автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии подготовки ленты из натуральных и искусственных волокон с учетом их эластичных свойств

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕЛ\У ОБРАЗОВАНИЮ

ч • от

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

РГБ ОА

1 3 ? ' ,.А 1ЬГЧ'8 Па правах рукописи, //

ЦЕЛОВАЛЬНИКОВА Надежда Валентиновна уу^'

УДК 677.071.74:677.017.427

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ЛЕНТЫ ИЗ НАТУРАЛЬНЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ волокон С УЧЕТОМ ИХ ЭЛАСТИЧНЫХ СВОЙСТВ

Специальность 05.19.03 — Технология текстильных материалов

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1 ООП

Работа выполнена на кафедре прядения Ивановской государственной текстильной академии.

11 а у ч н ы й р у к о в о д н т с л ь —■

кандидат технических наук, доцент Г. И. Чистобородов.

Официальные оппонент ы:

доктор технических наук, профессор В. Д. Фролов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник В. С. Соков.

Ведущее н р е д п р и я т и е —

Акционерное общество открытого типа Ивановский камвольный комбинат г. Иваново.

Защита состоится « . Ф. » . . ММЗЦЯ . . . 1990 г.

в У/, 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 академии.

Автореферат разослан . .МО.А . . . 1990 г.

Ученый секретарь диссертационного сонета

Н. Л. КУЛИДЛ

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа направлена на решение актуальной задачи получения ровного продукта, ликвидации обрывности и повышение производительности оборудования.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по совершенствованию технологии формирования ленты в зонах выпуска чесальных машин и зонах питания кругловязальных машин.

Разработаны и внедрены в производство лентоформирующие органы для чесального оборудования и устройства для упрочнения ленты на кругловязальных машинах.

Автор защищает:

1. Результаты теоретического исследования силового взаимодействия эластичного продукта при протаскивании его в зазор между стержнями.

2. Условия проскальзывания ленты вдоль стержня.

3. Формулу крутящего момента, возникающего в эластичной ленте, при протаскивании ее через спиральный вьюрок.

4. Методику расчета и определения параметров спирального вьюрка в зависимости от параметров волокнистого материала.

5.' Методику экспериментального определения крутящего момента в ленте, протаскиваемой через спиральный вьюрок.

6. Результаты аналитического и экспериментального исследования влияния параметров разработанных спиральных вьюрков на физико-механические показатели волокнистого материала.

■ 7. Устройства для формирования волокнистого материала и результаты производственных исследований.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Важнейшая задача, поставленная перед легкой промышленностью России, заключается в повышении качества и расширении ассортимента товаров народного потребления. Основой для выполнения этой задачи является внедрение в производство нового ресурсосберегающего оборудования, прогрессивных технологических процессов, автоматизированных систем управления технологическими процессами, реализации изобретений и патентов. Поставленные задачи требуют поисков резервов повышения производительности .труда и качества выпускаемой продукции.

Анализ современной техники и технологии текстильного производства позволяет сделать вывод, что ряд проблем еще не полностью решен, в частности, проблема получения ровного продукта и снижения обрывности в процессе производства.

'Одним из путей решения этой проблемы является совершенствование процесса формирования волокнистых материалов.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью диссертационной работы является проведение теоретических и экспериментальных иссле^о^^ ваний с последующим усовершенствованием процесса формированияV на чесальных машинах в шерстопрядении и кругловязальных машинах в производстве искусственного меха.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следую-' щие задачи:

1. Аналитический обзор и анализ отечественных и зарубежных литературных источников, относящихся к теме исследования.

2. Теоретическое и экспериментальное исследование взаимодействия эластичного продукта с цилиндрическими стержнями.

3. Аналитическое определение силы нормального давления, возникающей в продукте при обжатии его круглым стержнем и ее положения.

4. Получение математической зависимости крутящего момента, возникающего в продукте с учетом его эластичных свойств от параметров неподвижного спирального вьюрка (НСВ).

5. Аналитическое описание зависимости между крутящим моментом и натяжением продукта.

6. Разработка экспериментального устройства для определения -крутящего момента в продукте, движущегося через НСВ.

