автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии подготовки ленты неподвижными скобообразными и коническими спиральными вьюрками

^ л #

\ На правах рукописи

ЧЖ АН ШАНЬЮН

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ЛЕНТЫ НЕПОДВИЖНЫМИ СКОБООБРАЗНЫМИ И КОНИЧЕСКИМИ СПИРАЛЬНЫМИ ВЬЮРКАМИ

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 Ю.В.Павлов.

Официальные оппоненты:

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

Ведущее предприятие: АО " Фурмановская фабрика №2"

Защита состоится 1998 г. в // 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 бибилиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан " /6 "_ _1998 г.

у ченыи секретарь диссертационного совета

НАКулида

АННОТАЦИЯ

Научное исследование в настоящей работе посвящено разработке теоретических, технических и технологических решений формирования паковки полуфабрикатов в производственных условиях и направлено 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). Предложено и апробировано в производственных условиях их использование в зонах питания и выпуска машин прядильного производства.

Автор защищает результаты новых теоретических и экспериментальных исследований процесса взаимодействия продуктов прядения с НКО скобообразной и конической спиральной форм, а именно:

- математическое описание процесса возникновения вращающего момента скобообразного неподвижного вьюрка с учетом свойств и параметров ленты, позволяющее определить его параметры;

- теоретические исследования процесса сжатия ленты в рабочем канале неподвижного конического спирального вьюрка (НКСВ) и математическое описание процесса возникновения крутящего момента;

- зависимости для определения крутящего момента, возникающего в ленте;

- изменения натяжения ленты при транспортировке; '

- методику экспериментального определения прочности, коэффициента трения и других свойств волокнистых материалов (полуфабрикатов);

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

- результаты аналитических и экспериментальных исследований влияния параметров, разработанных НКО скобообразной и конической спиральной форм на уровень качества волокнистого продукта;

- новые устройства для формирования волокнистого материала с улучшенными показателями качества и результаты практической апробации в производственных условиях КНР;

- инженерную методику проектирования и конструирования неподвижных крутильных органов, имеющих форму скобообразного и конического спирального вьюрков.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с планом совершенствования технологии прядения в КНР по программе "Совершенствование технологии подготовки полуфабрикатов из натуральных и искуственных волокон".

Повышение качества выпускаемой продукции и эффективности производства в текстильной промышленности связано с совершенствованием технологических процессов, в том числе - со снижением неровноты и обрывности в прядении хлопка, шерсти и шелка.

Для более эффективного использования материальных ресурсов необходимо широкое внедрение научно-технических достижений.

Особую значимость имеют универсальные технологии и оборудование, созданные на базе существующих, модернизированных и вновь созданных узлов и механизмов.

Весь процесс механического прядения состоит в том, чтобы из волокон сформировать непрерывный, равномерный по линейной плотности и однородный по составу волокнистый поток - ленту. При этом волокна должны быть максимально распрямлены и ориентированы вдоль оси ленты.

Универсальным способом решения этой задачи для различных видов волокон, например, хлопка, шерсти, и шелка являются неподвижные вьюрки.

Для этого необходимо решить проектные, теоретические и практические задачи, связанные со стабилизацией линейной плотности в каждом поперечном сечении продуктов прядения универсальными средствами.

Цель и задачи исследования.

Главная цель диссертационной работы состоит в совершенствование процесса ложного кручения ленты с использованием скобообразных и конических неподвижных вьюрков.

Решение этой задачи связано с теоретическим обоснованием универсального способа стабилизации линейной плотности ленты для различных видов волокон с отличающимися физико-механическими свойствами.

Поставленная цель достигнута путем принудительной деформации ленты для придания волокнистому продукту ложной крутки, которая используется для уплотнения полуфабрикатов прядения разных линейных плотностей и видов волокон. При этом решены ряд теоретических и прикладных задач.

1 .Выполнены теоретические и экспериментальные исследования физической сущности взаимодействия текстильного материала с НКО конической спиральной формы (НКСВ). Определены математические зависимости крутящего момента от их конструктивных параметров.

2. Проведено комплексное экспериментальное изучение неподвижных вьюрков в производственных условиях на ленточной и ровничной машинах на различных видах волокон: хлопке, шерсти и шелке.

3. Разработано программное обеспечение на ЭВМ для расчета технологических и конструктивных критериев универсальных вьюрков для различных процессов прядения на разных видах волокон.

4. Разработаны, апробированы и внедрены в производство в Китае новые технические средства ложного кручения (НКСВ), реализующие предложенные способы формирования волокнистых продуктов.

