Введение к работе
.. . t \
i,il.-1г;:иг:,Ооковныэ направления экономического и социального развития СтдСОСР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года предусматривают ^7&1*ек<гилшой про?дшленности значительное увеличение выпуска и улучшение качества продукции, снижение удельных затрат трудовых, энергетических и сырьевых ресурсов, дальнейший рост производительности труда. Решение поставленных задач должно осуществляться на . основе ускорения научно-технического прогресс:, путем дальнейшего совершенствования техники и технологии изготовления тканей, внедрения новых высокопроизводительных и малоотходных технологических процессов, создания автоматизированных текстильных производств.
Актуальность работы, В ткацком производстве, где занято около половины всех работающих в текстильной промышленности, производительность труда и качество вырабатываемых тканей в значительной мере зависят от обрывности нитей основы на . ткацких станках» Последняя* в свою очередь, во многом определяется качеством подготовки основ и дефективностью отдельных подготовительных операций, центральное место среди которых занимает процесс шлихтования.
Шлихтование являэтся самой ответственной и наибо„„зе слошой ' операцией подготовки основной пряжи к ткачеству. Одна шлихтовальная машина может обслужить от 400 до 700 ткацких станков. Поэтому малейшие упущения при шлихтовании могут нанести большой вред производству: значительно повысить обрывность основы на ткацких станках и, следовательно, снизить их производительность. Эффект.шлихтования, то есть степень улучшения технологических свойств основной пряжи, во многом определяется условиями прохождения нитей в различное зонах шлихтовальной машины.
Принципиальным отличием шлихтовальных мазик нового поколения от предшествующих является секционный (модульный).принцип их построения.' В связи с этим возникает задача тщательной отработки конструкций отдельных секций (модулей) в соответствии с требованиями технологии, их взаимной увязки в сочетании с автоматизированным контролем и управлением технологическим процессом. Вместе с тем до настоящего времени нет завершенных теоретических представлений о процессах, происходящих в этих зонах (секциях), и о шлихтовании в целом. Исследования в большинстве случаев остаются эмпирическими. Накопленный экспериментальный материал не имеет тео-
ретического. обобщения, отсутствует достаточно полная теория и анализ процессов лроклеивания пряжи шлихтой, сушки ошлихтованной пряжи, формирования ткацкого навоя и других, что не позволяет научно обоснованно организовать работу по дальнейшему улучшению техники и технологии шихтования.
Известные технологические требования к процессам в отдельных зонах шлихтовальной машины выполняются не в полной меря. Из-за несовершенства процесса сноаания и неправильного выбора режима торможения сновальных валов б процессе сматывания, существует неравномерность натяжения нитей при шлихтовании, которая отрицательно сказывается в последующих зонах пронлеивалия и сушки, передается на ткацкий навой, повышает обрывность основных нитей на ткацких станках и снижает качество вырабатываемой ткани. При доработке шлихтовальной партии сновальных валов образуется значительное количество отходов мягкой пряжи. Несмотря на неоднократные попытки исследователей выравнять натяжение нитей на шлихтовальных машинах и ликвидировать остатки пряжи на сновальных валах, эти проблемы остаются-до сих пор до конца нерешенными. Не полностью изучено "формирование технологических свойств шлихтованной пряжи, разделение нитей в ценовом поле машины, условия создания равномерной плотности намотки пряжи на навое и ряд других вопросов. Экспериментальная оптимизация технологических параметров шлихтования, как многефакгорного процесса, проводимая многими авторами, не имеет достаточно четкого научного обоснования. Отсутствуют теоретические и теоретико-экспериментальные методы исследования и математического моделирования процессов, происходящих на шлихтовальных машинах с учетом их взаимного влияния друг на друга. Все это снижает функциональные возможности АТК и АСУШ шлихтования, сдерживает нормализацию технологических режимов и разработку высокоэффективных шлихтовальных машин.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение эффективности шлихтования на основе анализа процессов и совершенствования технологических условий в различных зонах шлихтовальной машины.