7. Разработка НСВ для формирования ленты на чесальных и кругловязальных машинах.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, теоретической механики, механики нити, теории кручения нити, технологии прядения, методов проектирования текстильных машин, теории оптимизации, вычислительной математики. Экспериментальные исследования проводились с использованием тензометри-

ческих способов измерений, а обработка результатов"эксперимента и расчеты по полученным математическим выражениям выполнены на ЭВМ. Погрешности прямых и косвенных измерений вычислены с использованием методов математической статистики и теории погрешностей.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна работы состоит в теоретическом исследовании процесса взаимодействия продуктов прядения с учетом их эластичных свойств с неподвижными спиральными вьюрками. Получены математические зависимости влияния параметров неподвижных спиральных вьюрков на величину крутящего момента, возникающего в волокнистом материале. Разработан способ формирования чесальной ленты на чесальных машинах в шерстопрядении и способ упрочнения чесальной ленты на кругловязальных машинах в производстве искусственного меха.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Все полученные в работе результаты могут быть непосредственно использованы научными работниками и разработчиками нового чесального и вязального оборудования и инженерами-технологами в производстве. На основе полученных результатов могут быть созданы новые лентоформирующие органы чесальных и вязальных машин.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы внедрены в производство. Применение спиральных вьюрков на чесальных машинах ЧТ-21-Ш в условиях Павлово-Посадского камвольного комбината позволило улучшить физико-механические показатели полуфабрикатов, уменьшить обрывность пряжи.

Применение спиральных вьюрков на кругловязальных машинах в условиях Жлобинского ПТО " БелФА" позволило улучшить физико-механические показатели искусственного меха.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на:

- международной научно-технической конференции " Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности", Иваново, 1995 г.

- заседаниях кафедры прядения Ивановской государственной текстильной академии в 1995, 1996 гг.

- на расширенном заседании технического Совета Жлобинского ПТО "Белфа" в 1995 г.,

'- на расширенном заседании кафедры прядения ИГТА.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из пяти глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Она включает 146 страниц машинописного текста, 2 приложения, 37 оисунков, И таблиц, список литературы из 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе рассматриваются причины возникновения не-ровноты продуктов прядения и способы их устранения.

Повышенная неровнота полуфабрикатов и пряжи нарушает нормальное протекание технологического процесса, снижает прочностные характеристики пряжи и увеличивает ее обрывность, что приводит к снижению производительности труда и ухудшению качества пряжи.

Качество продуктов прядения зависит как от процесса вытягивания, так и от процесса его формирования.

Без коренного улучшения процесса формирования ленты невозможно получить максимально равномерный продукт прядения высокого качества.

Вопросам уплотнения продукта посвящены работы П.Д.Балясо-ва, И.С.Розенсона, А.П.Ракова, З.М.Ершовой, Ю.В.Павлова и других.- Задача уплотнителя заключается в придании вытягиваемому продукту компактной формы, От конструкции и формы уплотнителя, от места его установки и от степени уплотнения продукта зависит длина, напряжение и форма поля сил трения.

Наиболее эффективным средством уплотнения продуктов прядения является крутка. Сущность процесса кручения заключается в том, что сравнительно короткие волокна приобретают' такое взаимное расположение, которое способствует значительному уплотнению и упрочению продукта, придает ему упругие свойства и сообщает качества, необходимые при его последующей переработке.

В.И.Соколов ввел понятие действительной и ложной крутки, дал их определение и отличительные особенности.

Ложная крутка возникает в результате контакта продуктов прядения с поверхностями различных направляющих органов машин кручением продукта вокруг собственной оси, несопровождаемом относительными поворотами концевых поперечных сечений продукта. Для этого закручивающий момент должен быть приложен на участке между концами продукта.

Понятие ложная крутка можно считать условным, т.к. крутка, которую при этом получают отдельные участки продукта, является для них действительной и вызывает в них ту же деформацию, что и действительная крутка. Отличие между ними заключается только в механизме их возникновения и устранения.