Методы исследовании

Для теоретического исследования использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, дифференциальной, 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 прочности и осциллографирования. Эксперименты проводились в лабораторных и производственныъх 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, принятые в КНР.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- проведено теоретическое обоснование физической сущности технологического процесса при взаимодействии конического спирального вьюрка (НКСВ) с полуфабрикатами прядения;

- найдено необходимое оптимальное упрочнение ленты с целью устранения ложной крутки и получения улучшенных физико-механических свойств полуфабрикатов прядения на различных видах волокон: хлопке, шерсти и шелке;

- на основании выполняемых в работе аналитических исследований получены математические и графические зависимости крутящего момента,

б

возникающего в ленте, от конструктивных параметров НКО и свойств продукта;

- разработаны типовые оптимальные конструкции неподвижных вьюрков для ленточных машин БАЗОЗ, В442 и С2251 и ровничной машины А456, которые проверены в условиях производства на полуфабрикатах прядения различных видов волокон: хлопка, шерсти и шелка;

- разработаны программы с соответствующим программным обеспечением на ЭВМ для определения оптимальных размеров неподвижных вьюрков с технологическими и конструктивными универсальными критериями при выработке полуфабрикатов прядения с различными свойствами волокон;

- проведена экспериментальная апробация вьюрков на машинах хлопкоперерабатывающих фабрик ХТТ и УШ Китая, Уханьском камвольном комбинате и Хуоньганской шелкопрядильной фабрике КНР, подтвердившая правильность результатов теоретических исследований и высокую эффективность разработанных устройств и методик формирования продуктов прядения.

Практическая ценность

Практическая ценность научной работы заключается в том, что теоретические результаты доведены до внедрения в производственных условиях, разработаны способы и технические средства формирования текстильного материала, которые позволили улучшить основные технологические процессы текстильного производства и на основе этого повысить качество полуфабрикатов прядения из хлопка, шерсти и шелка на предприятиях Китайской народной республики. Результаты работы могут быть использованы на машиностроительных заводах при создании новых видов лентоформирующих устройств ленточных и ровничных машин, предназначенных для переработки шерсти, хлопка и шелка.

Практическая часть дисееродии включает промышленные испытания созданных технологий и устройств неподвижных вьюрков, что подкреплено актами внедрения на следующих фабриках:

1. Хлопкоперерабатывающей фабрике Хубэйского текстильного техникума (КНР).

2. Хлопкоперерабатывающей фабрике Уханьского текстильного института (КНР).

3. Уханьском камвольном комбинате (КНР).

4. Хуоньгонской шелкопрядильной фабрике (Хубэй, КНР).

Разработаны методики контроля качественных показателей текстильной продукции.

Апробация работы

Материалы по теме диссертационной работе докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

- международной научно-технической конференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" (г. Иваново, 1993);

- международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (г. Иваново, 1998);

- расширенном заседании кафедры прядения и ткачества УТИ в Китае ( 1997, протокол № 12 от 05.12.97).

- расширенном заседании кафедры прядения ИГТА (от 29.06.98);

- расширенном заседании кафедры прядения ИГТА (1998, протокол №2 от 08.09.98);

Публикации

Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, представлены 9 печатными работами, в том числе 5 статей опубликованы в китайских журналах на китайском языке.

Структура и объем работы

Диссертация содержит 7 глав, общие выводы и рекомендации, список литературы и приложения. Она изложена на 174 страницах машинописного текста, включая 49 рисунков и 21 таблица, список литературы из 86 наименований.

Содержание работы

В введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования.

В первой главе дан обзор теоретических и практических работ, посвященных вопросам возникновения неровноты по основным свойствам и обрывности 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 Китая.

Качество продуктов прядения зависит от различных перерабатывающих процессов, в том числе от процесса их уплотнения. В связи с этим проведен анализ 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 различные силы , которые вызывают деформацию растяжения. Когда величина силы натяжения близка к прочности полуфабриката, в нем возникает скрытая вытяжка, которая способствует образованию дополнительной неровноты по его толщине и увеличению обрывности продукта. Основной путь ее снижения - совершенствование уплотняющих устройств, а также упрочнение самих полуфабрикатов прядения за счет целенаправленного изменения их структуры.

Наиболее современное теоретическое и практическое решение многих вопросов процесса формирования волокнистых материалов дано русскими учеными. Среди теоретических работ, посвященных этим вопросам, большую ценность представляют труды В.Е.Зотикова, И.В.Будникова, АЛ.Ракова, Л.Н.Гинзбурга, И.И.Финкельштейна, В.Н.Соколова, Ю.В.Павлова, Г.И.Чистобородова и др.

Наиболее эффективным средством уплотнения продуктов прядения является придание продукту свойства скрученности. В связи с использованием крутки в качестве средства уплотнения полуфабрикатов прядения большой интерес представляет ложная крутка. Метод ложного кручения получил широкое распространение с помощью вращающихся и неподвижных вьюрков.

Таким рабочим органом, образующим в продукте витки ложной крутки, является неподвижный вьюрок. В настоящее время в текстильной промышленности России широко внедряются два типа неподвижных вьюрков - Я-образные и спиральные, теоретическое обоснование принципа действия которых проведено проф. Ю.В.Павловым, проф. Г.И.Чистобородовым и другими учеными.