В соответствии с общей целью в работе поставлены следующие основные задачи:
- проанализировать процесс деформирования нитей в зоне сматывания на шлихтовальной машине и дать .новые конструктивные предло-кекия по нормализации режима натяжения и снижении отходов пряжи при доработке шлихтовальной партии;
на сснопе теплового и материального баланса клеевого аппарата создать теории процесса проклеивания пряжи шлихтой в стационарных и динамических условиях с учетом обогрева шлихты острым или глухим паром, испарения влаги га шлихты и других сопутствующих явлений. Провести анализ процесса проклеивания и определить пути стабилизации концентрации шлихты и приклея -основной пряжи;
получить математическое описание процесса деформирования Нитей в клеевом аппарате с учетом поведения пряжи в жидкой среде. Проанализировать влияние процесса пропитки на натяжение и деформация нитей при разных технологические режимах;
на основе обобщения известных экспериментальных исследований в области смачивания волокон и нитей дать термодинамическую трактовку процесса пропитки пряди при шлихтовании. Предложить математическую модель процесса пропитывания прети шлмгой и определить основные направления его интенсификации;
исходя из механизма происходящих явлений тепло- и массооб-мена, сделать качественный анализ процесса формирования технологических свойств шихтованной пряжи при сушке на камерных и многобарабанных шлихтовальных малинах. Определить влияние режима зональной сушки, натяжения нитей и других факторов на качество ошлихтованных основ;
с учетом кинетики процесса разработать методику экспериментально-аналитического определения параметров сушки на шогоба-рабанных шихтовальных машинах. Предложить метод графического анализа взаимосвязи параметров сушки с параметрами отжима пряжи;
теоретически обосновать оптимальные условия сухого разделения основ, дать конструктивные предложения по приглаживанию нитей на шлихтовальных машинах и использованию процесса разделения для гэкущег" контроля и стабилизации приглея основной пряжи;
сделать всесторонний анализ условий формирования' ткацкого навоя на современных отечественных шлихтовальных машинах' и опре- делить влияние их на натяиение наматываемых нитей, структуру намотки и напряженное состояние кктей в намотке. Выявить пути улучшения качества намотки пряжи на навое и предложить ряд новых механизмов для повышения эффективности процесса наматывания;
на ряде текстильных предприятий провести оптимизацию процесса шлихтования как многофакторной системы. Дать теоретическое обоснование экспериментальной оптимизации технологических параметров на шлихтовальных машинах с применением прогнозирующих критериев, характеризующих качество ошлихтованных основ.
Указанные задачи конкретизируются в отдельных разделах рабо* ты. Решение их согласуется с Региональной Комплексной Программой Ивановского научно-производственного объединения "ИвТЕНС" и планами научно-исследовательских работ Ивановского текстильного института им.М.В.Фрунзе.
Основные методы исследований. ' Решение поставленных задач осуществлялось а основном с применением теоретических методов исследования, проводимых в тесной связи с экспериментом и обобщеньем известных экспериментальных результатов. Прл этом широко использовались законы сохранения, составление и решение дифференциачьньк уравнений, расчет параметров процессов и моделирование их на ЗШ. Ввиду существенного различия физической природы явлений, происходящих в разных зонах шлихтовальной машины, в работе использованы теоретические методы исследования разных научных дисциплин.
Процессы сматывания нитей с партии сновальных валов, сухого разделения основ и формирования ткацкого навоя, связанные главным образом с механическими воздействиями на нити основы, изучались с применением методов аналитической геометрии, математического анализа и теоретической неханики с учетом упругой растяжимости нити. При расчете и енализе существующих и вновь разработанных устройств использовались основные положения теории механизмов и машин. Исследование параметров и условий процесса проклеивания пряжи шлихтой методом теплового и материального баланса клеевого аппарата проводилось с учетом тепловых потерь и испарения влаги из шлихты, для чего применялись основы теплопередачи, термодинамики влажного воздуха и критериальные уравнения конвективного теплообмена. На основании известных экспериментальных фактов деформирование нитей в шлихте- при математическом описании учитывалось механической моделью У.Кельвина-Фойгта. Изучение механизма пропитывания пряхи шлихтой и получение математической модели процесса пропитки проводилась с применением термодинамических характеристик и уравне-
' ний смачивания, теории капиллярности и переноса массы вещества в капиллярно-пористых коллоидных телах. При анализе процесса формирования технологических свойств шлихтованной пряжи при сушке на камерных и многоб&рабонных шлихтовальных машинах использовались основные положения теории тепло- и массообмена, а расчет парамет-
, ров сушки производился с учетом кинетики этого процесса.