Совершенствуя процесс формирования ленты на чесальных машинах в шерстопрядении и на вязальных машинах в производстве искусственного меха, применяя эффект ложной крутки, наблюдается улучшение технологического процесса, что позволяет успешно решать задачи рационального использования сырья и уменьшения отходов производства.

Исходя из анализа всех рассмотренных конструкций был еде--лан вывод о целесообразности разработки и создания новой конструкции устройств для формирования полуфабриката с учетом его эластичных свойств.

Во втором разделе приведены теоретические исследования процесса формирования продуктов прядения с учетом их эластичных свойств неподвижными спиральными вьюрками.

Гипотеза линейности между относительным сжатием г и напряжением б, возникающим в продукте прядения заменена соотношением

бт = Е е ,

учитывающим эластичные свойства продукта при больших деформациях и продолжительном воздействии сил сжатия. Здесь Е - коэффициент пропорциональности, а ш - коэффициент, учитывающий эластичные свойства ленты (ш= 0,6 + 1).

Установлено, что уплотнение и упрочнение ленты, протаскиваемой через НСВ обусловлено двумя одновременно действующими факторами.

Первый фактор обусловлен протаскиванием ленты через рабочий канал НСВ меньшего диаметра по сравнению с диаметром входящей подкрученной ленты. Стержнями НСВ осуществляется сжатие ленты, благодаря чему происходит интенсивное сближение волокон, и, следовательно, повышается плотность и прочность ленты. Сила сжатия определяется из уравнения

р = ь-г(т+г)

Е •1/т

1)/т[ — ) Кгып)

И

где К'и.т) собг - собп )1/ш с!* . О

Ь - длина винтовой оси вьюрка; г - радиус стержня, из которого изготовлен НСВ; Е - коэффициент пропорциональности; П- угол контакта продукта со стержнем,

0Н- диаметр продукта.

Второй фактор обусловлен уплотнением ленты витками ложной крутки, создаваемой НСВ.

На рис. 1 представлена расчетная схема для вычисления крутящего момента.

Величина крутящего момента, вызывающая ложную крутку волокнистого материала при протаскивании его через НСВ, определяется по формуле

М,

кр -

лОсЬ Ес1 - 1/т 4 ^ 20н

(Б - сЬсозХс) I (VI ,т)созо((зтХс,51пос - ^соб«),

где Б - средний диаметр НСВ;

й - диаметр стержня спирали;

л - угол подъема витков;

Яс- угловая координата, определяющая положение силы сжатия.

Рис.1. Расчетная схема к вычислению крутящего момента

По полученным формулам произведены расчеты на ЭВМ зависимости крутящего момента МКр от параметров неподвижного спирального вьюрка и построены графики рис.2,3,4,5.

Найдена также зависимость между крутящим моментом, возникающим в ленте и ее натяжением - важнейшим технологическим параметром

1?Пр = 1/2 (Б - с)-005X0).

Третий раздел включает описание методики и средств для проведения экспериментальных исследований крутящего момента.

Метод определения крутящего момента заключается в том, что измеряют Мвр, вращающий вьюрок, по которому судят о крутящем моменте МКр, вызывающем ложную крутку волокнистого материала. Для спиральных вьюрков имеется зависимость:

На разработанной установке испытывали ленту, полученную на чесальных машинах ЧТ-21-Ш, и ленту с чесальных машин БНР-24А. Линейная.плотность чесальной ленты 15,5 и 13,5 ктекс.

В процессе эксперимента параметры спирального вьюрка варьировались. Ввиду того, что менялись параметры спирального вьюрка, соответственно менялся крутящий момент в ленте. По результатам испытаний спиральных вьюрков с различными значениями их параметров построены графики рис. 6, 7. Из анализа графиков видно, что экспериментальные зависимости крутящего момента от различных параметров спирального вьюрка аналогичны расчетным зависимостям, что подтверждает правильность сделанных нами теоретических выводов.

Г

где Т = Т2 - Т1,

14 - натяжение во входящем конце ленте; Т2 - натяжение в выходящем конце ленте; 1?пр - радиус продукта;

МКр = МВр-соз2а.