Анализ их работы показал, что каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому встала задача разработать универсальный вид устройства для уплотнения и формирования лент на ленточных и ровничных машинах, где зона питания и выпуска позволяет сделать это.

Вторая глава посвящена исследованию теоретических вопросов процесса формирования продуктов прядения скобообразными неподвижными вьюрками (СНВ).

Одним из непременных условий является наличие пространственного изгиба оси ленты при положении ее на поверхности детали - вьюрка. Другими словами, принцип действия неподвижного вьюрка основан на взаимодействии реальной ленты с неподвижной поверхностью.

Лента располагается на цилиндрической поверхности вьюрка по траектории спирального движения с шагом витков и протаскивается с усилием. Уравнение траектории движения ленты в цилиндрических координатах

О-ХЧТ. будет определять ее радиус - вектор Я(<р) в любой точке, с учетом угла поворота

К(Ф) = [у соэф^Т +ап <р) л + (1)

где Б - диаметр образующего цилиндра; <р - угол поворота;

Ь - шаг намотки спиралей; Ь^яБ гда; а - угол подъма витков оси ленты.

В каждой точке пространственной кривой оси ленты определяются три прямых х, V, Р и три плоскости, взаимно пересекающиеся в этой точке под прямыми углами. По правилам дифференциальной геометрии кривизна (к) и естественное кручение (х) кривой в точке определяют полный поворот естественного трехгранника (т,у,Р) при изохронном перемещении его вершины вдоль оси ленты. На основании векторной алгебры они будут определяться по формулам:

(2)

«-XV ,3)

о!

Используя методы векторного анализа, дифференциального и интегрального исчисления, получили:

тс Б +Ь

• (2л)/

(5)

4л )

Вскрыта физическая сущность явления ложной крутки продукта при протаскивании его по рабочей поверхности неподвижных скобообразных вьюрков. Установлено, что в любом продукте, упругом на изгиб, намотанным на цилиндр по винтовой линии с некоторым натяжением, в силу поворота сечений, будут возникать растяжение и кручение, то есть в силу наличия геометрического кручения (х), возникает крутящий момент Мц,.

Большое влияние на ложную крутку оказывает сила трения ленты о стержень вьюрка, зависящая от распределения давления на ленту, следовательно на все сечения (элементы) ленты, расположенные на стержне. Поэтому повороту сечений (элементов) относительно их центров будут препятствовать моменты Мс, сопротивления кручению.

Вращающий момент Мвр элементов ленты определяет крутящий момент и момент, препятствующий кручению. Для обеспечения вращения элементов ленты должно соблюдаться условие:

Мвр=Мкр-Мс>0 (6)

По физике значений величина крутящего момента в ленте определяется по данной формуле:

МКР = С1РХ, (7)

где вДр - жесткость продукта при кручении; X - геометрическое кручение

Момент, препятствующий кручению, Мс имеет вид:

Мс=Т1К„-со^(е®-1) (8)

где Т1 - натяжение ветви в набегающей ветви; - радиус ленты; 4 - угол азимута силы трения; Г - коэффициент трения ленты о вьюрок; б - угол обхвата стержня лентой, то есть вращающий момент равен:

Мвр= ОТрХ - Т,К, • со^ (е®-1) (9)

Таким образом, на каждый элемент ленты, движущийся по поверхности вьюрка, будет действовать вращающий момент, величина которого определяется уравнением (9). Вращающий момент первого элемента ленты при 0=0 равен;

Мвр= Мкр* 05Рх ■ (10)

Поскольку первый элемент повернется, то набегающий участок, расположенный прямолинейно, будет вращаться под действием момента, величина которого определяется по формуле (9).

В практическом применении приведенных результатов должна учитываться деформация ленты, возникающая при огибании стержня (вьюрка). Для того, чтобы не было существенных расхождений между расчетными и фактическими данными, в формулу (10) следует ввести попра-

и

вочный коэффициент т], который определяют для каждого вида полуфабриката опытным путем. Тогда выражение (10) примет ввд

Мвр=^рХ- (П)

Третья глава посвящена исследованию теоретических вопросов процесса формирования продуктов прядения неподвижным коническим спиральным вьюрком (НКСВ).

При движении ленты через НКСВ возникает изменение диаметра ленты (рис.1). Характер изменения диаметра ленты зависит от конусности спирали и переменных угла контакта лента со стержнем (вьюрком).

Уравнение конической винтовой линии данного вьюрка можно записать в виде:

0& = гга(1созфт+]ап<рп1)+—фгак, (12)

где ОЙ - радиус-вектор любой точки М центра спирали стерши в цилиндрических координатах; г„ - расстояние любой точки М центра спирали стержня до оси ОЪ\

-»-»->

.), к - координатные орты прямоугольной системы координат, Фп, - угловой параметр точки М, характеризующий поворот

точки вокруг оси 01) Ь - шаг спирали стержня.