При проведении экспериментальных исследований применялись
специально разработанные измерители бугристости намотки сноваль-них валов, силы склеивания шлихтопенных нитей, уплотняющего уси-Л!Ш скалки в зоне формирования ткацкого навоя к другие. для изучения параметров отжима пряжи и оптимизации процесса шлихтования проводилось математическое планирование и анализ факторного эксперимента. При лабораторных испытаниях образцов пряки применялись комплексные методи исследования по стандартным и широко известишь методикам. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью методов теории вероятностей и математической статистики. Вое экспериментальные исследования проведены в производственных ' условиях на шлихтовальных машинах ЖБ-9/І4.0 И І1В-П/І40 с применением психрометрических, термоэлектрических и других преобразователей, тенэометрического метода измерений и современной регистрирующей аппаратуры. Полученные математические подели реализовывались на ЭВМ.
Научная новизна. На основе обобщения имеющихся в отечественной и зарубежной литературе материалов и проведении* в работе исследований шерше дан комплексный анализ процессов при последовательной прохождения нитей через все зоны шлихтовальной машины.
Впервые получены следующие результаты.
-
Созданы теоретические основы процесса деформирования нитей при сматывании с партии сновальных валоэ. Определены условия, достаточные для выравнивания средних натяжений груші нитей, сматывающихся с разных валов, и максимального снижения отходов пряжи при доработке шлихтовальной партии. Предложены новые устройства (а.с'.СССР if» 386038, 848491, 9714??, II03II4), обеспечивающие практическую реализации этих условий.
-
Получено математическое описание процесса проклеивачия пряжи шлихтой на основе теплового и матг-риальногэ баланса клеевого аппарата с учетом испарения влаги из вшоспг и обогрева ее острым или глухим паром. Система дифференциальных и алгебраических уравнений позволяет изучать различные режимы процесса шлихтования.
-
В математическом виде записано необходимое и достаточное условие стабилизации концентрации шлихты в клеевом аппарате и при- клея пряжи. Для его выполнения найдено условие компенсации испаряющихся из шлихты водяних паров конденсатом острого пара, разработана методика расчета необходимой концентрации илкхты, поступающей в клеевой аппарат, а в случае применения концентрированного, (маточного) раствора и воды - уточнены формулы для определения
их расходов,
-
Разработана методика математического моделирования и анализа процесса деформирования нитей в клеевом аппарате при постоянной скорости шлихтования и произвольном измерении предварительного натяжения. Изучено изменение натяжаіия и деформации нитей в растворе шлихты при разных режимах процесса проклеивший. Определены условия отсутствия провисания нитей при прохождении через шлихту.
-
Дана термодинамическая трактовка механизма пропитывания пряжи шлихтой, обобщающая известные результаты экспериментальных исследований, и предложена математическая модель процеоса пропитки. Указаны пути интенсификации процесса проклелвания и получения лучших технологических свойств шлихтованной пряжи, вытекающие из теоретических исследований. Предложено устройство (а.с.СССР
№ 861436) для регулирования времени пребывания пряжи в шлихте.
-
Уточнен и дополнен качественный анализ процесса формирования технологических свойств шлихтованной пряжи при сушке на камерных и многобарабанных шлихтовальных машинах. Установлено положительное влияние конвективных участков между сушильными барабанами на качество ошлихтованных основ. С учетом кинетики процесса разработана методика экспериментально-аналитического определения параметров сушки на шлихтовальных машинах, содержащих группу сушильных барабанов.
-
Разработан метод графического анализа взаимосвязи параметров сушки с параметрами отжима пряжи, позволяющий оптимизировать процесс шлихтования с целью повышения качества ошлихтованных основ путем надлежащего выбора влажности пряжи после отжима, скорости шлихтования и теплового режима зональной сушки.