40 45 60 55 60 65 70 75 80

а, град

Рио.2. График расчетной зависимости крутящего момента от угла подъема витков а при различных углах контакта у (1=0.34, Тл=13.5 хтекс)

М1р.10~б Ни Рв=10, Р=1В, у =11?

¿Вп-[-Р1г=10. Р=16,7=12У 440

Рд=12Д)=20, 7=9Г Рв=14, Р=22,7=ВЗГ

40 45 50 55 60 65 70 75 80

а, град

Рис.3. График зависимости крутящего момента от угла

подъема вигкоаа при различных углах контакта у ({£0.3, =15.5 ктежб)

Рис.4.График зависимости крутящего момента от угла контакта 7 при различных углах подъема а (Г=0.34, Тп=13.5 ктекс)

Рис.5.График зависимости крутящего момента от угла

контакта у при различных углах подъема витков а (!=0.3, Тп=15.5 ктекс)

Рв=14, 13=22,7=03 Ри=14, Р=22,7а83'

я, град

О 40 45 50 66 вО 65 70 75 80 Рис.в. Сравнение экспериментальных и расчетных эначений крутящего момента при /=0.3

280 220 1В0 140 100

20

ИЕр.10~бНм

N Пп =10 1Ы В =вяг-

// \ 1 1 ЧВН=Ю. Б=1В ,Г=8У

/ -К"» (ч

Л

а, град

О 40 45 50 55 60 66 70 75 60

Рис.7. Сравнение экспериментальных и расчетных значений крутящего момента при /=0.34

В четвертом разделе рассматриваются факторы, отрицательно влияющие на технологический процесс формирования чесальной ленты на машинах ЧТ-21-Ш.

Из анализа причин возникновения неровноты, скрытой вытяжки, обрывности чесальной ленты, сделан вывод о необходимости модернизации выпускной зоны чесальных машин ЧТ-21-Ш.

Руководствуясь экспериментальными данными третьей главы, созданы оригинальные конструкции лентоформирующих органов. Предложенный способ формирования ленты обеспечивает получение ленты более однородной структуры.

Приведены результаты исследований прочности ленты при различной крутке, определена оптимальная крутка (число кручений) в зоне формирования ленты на чесальных машинах ЧТ-21-111.

Приводятся результаты производственных испытаний после внедрения лентоформирующих органов на чесальных машинах,' которые показали, что после внедрения увеличивается разрывная нагрузка ленты на 247., снижается коэффициент вариации по массе коротких отрезков на приборе АТЛ-2Ш на 17,5%, ликвидируется обрывность на чесальных машинах.

В пятом разделе рассматриваются производственные исследования, где используются условия, приближенные к нелинейной теории упругости. Результаты обстоятельного изучения влияния процесса уплотнения полуфабриката, скорость подачи, время воздействия спирального вьюрка на физико-механические показатели полуфабриката и готовых изделий.

Если в четвертом разделе учитывали число кручений, получаемых полуфабрикатом до наматывания в клубок и влияние числа кручений на физико-механические показатели.полуфабриката, то в данном разделе автор рассматривает не только первую зону, где осуществляется влияние ложной крутки, но и вторую зону, где происходит сдавливание продукта стенками спирального вьюрка.

Определены соответствие длины ленты, подаваемой за один оборот игольного цилиндра и параметры вьюрка, чтобы в процессе формирования и подачи полуфабриката в микрочесальный аппарат имели место условия, приближенные к нелинейной теории.

Для кругловязальных машин НР-8Д-2 разработаны спиральные вьюрки, которые устанавливаются перед приемными валиками микрочесального аппарата. Они обеспечивают упрочнение чесальной лен-

Ты на 30%, ликвидируют обрывность, тем самым препятствуют возникновению различных дефектов ворса: поперечной полосатости, волнистости, различных дыр и т.д.

0Б1ДИЕ ВЫВОДЫ

1. Главным фактором снижения обрывности, улучшения физико-механических показателей чесальной ленты является совершенствование технологии формирования ленты на чесальных машинах в шерстопрядении и в зоне питания кругловязальных машин в производстве искусственного меха.

2. Для создания эффекта ложного кручения в зоне формирования ленты на чесальных машинах и в зоне питания кругловязальных машин, целесообразно использовать неподвижные спиральные вьюрки.