Переменный радиус спирали тт определяется по формуле:

Гт= ~ 'Фт > (13)

271

где 0 0 - угол конуса или угол между образующей конуса и осью ленты.

Диаметр спирали вьюрка уменьшается от входа к выходу, а угол контакта у ленты со стержнем увеличивается.

По мере погружения стержня в ленту деформация последней увеличивается, что вызывает уплотнение ленты.

Рис.1. Схема кручения ленты при движении через НКСВ

На рис. 2 показана схема распределения силы давления и деформации в момент взаимодействия ленты со стержнем. Величина силы нормального реактивного давления определяется по формуле:

где 1 - взаимодействующая длина ленты с НКСВ.

1 = аГ° д/ь+ф2Ф> (14,а)

а=^0„ (14,6)

Ь = 1 + ТТТ (14>в)

4?га"г

ё - радиус стержня НКСВ; Е - модуль упругости ленты; Из - радиус ленты;

Фо - максимальный угол в полярной системе координат, у - угол контакта ленты со стержнем (НКСВ).

7=----(Фо-Фш) (И,г)

Фо-Фтш

где фшш - минимальный полярный угол.

Сила протаскивания ленты через НКСВ будет определять силу давления, силу трения и крутящий момент.

Крутящий момент, создаваемый вьюрком, расчитывается по следующей формуле:

IdRnpE

мч>= 4R„

х (sinyc eos2 asina -feos3 a) (15)

где Rnp - радиус ленты до точки приложения силы Рт; ус - угол положения силы давления Рщ a - угол подъема спирали НКСВ; f - коэффициент трения.

Анализируя формулу (15), приходим к выводу, что крутящий момент Мкр зависит от параметров НКСВ (бо, h, a, фт), а также от параметров и свойств ленты (Ro, Е, f), то есть

Мкр= мкр(0о, Ь, a, qw Ro, Е, f).

Рис.2. Схема распределения силы давления я деформации в момент взаимодействия ленты со стержнем

Эта функция полностью раскрывает физический смысл явления. Для определения крутящего момента с учетом этих параметров разработана программа для ПЭВМ на языке Бейсик. Анализ результатов расчета позволяет сделать выводы, что максимальный крутящий момент 55° возникает при угле конусности вьюрка 5°-6°, с увеличением коэффициента трения крутящий момент уменьшается. Крутящий момент пропорционально возрастает при увеличении диаметра ленты.

Четвертая глава содержит описание методики и приборов для проведения теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия полуфабрикатов с НКО.

В ходе экспериментальных исследований изучались вопросы использования СНВ и НКСВ для формирования ленты. В связи с этим возникла необходимость определения обходимой крутки, натяжения ленты и других свойств. Для этого в работе модернизирована установка и разработана методика, позволяющая определить обходимое значение ленты, коэффициент трения, жесткость и прочность расчетного диаметра лент.

Экспериментальные исследования показали, что на ровничных машинах А 456 (Китай) целесообразно использовали скобообразные неподвижные органы.

Обходимые значения крутки ленты находятся для хлопка в пределах 10-16 кр/м, для шерсти - 2-4 кр/м, для шелка - 4-8 кр/м. Дальнейшее повышение крутки зависит от коэффициента трения продукта о поверхность вьюрка.

С помощью прибора 'Т-МЕТЕЛ Я-1083" Швейцарской фирмы "СО ИоАясЫИ" были проведены анализы коэффициента трения хлопка, шерсти и шелка при взаимодействии с капроном, алюминием, сталью, латунью и оргстеклом. В результате был выбран материал вьюрка - сталь, коэффициент трения продукта из хлопка 1=0,34, из шерсти 1Н),30, из шелка Н),41.

В пятой главе приводятся результаты производственных испытаний способов формирования ленты СНВ в хлопкопрядильном производстве. Для определения параметров скобообразных вьюрков разработана программа на языке С++ с учетом оптимальной крутки для х/б ленты наиболее распространенных линейных плотностей. На основании выполненных расчетов разработана конструкция вьюрка. Производственные испытания в хлопкопрядении доказали эффективность применения СНВ в зоне выпуска ленточной машины КАЗОЗ. Результаты испытаний показали, что при использовании данных вьюрков параллелизация волокон в ленте улучшается на 5 %, разрывная нагрузка пряжи 58 текс увеличивается на 4%, на 39% снижается коэффициент вариации и до 10% уменьшается обрывность пряжи на 1000 кам/час. На ровничных машинах А 456 перерабатывающей фабрики Уханьского текстильного института Китая относительная разрыв-

над нагрузка пряжи увеличивается на 10 %, неровнота пряжи по У стеру уменьшается на 15 %.

