Введение к работе
Актуальность темы.
Анализ всех существующих видов прядильных производств текстильной промышленности приводит к выводу, что все технологические процессы этих производств имеют целью преобразование волокнистой массы в виде кип из десятков и сотен килограммов плотно упакованных и имеющих хаотическую форму волокон в пряжу. Пряжа представляет собой продукт нитевидной формы. Это означает, что в одном измерении протяженность этого продукта намного порядков превосходит его размеры в других направлениях (в поперечном направлении). Волокна в пряже располагаются, как правило, организованно, по винтовым линиям или близким к ним, хорошо распрямлены, касаются друг друга по большим площадям поверхностей контакта, и пряжа существует как целое благодаря силам трения и сцепления между волокнами и силам'упругости волокон. При типичной длине пряжи порядка нескольких километров в поперечном сечении пряжа имеет в среднем около 100 волокон (от 20 для пряжи снизким значением текс до нескольких сотен у пряжи с большими значениями текс). Отсюда следует, что любое прядильное производство нацелено на разделение волокнистых потоков до линейных продуктов, соизмеримых с толщиной пряжи. Поскольку такое деление невозможно осуществить за один этап, оно проходит ряд стадий обработки волокнистого продукта. При этом на каждом этапе осуществляются следующие процессы (облагораживание волокнистой массы): разрыхление и разъединение волокнистых клочков, очистка от сорных примесей, дефектных и непрядомых волокон, распрямление и разъединение волокон, ориентация волокон вдоль одного направления потока. Перечисленные процессы выполняются на разрыхлителыю-очистительных машинах, кардочесальних и гребнечесальных машинах, в вытяжных приборах ленточных, ровничных и прядильных машин. При этом все перечисленные процессы сопровождаются, как правило, делением потока волокнистого материала или его утонением. В частности, разделение волокнистых потоков имеет место на чесальных аппаратах в аппаратной системе прядения шерсти с использованием механизма ремешковых делителей. Разделение потоков выполняется на переходах между трепальными и кардочесальними машинами, между кардочесальними и ленточными машинами, между переходами ленточных машин, между ленточными и ровничными машинами, между ровничными и прядильными машинами.. Послед- ., ние из перечислетгых видов деления связаны с прерывистосгыо прядильного производства, поскольку полуфабрикаты: чесальная лента, лепта с ленточных машин, ровница, - формируются в тазы или в виде катушек, которые затем перераспределяются, как правило, случайным образом при заправке последующих переходов, что может рассматриваться как своеобразное деление волокнистого потока. Известно, что при делении любого потока волокнистого материала его неравномерность, как правило, возрастает. Этот эффект противоположен выравниванию при соединении волокнистого потока или смешивании волокнистой массы. Известно также, что высокая неровнота является главным «врагом» стабильности производства, поэтому основные усилия производственников направлены на снижение этой неровноты. Из сказанного следует, что изучение
процессов деления и разработка методов управления этими процессами является актуальной задачей при совершенствовании и повышении эффективности прядильных производств. В связи с указанным, тема диссертационной работы, посвященная исследованию процессов деления потоков волокнистого материла, является весьма актуальной.
Цели и задачи исследования.
Основной целью диссертационной работы является разработка и исследование процессов деления потоков волокнистого материала, разработка автоматизированного моделирующего комплекса и синтез ^на его основе структуры системы управления для стабилизации равномерности этих потоков по линейной плотности. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научно-технические задачи:
Анализ технологических процессов деления. Классификация их видов и особенности технической реализации, а также учет основных факторов, влияющих на эти процессы.
Разработка математических и компьютерных моделей основных видов процессов деления, их алгоритмов и программной реализации.
Верификация моделей и разработка автоматизированного программного комплекса для работы с моделями.
Проведение компьютерных экспериментов для изучения влияния факторов на процесс деления и ранжирование этих факторов по степени их влияния.
Разработка структуры системы автоматического управления процессами деления. Выбор и обоснование критериев оптимальности для этой системы.
Методика проведения исследования.
Использованные в работе методы исследования сочетают математическое моделирование, компьютерное моделирование, статистические методы обработки данных. При построении моделей использовались методы компьютерного имитационного моделирования, теории вероятностных процессов и анализа случайных сигналов, а также методы математической статистики и вычислительной математики. При реализации,моделей использованы средства математического программного пакета Madab, моделирующего инструментария этого пакета Simulink, а также язык программирования общего назначения Delphi 7.0.
Научная новизна работы
В результате выполнения диссертационной работы получены следующие результаты:
1. Разработаны компьютерные имитационные модели и исследованы процессы деления волокнистых потоков, в том числе последовательное деление потоков, параллельное деление потоков, дискретизация волокнистых потоков.
Установлена степень влияния различных факторов процессов деления на равномерность по линейной плотности разделенных потоков.
Разработана структура автоматизированной системы управления процессами деления. Построена модель этой системы с использованием предложенного критерия оптимальности и доказана эффекпгвность этой системы
Достоверность результатов.
Адекватность построенных моделей имеющимся данным подтверждается результатами экспериментов но верификации модели, известными результатами по делению потоков и их дискретизации других авторов, а также общепризнанным закономерностям, действующим при делении потоков.
Практическая значимость. .
Использование разработанных моделей и системы управления позволит снизить неравномерность по линейной плотности волокнистых потоков, полученных в результате деления. Тем самым предоставив возможность повышения качества получаемой пряжи и конкурентоспособность выпускаемых тканей и трикотажа.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на международной научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (ТЕКСТИЛЬ-2008)" (г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина). Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ. Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов по главам и общих выводов по работе, а также содержит список используемой литературы из 80 наименований и приложение. Работа иллюстрирована 54 рисунками и 15 таблицами.
