотнителей.

При реализации поставленной цели решены следующие основные задачи:

1. Предложены новые способы и технические средства уплотнения волокнистых продуктов.

2. Получена и исследована математическая модель поверхности неподвижного крутильного органа в форме конического стержня с винтовой канавкой, выполненной с постоянным шагом.

3. Определена аналитическая взаимосвязь крутки волокнистого продукта в зависимости от конструктивных параметров вьюрка и других свойств продукта.

4. Разработаны методики экспериментальных исследований параметров скрученности и натяжения ровницы при ее движении по поверхности конического винтового уплотнителя.

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 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 теоретические основы механизма взаимодействия ровницы с поверхностью неподвижных крутильных органов в форме конического стержня с винтовой канавкой, выполненной с постоянным шагом;

- получено выражение для определения крутки, возникающей в ровнице при ее винтовом движении по поверхности конического винтового уплотнителя;

- разработаны высокоэффективные способы и технические средства уплотнения сученой ровницы в шерстопрядильном производстве и формирования пряжи мокрого способа прядения в льнопрядильном производстве;

- приведены новые экспериментальные данные практической апробации предлагаемых научных разработок.

Практическая ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных теоретических результатов для создания новых и совершенствования существующих технологи-

ческих процессов в шерстопрядильном и льнопрядильном производствах.

Новые способы и технические средства формирования и уплотнения продуктов прядения позволили существенно повысить качество ровницы и пряжи.

Новые уплотнительные устройства могут быть использованы конструкторами при совершенствовании вытяжных приборов для кольцевых прядильных машин, производственниками для модернизации формирующих устройств в зоне выпуска ровничных машин, студентами и магистрами в учебном процессе в курсах "Прядение", проектирование текстильных машин, курсовом и дипломном проектировании.

Реализация результатов работы. Промышленная реализация результатов работы осуществлена на Московской камвольно-прядиль-ной фабрики им.М.И.Калинина. Применение нового способа и технических средств формирования сученой ровницы в шерстопрядильном производстве на ровничных машинах модели БЭК/И фирмы "Сант-Андреа Новара" (Италия) доказало эффективность разработанных устройств и позволило повысить объемную плотность намотки ровницы на паковку, снизить неровноту ровницы и пряжи по основным свойствам, уменьшить обрывность пряжи в прядении.

Использование новых технических средств ложного кручения в вытяжных приборах кольцевых прядильных машин мокрого прядения льна ПМ-114-Л1 (Россия) на ОАО "Пучежский льнокомбинат" (Ивановская область) позволило нормализовать технологический процесс вытягивания, снизить неровноту пряжи по основным свойствам и уменьшить ее обрывность.

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

- 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, 1996 г., 1997 г.), "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.);

- межкафедральном научно-техническом семинаре Костромского государственного технологического университета (г. Кострома, 1996 г.);

- расширенном заседании кафедры начертательной геометрии и черчения Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 1998 г.).

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, опубликованы в 17 статьях и работах во всероссийских и международных научных журналах, сборниках научных трудов и других изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит пять глав, выводы и рекомендации, список литературы и приложения. Она изложена на 197 страницах машинописного текста, включая 68 рисунков и 34 таблицы, список литературы из 121 наименования.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Повышение качества выпускаемой продукции и эффективности производства в текстильной промышленности тесно связано с совершенствованием технологических процессов, в том числе со снижением уровня неровноты и обрывности полуфабрикатов и пряжи.

В прядильном производстве полуфабрикаты при своем формировании транспортируются по различным деталям машин. Они проходят длинные расстояния от питания до вытяжных приборов, а затем до паковок, огибают разнообразные направляющие, проходят по разным поверхностям и под действием сил натяжения подвергаются растяжению. Вследствие этого появляется 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.

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 производительность оборудования и труда.

Неровнота и обрывность тесно взаимосвязаны и являются одной из важнейших проблем в прядении. Их уровень дает общее представление о качестве и экономичности технологичечского процесса, является контролируемым и достаточно информативным параметром. Вопросы снижения обрывности и повышения качества пряжи неразделимы с неровнотой полуфабрикатов и пряжи, возникающей в процессе их формирования. Источники неровноты имеются на всем протяжении технологического процесса получения пряжи, это вызывает снижение качества продукции и повышенную обрывность на последующих переходах [1 - 3].

Главным фактором снижения обрывности пряжи является совершенствование технологии подготовки полуфабрикатов и выработки пряжи. В основном, качество продукта зависит от процесса вытягивания (работы вытяжных приборов), процесса формирования (ра-

боты формирующих органов) и условий подачи его в зону обработки (работы направляющих и транспортирующих органов) [4].

Наиболее современное теоретическое и практическое решение многих вопросов процесса вытягивания представлено в работах 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].

Ими сделано обоснование разводок и частных вытяжек, выявлено значение крутки в процессе вытягивания, определены общие законы движения контролируемых волокон, проведен расчет полей сил трения, создаваемых вытяжными парами, установлены причины неровноты от вытягивания и способы ее определения и устранения.

Во всех работах, посвященных вопросам вытягивания, особо 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 используются 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.

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.

Благоприятным является также и совместное влияние внутренних и дополнительных полей сил трения. При этом устраняется возможность групповых сдвигов волокон, вызывающих неровноту ленты.

Важнейшей стороной процесса вытягивания является распрямление волокон. Влияние распрямленности волокон в процессе вытя-

гивания 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. Поэтому целесообразно получить возможно более высокую распрямленность волокна на ранней стадии его обработки.

Повысить распрямленность волокон в ленте возможно не только в процессе вытягивания, но и в процессе ее формирования, например, при пропускании продукта через круглое отверстие [26] или воронку. Здесь распрямленность достигается за счет вытяжки первого рода. Широкое распространение в прядении получили уплотнители ленты и ровницы [27 - 30], которые используются с целью уменьшения скрытой вытяжки, снижения неровноты и обрывности в прядении.

Вопросу исследования неровноты ленты с чесальных, гребнечесальных и ленточных машин, анализу работы органов формирования ленты и ее выравниванию посвящены работы [28, 31 - 40]. В этих работах установлено, что

- формирующие органы машин существенно влияют на структуру ровноты ленты;

- процесс вытягивания проходит тем лучше, чем лучше структурное строение ленты;

- кроме ровноты ленты, - особенно важное значение имеет ее прочность.

Задачей уплотнения является снижение неровноты полуфабрикатов и пряжи, возникающей в процессе их формирования и придания вытягиваемому продукту компактной формы. Уплотнение продукта частично сглаживает разницу в движении волокон различных длин, что увеличивает закономерность процесса вытягивания. Кроме этого снижается пуховыделение и повышается коэффициент использования прочности волокон в прочности пряжи.

Как известно, необходимое уплотнение волокнистого продукта можно получить следующими основными