В шестой главе приводятся результаты производственных испытаний способа формирования ленты НКСВ в шерстопрядильном и шелкопрядильном производствах. На ПЭВМ проведено исследование определения влияния различных конструктивных параметров НКСВ на величину крутящего момента шерстяной и шелковой лент с целью выбора оптимальных размеров вьюрка.

По результатам на ЭВМ были изготовлены НКСВ. Один из них установлен на ленточной машине В 442 на Уханьском камвольном комбинате Китая. Результаты испытаний показали, что применение НКСВ позволяет снизить неровноту ленты по "Устеру "на 10 %, неровноту пряжи по линейной плотности - на 5 %, неровноту по прочности пряжи - на 10 % и обрывность пряжи на 3 %. Другой НКСВ был установлен на ленточной машине Хуоньганской шелковой фабрике Китая. Неровнота шелковой ленты по "Устеру" улучшается на 16 %. При этом резко, до 20 % уменьшилась неровнота пряжи по разрывной нагрузке. Пряжа из третьего сорта переходит во второй.

В седьмой главе рассчитан экономический эффект от внедрения СНВ и НКСВ на нескольких фабриках Китая. По Уханьской камвольной фабрике экономический эффект в год составил 14 тыс. юаней; по Хуоньганской шелковой фабрике - 35бтыс. юаней; по Нубэской хлопкоперераба-тывающей фабрике УТТ - 200 тыс. юаней; по хлопкоперерабатывающей фабрике УТИ - 240 тыс.юаней.

Общие выводы и рекомендации

1. Совершенствование технологических процессов прядильного производства в значительной степени связано со снижением уровня неров ноты основных свойств и обрывности волокнистых полуфабрикатов, улучшением их качества.

2. Для формирования волокнистых материалов высокого качества в зонах питания и выпуска ленточных и ровничных машин FA303, В442, CZ 251 и А456 прядильного производства целесообразно использовать скобообразный неподвижный вьюрок (СНВ) и неподвижный конический спиральный вьюрок (НКСВ).

3. Для СНВ одним из непременных условий является наличие пространственного изгиба продукта прядения при положении его на поверхности вьюрка При использовании метода дифференциальной геометрии получено математическое описание процесса возникновения вращающего момента, позволяющее определить параметры скобообразного неподвижного вьюрка с учетом свойств и параметров лент.

4. Получены математические модели, процесса кручения волокнистого продукта НКСВ. На основании теоретических исследований разработано программное обеспечение на ЭВМ для определения оптимальных размеров вьюрков с учетом технологических и конструктивных критериев. Расчет величины крутящего момента на ЭВМ позволяют моделировать , оптимизировать и прогнозировать процесс кручения продукта НКСВ,

5. На основании расчета крутящего момента исследовано влияние различных факторов НКСВ и продукта( угол конуса, угол подъема витков, коэффициент трения) на величину ложной крутки.

6. Разработаны и исследованы новые способы для определения прочности, коэффициента трения, натяжения, жесткости и расчетного диаметра полуфабрикатов.

7. Методы и средства формирования волокнистых материалов, внедренные на ряде текстильных предприятий, позволили нормализовать технологические процессы прядильного производства и повысить качество выпускаемой продукции.

8. Рекомендуется использовать предлагаемые теоретические результаты для проектирования НКО на предприятиях текстильного машиностроения Китая.

Материалы диссертаций отражены в следующих публикациях

1. Чжан Шаньюн, Меркулова Т.А., Павлов Ю.В. Влияние характеристик кручения на жесткость ленты/ ИГТА - Иваново, 1994 г., -9с,- Рукопись деп. В ЦНИИТЭИлегпром № 3531 лп от 1994.

2. Чжан Шаньюн, Меркулова Т.А., Павлов Ю.В. Исследование жесткости при кручении шерстяной ленты// Технология н оборудование прядильного производства.: Межвуз.сборник научных трудов.-Иваново, 1994.

3. Чжан Шаньюн, Шэн Цин Пшг. Исследование о принципе действия неподвижных вьюрков// Известие Уханьского текстильного института (КНР). - № 2, 1994, с.7-13.

4. Чжан Шаньюн, Шэн Цин Пин. Расчет силы трения продукта прядения с поверхностью неподвижного вьюрка// Известие Уханьского текстильного института (КНР).- № 3,1994, с.7-11.

5. Чжан Шаньюн, Шэн Цин Пии и другие. Применение неподвижного вьюрка на ровничной машине х/б фабрики// Технология х/б текстильной промышленности (КНР).- № 12,1995, с. 40-41.

6. Чжан Шаныон. Оптимизация параметров неподвижных вьюрков и практическое внедрение// Изв. Уханьского текстильного института (КНР),- № 1, 1996, с.10-14.

7. Чжан Шаньюн, Шэн Цин Пин и другие. Применение крутильного маятника для определения жесткости на кручение // Изв. Уханьского текстильного института (КНР).- № 3, 1996, с.61-63.