3. Проведено аналитическое исследование процесса сжатия волокнистого материала в рабочем канале спирального вьюрка, получено уравнение сил, влияющих на волокнистый материал, математическое описание процесса возникновения крутящего момента.

4. Разработана методика определения крутящего момента в волокнистом продукте при протаскивании его через спиральные вьюрки.

5. На созданной экспериментальной установке исследовано влияние различных факторов на величину крутящего момента.

6. Экспериментальные зависимости крутящего момента от различных параметров спирального вьюрка аналогичны расчетным зависимостям, что подтверждает правильность сделанных.нами теоретических выводов.

7. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны конструкции уплотнителей для /прочнения чесальной ленты ложной круткой для чесальных машин, используемых в шерстопрядении и кругловязальных машин в производстве искусственного меха.

8. Производственные испытания нового способа формирования ^сальной ленты дали следующие результаты: увеличение разрывной яагрузки ленты на 24%, снижение коэффициента вариации по массе коротких отрезков на 17,5%, ликвидацию обрывности на чесальных машинах. На кругловязальных машинах обеспечено упрочнение че-

сальной ленты на 30Z, ликвидирована обрывность, что препятствует возникновению различных дефектов ворса.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Чистобородов Г.И., Паринов М.А.', Целовальникова Н.В., Кахраманов Ф.Р., Банников A.A. О взаимодействии эластичного продукта с неподвижными спиральными вьюрками. - Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1991, N 4, с.36-38.

2. Чистобородов Г.И., Целовальникова Н.В., Балан С.П.,Ага-лаков В.А. Пути расширения технологических возможностей неподвижных крутильных органов. - Деп. в ЦНШТЭИлегпром, N 3615-ЛП, 09.08.95.

3. Чистобородов Г.И., Паринов М.А., Целовальникова Н.В. О взаимодействии многослойного волокнистого продукта с валками. -В кн.: Прогрессивная техника и технология прядильного производства. Межвузовский сборник научных трудов. Иваново,' 1995 г.

4. Целовальникова Н.В. Основы теории кручения эластичных волокнистых материалов спиральными вьюрками// Международная научно-техническая конференция "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности": Тез. докл. - Иваново, 1995, - С.34.

5. Чистобородов Г.И., Кахраманов Ф.Р., Целовальникова Н.В., Шагинов A.B. Графоаналитический метод конструирования неподвижных крутильных органов, имеющих форму геликоида. - Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1996, N 1, с.71-74.

6. Чистобородов Г.И..Целовальникова Н.В..Захаров Г.В., Макаров В.Ф. Аналитические исследования взаимодействия эластичного продукта с неподвижными спиральными вьюрками. - Деп. в ЦНШТЭИлегпром, N 3639-ЛП, 18.12.95.

7. Чистобородов Г.И..Целовальникова Н.В..Макаров В.Ф..Захаров Г.В., Никифорова E.H., Крайнова А.Е. Неподвижный вьюрок трубчатого типа. - Информ. листок N 3-96, Иваново, ЦНТИ,.1996.

8. Чистобородов Г.И..Целовальникова Н.В..Макаров В.Ф..Захаров Г.В., Агалаков В.А., Никифорова E.H. Устройство для измерения крутящего момента движущегося длинномерного текстильного продукта. - Информ. листок N 4-96,, Иваново, ДНТИ, 1996.

9. Чистобородов Г.И.,Целовальникова Н.В.,Макаров В.Ф.,Ага-даков В.А., Захаров Г.В., Никифорова E.H. Устройство для измерения малых крутящих моментов движущегося длинномерного текстильного продукта. - Информ. листок N 18-96, Иваново, ЦНТИ, 1996.

10. Чистобородов Г.И..Целовальникова Н.В., Никифорова E.H., Агалаков В.А., Роньжин В.И., Лялина А.Н., Макаров В.Ф., Хосровян Г.А. Устройство для исследования процесса кручения волокнистых материалов двухзаходными спиральными вьюрками. - Информ. листок N 26-96, Иваново, ЦНТИ,. 1996.