8. Чжан Шаньюн, Чен Мен Жен, Хрипунов С.Н., Павлов Ю.В. Оптимизация параметров неподвижного вьюрка на ЭВМ/ Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-98): Тез. докл. междунар. конференции.- Иваново. 1998. - с.105.

9. Чжан Шаньюн, Чен Мен Жек, Хрипунов С.К., Павлов Ю.Б. Исследование нового типа неподвижного вьюрка на ленточной машине РА-303 (КНРуСовременные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-98): Тез. докл. междунар. конференции - Иваново. 1998. - с.106.

Подписано в печать 15.10.98г. Формат 60x84 1/16 Усл. п .л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,11. Тираж 80 экз.

61' /66к -1!

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ЧЖ АН ШАНЬЮН

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ЛЕНТЫ НЕПОДВИЖНЫМИ СКОБООБРАЗНЫМИ И КОНИЧЕСКИМИ СПИРАЛЬНЫМИ ВЬЮРКАМИ

Специальность 05.19.03. - Технология текстильных

материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Доктор технических наук

профессор Ю.В.Павлов

Иваново -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................6

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР: ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние неровноты и обрывности на эффективность производства и качество продукции.......................................13

1.2. Причины возникновения неровноты ленты на ленточных машинах в процессе ее формирования...................................15

1.3. Главные способы уплотнения и упрочнения ленты

в процессе ее формирования...................................................17

1.3.1. Э-образные вьюрки...............................................................17

1.3.2. Спиральные неподвижные вьюрки.....................................25

1.4. Выводы по главе......................................................................27

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕНТЫ СО СКОБООБРАЗНЫМ НЕПОДВИЖНЫМ ВЬЮРКОМ (СНВ)

2.1. Основные положения и допущения к геометрии ленты........29

2.2. Теоретическое определение кривизны и величины естественного кручения при взаимодействии скобообразного вьюрка с лентой...........................................30

2.3. Силы и момент взаимодействия ленты с цилиндрической рабочей поверхностью СНВ..................................................38

2.4. Выводы по главе......................................................................51

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕНТЫ С НЕПОДВИЖНЫМ КОНИЧЕСКИМ СПИРАЛЬНЫМ ВЬЮРКОМ (НКСВ)

3.1. Параметры конуса и уравнение конической винтовой линии........................................................................................52

3.2. Силы давления на ленту с коноидального спирального вьюрка......................................................................................56

3.3. Определение угла контакта ленты в зависимости от полярного угла вьюрка............................................................65

3.4. Определение длины взаимодействия ленты с НКСВ............66

3.5. Расчет крутящего момента, возникающего в ленте при протаскивании его через НКСВ..............................................67

3.6. Влияние параметров НКСВ и свойств ленты на величину крутящего момента.................................................................72

3.7. Выводы по главе.....................................................................73

4. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕПОДВИЖНЫХ ВЬЮРКОВ И ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПАРАМЕТРАМ

4.1. Экспериментальные исследования свойств полуфабрикатов.....................................................................................79

4.1.1. Определение необходимой крутки ленты..........................79

4.1.2. Определение коэффициента трения волокнистых материалов о поверхность различных материальных деталей..................................................................................84

4.1.3. Определение модуля сдвига ленты....................................88

4.1.4. Определение диаметра различных линейных плотностей ленты.......................................................................................91

4.1.5. Определение натяжения ленты при транспортировке.......94

4.2. Расчет крутящего момента, возникающего в ленте при протаскивании его через НКСВ и выбор параметров НКСВ......................................................................................101

4.3. Особенности конструирования неподжвижных вьюрков... 108

4.4. Выводы по главе.......................... .........................................109

5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СНВ НА ФАБРИКАХ КИТАЯ

5.1. Принципы испытания неподвижных вьюрков....................110

5.2. Определение оптимальных размеров СНВ для испытываемой ленты.........................................................................112

5.3. Установка неподвижных вьюрков в зоне выпуска ленточных машин РАЗ03 при переработке хлопка-волокна (КНР)........................................................................................116

5.4. Установка неподвижных вьюрков в зоне питания ровничных машин А456 на хлопкоперерабатывающей фабрике УТИ (КНР).................................................................120

5.5. Выводы по главе....................................................................123

6. ФОРМИРОВАНИЕ И УПЛОТНЕНИЕ ЛЕНТЫ НА ЛЕНТОЧНЫХ МАШИНАХ

6.1. Определение места установки НКСВ на ленточных машинах В442 для шерстяной ленты.....................................125

6.2. Технологические исследования переработки шерстяной ленты с применением НКСВ.................................................130

6.2.1. Условия проведения эксперимента....................................130

6.2.2. Главные технические характеристики ленточной машины модели В442...........................................................131

6.2.3. План приготовления пряжи по камвольной системе прядения...............................................................................131

6.2.4. Результаты испытаний ленты, ровницы и пряжи............134

6.3. Эксперименты и испытания НКСВ на ленточных машинах шелкопрядения.......................................................................136

6.3.1. Тонкогребенная система переработки шелковых отходов

в пряжу..................................................................................136

6.3.2. Анализ причин образования малых сукрутин....................140

6.3.3. Экспериментальные результаты исследования НКСВ

на ленточных машинах СЪ251............................................140

6.4. Выводы по главе.....................................................................144

7. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

7.1. Экономический эффект на Уханьском камвольном комбинате, КНР.....................................................................145

7.1.1. Главные характеристики кольцевой прядильной машины В583........................................................................145

7.1.2. Расчет экономического эффекта.........................................145

7.2. Экономический эффект на Хуаньгонской шелковой фабрике, КНР...........................................................................149

7.3. Экономический эффект на перерабатывающей фабрике ХТТ. КНР...............................................................................149

7.4. Экономический эффект на перерабатывающей фабрике УТИ.КНР ...............................................................................150

7.5. Выводы по главе........................... .........................................150

Общие выводы и рекомендации..................................................151

Литература....................................................................................153

Приложение..................................................................................160

ВВЕДЕНИЕ

В "Основных направлениях развития народного хозяйства КНР на 1996-2000 годы" предусмотрено значительное повышение качества выпускаемой продукции и эффективности производства, увеличение выпуска продукции с тем, чтобы полнее обеспечить непрерывно растущие потребности населения.

В текстильной промышленности задачи повышения производительности труда требуют комплексного подхода. Известно[1],

что решению этого вопроса поможет внедрение новой техники и технологии. Важным резервом увеличения производства является оптимальное использования действующих производственных мощностей.

Необходимыми условиями эффективного использования производственных мощностей являются:

- совершенствование технологии;

- правильная техническая эксплуатация действующего оборудования;

- рациональное использование сырья;

- снижение обрывности полуфабрикатов и пряжи;

- унификация систем оборудования;

- внедрение научных разработок и передового опыта коллективов и новаторов производства.

Непременным условием роста экономических показателей работы предприятия должно стать резкое сокращение доли ручного труда и экономичное использование сырья.

Комплексную механизацию следует проводить одновременно с установкой нового технологического оборудования, его унификацией, совершенствованием действующей техники и технологий, а также механизацией ремонтных работ.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с планом совершенствования технологии прядения в КНР по программе "Совершенствование технологии подготовки полуфабрикатов из натуральных и искуственных волокон".

Повышение качества выпускаемой продукции и эффективности производства в текстильной промышленности связано с совершенствованием технологических процессов, в том числе - со снижением неровноты и обрывности в прядении хлопка, шерсти и шелка.

Для более эффективного использования материальных ресурсов необходимо широкое внедрение научно-технических достижений.

Особую значимость имеют универсальные технологии и оборудование, созданные на базе существующих модернизированных и вновь созданных узлов и механизмов.

Весь процесс механического прядения состоит в том, чтобы из волокон сформировать непрерывный, равномерный по линейной плотности и однородный по составу волокнистый поток - ленту. При этом волокна должны быть максимально распрямлены и ориентированы вдоль оси ленты.

Универсальным способом решения этой задачи для различных видов волокон, например, хлопка, шерсти, и шелка являются неподвижные вьюрки.

Для этого необходимо решить проектные, теоретические и практические задачи, связанные со стабилизацией линейной плотности в каждом поперечном сечении продуктов прядения универсальными средствами.

Цель и задачи исследования.

Главная цель диссертационной работы состоит в создании технологии для получения улучшенных физико-механических свойств полуфабрикатов прядения из волокон хлопка, шерсти, шелка и их смесей.

Решение этой задачи связано с теоретическим обоснованием универсального способа стабилизации линейной плотности ленты для различных видов волокон с отличающимися физико-механическими свойствами.

Поставленная цель достигнута путем принудительной деформации ленты для придания волокнистому продукту ложной крутки, которая используется для уплотнения полуфабрикатов прядения разных линейных плотностей и видов волокон в связи с тем, что изменяет свои параметры в зависимости от характеристик полуфабриката. При этом решены ряд теоретических и прикладных задач.

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

2. Доказана необходимость упрочнения ленты в зонах питания и выпуска, что снижает скрытую вытяжку и улучшает ее структуру в процессе транспортирования.

3.Выполнены теоретические и экспериментальные исследования физической сущности взаимодействия текстильного материала с НКО в конической спиральной форме (НКСВ). Определены математические зависимости крутящего момента от их конструктивных параметров.

4. Проведено комплексное экспериментальное изучение неподвижных вьюрков в производственных условиях на ленточной и ровничной машинах на различных видах волокон: хлопке, шерсти и шелке.

5. Разработано программное обеспечение на ЭВМ для расчета технологических и конструктивных критериев универсальных вьюрков для различных процессов прядения на разных видах волокон.

6. Разработаны, апробированы и внедрены в производство в Китае новые технические средства ложного кручения (НКСВ), реализующие предложенные способы формирования волокнистых продуктов.

Методы исследований Для теоретического исследования использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, дифференциальной, 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 прочности, 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, принятых в КНР.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- проведено теоретическое обоснование физической сущности технологического процесса при взаимодействии конического спирального вьюрка (НКСВ) с полуфабрикатами прядения;

- найдено необходимое оптимальное упрочнение ленты с целью устранения ложной крутки и получения улучшенных физико-механических свойств полуфабрикатов прядения на различных видах волокон: хлопке, шерсти и шелке;

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

- разработаны типовые оптимальные конструкции неподвижных вьюрков НКСВ, КСВ для ленточных машин FA303, В442 и CZ251 и ровничной машины А456, которые проверены в условиях производства на полуфабрикатах прядения различных видов волокон: хлопка, шерсти и шелка;

- разработаны программы соответствующим программным обеспечением на ЭВМ для определения оптимальных размеров неподвижных вьюрков с технологическими и конструктивными универсальными критериями при выработке полуфабрикатов прядения с различными свойствами волокон;

- проведена экспериментальная апробация вьюрков, изготовленных на основании аналитических зависимостей на машинах хлопкоперерабатывающих фабрик ХТТ и УШ Китая, Уханьском камвольном комбинате и Хуоньганской шелкопрядильной фабрике КНР, подтвердившая правильность результатов теоретических исследований и высокую эффективность разработанных устройств и методик формирования продуктов прядения.

Практическая ценность

Практическая ценность научной работы заключается в том, что теоретические результаты доведены до внедрения в производственных условиях , разработаны способы и технические средства формирования текстильного материала, которые позволили улучшить основные технологические процессы текстильного производства и на основе этого повысить качество полуфабрикатов прядения из хлопка, шерсти и шелка на предприятиях Китайской народной республики. Результаты работы могут быть использованы на машиностроительных заводах при создании новых видов ленто-формирующих устройств ленточных и ровничных машин, предназначенных для переработки шерсти, хлопка и шелка.

Практическая часть диссертации включает промышленные испытания созданных технологий и устройств неподвижных вьюрков, что подкреплено актами внедрения на следующих фабриках:

1. Хлопкоперерабатывающая фабрика Хубэйского текстильного техникума (КНР).

2. Хлопкоперерабатывающая фабрика Уханьского текстильного института (КНР).

3. Уханьский камвольный комбинат (КНР).

4. Хуоньгонская шелкопрядильная фабрика (Хубэй, КНР).

Разработаны методики контроля качественных показателей

текстильной продукции в виде:

- тензоизмерительных приборов для оперативного контроля натяжения ленты при использовании вьюрков;

- разработаны конструкции неподвижных вьюрков для создания ложной крутки.

Реализация

Результаты исследований внедрены в производствах текстильных предприятий Китайской народной республики и позволили улучшить качественные показатели полуфабрикатов и пряжи на хлопке, шерсти и шелке, значительно уменьшить обрывность ленты и пряжи, что подтверждено актами внедрения:

- хлопкоперерабатывающая фабрика Хубэйского текстильного техникума (КНР);

- хлопкоперерабатывающая фабрика Уханьского текстильного института (КНР).

- Уханьский камвольный комбинат (КНР).

- Хуоньгонская шелкопрядильная фабрика (Хубэй, КНР).

Апробация работы

Материалы по теме диссертационной работе докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

международной научно-технической конференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" (г. Иваново, 1993);

международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (г. Иваново, 1998);

- расширенном заседании кафедры прядения и ткачества УТИ в Китае ( 1997, протокол № 12 от 05.12.97).

- расширенном заседании кафедры прядения ИГТА (1998, протокол от 29.06.98);

- расширенном заседании кафедры прядения ИГТА (протокол №2 от 8.09.98).

Публикации

Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, представлены 9 печатными работами, в том числе 5 статей опубликованы в китайских журналах на китайском языке.

Структура и объем работы

Диссертация содержит 7 глав, общие выводы и рекомендации, список литературы и приложения. Она изложена на 174 страницах машинописного текста, включая 49 рисунков и 21 таблица, список литературы из 90 наименований.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР: ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

1.1. Влияние иеровноты и обрьюности на эффективность производства и качество продукции.

В современном технологическом процессе прядения хлопка, шерсти и шелка важной задачей является снижение неровноты полуфабрикатов. Поскольку уровень неровноты существенно сказывается на обрывности полуфабрикатов и пряжи, на производительности труда, на качестве вырабатываемого продукта. В настоящее время уровень неровноты полуфабрикатов еще высок [2].

В прядильном производстве с обрывностью связано увеличение выхода отходов и уменьшение выхода �