8»-Предложен новый способ определения силы склеивания нитей в процессе шлихтования (а.с.СССР Ш 1344827) и показана возможность его использования для текущего контроля и стабилизации при-клея пряжи. С применением этого способа и разработанной математической модели процесса разделения склеенных нитей прутковым ценовый разделителем дано теоретическое обоснование оптимальных усло-.вий сухого разделения основ.
9. Изучены условия формирования ткацкого навоя на современных отечественных шлихтовальных малинах, включающие работу уплотняющего и рассеивающего механизмов и механизма наматывания. Получены аналитические формулы для определения усилия прессования намотки, усилия сопротивления скалки в зоне контакта с намоткой и .натяжения
наматываемых нитей в зависимости от текущего радиуса наматывания и давления воздуха в пневмокамере механизма уплотнения.
10. Разработана методика экспериментального определения условий выравнивания и увеличения плотности намотки, рассчиташой по текущим измерениям длины намотанные нитей и радиуса намотки, путем соответствующего изменения усилия прижима скалки к навою. Предложены и исследованы новые устройства (а.с.СССР Ш 77056Г, Б27637, 992522, 1253926) для улучшения качества намотки шлихто- ванной пряжи и повышения эффективности работы выпускной зоны шлихтовальной машины.
Предложена методика экспериментально-аналитического исследования структуры намотки и напряженного состояния паковок рулонного типа в зависимости от условий накатывания. Впервые дено теоретическое обоснование экспериментальной оптимизаций процесса шлихтования с применением прогнозирующих критериев, характеризующих качество ошлихтованных основ.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На основании проведенных исследований существенно углублены и расширена известные представления о процессах в различных зонах (секциях) плихтоваль-.' ной машины и о шлихтовании б целом. Созданное математическое опи- сание и шалив этих процессов обобщают и значительно дополняют ранее полученные отдельные результаты эпрубежных авторов и отечественных научных школ В.А.Гордеева, П.В.Власова, Д.Л.Парфенова и других ученых.
Полученные в работе теоретически** выводы и предложенные новые устройства (а.с. Ю 386030, 84S49I, 971477, II03U.4) обеспечивают решение проблемы малоотходного сматывания нитей в первой зоне шлихтовальной машины при равномерны натяжения, что создает условия нормализации процессов в последующих зонах. С учетом натяжения нитей, поступающих в клеевой аппарат, по полученным уравнениям определяется необходимый режим нетялісния в зоне г.роклеива-ния пряяи шлихтой. Результата исследования процессов в этой зоне позволяют осуществить стабилизации концентрации шлихты и приклея основной пряг.п, уточнить параметры шлихты и другие условия интенсификации пропитки. Предложенные методы расчета параметров сутаки и анализа взаимосвязи их с параметрами отжима пряжи давт возможность увязать технологические режимы клеевого и сушильного аппаратов с целью их оптимизации путем определенного выбора скорости шлихтования, степени отжима пряяси и теплового режима зональной
сушки. Это позволяет при меньшей расходе тепловой анергии на суш-"' ку и достаточно высокой производительное» шл'мтовапьной машины максимально повисить качество шлихтованных нитей и уменьшить их обрывность на ткацких станках.
Применение оптимальных параметров сухого разделения основ снижает разрушение оболочки шихты, а новый способ определения силы склеивания нитей (а.с.ССГ-Р К> 1344827), совмещенный с процессом разделения, может быть использован для текущего контроля и стабилизации прик.іЄя пряжи. Усовершенствовшн'ч конструкция ткацкого навоя (а.с.СССР № 1253926) позволяет улучпить режим натяжения основы и снизить отходи пряжи в конце ее срабатывания на ткацком стііке. Выполнение условий выравнивания и увеличения суммарной (интегральной) плотности намотки пряхи на навое в процессе ншатнвания с помощью разработанных устройств (а.с.СССР Ш 770561, 827637) и снижение истирающих воздействий на нити основы за счет применения новой уплотняющей скалки (а.с.СССР # 992622) повыаает качество сформировании: основ и эффективность работы выпускной зоны шлихтовальной мааины.
Таким образом, результаты исследований позволяют нормализовать и оптимизировать процессы на шлихтовальных машинах путем определенного выбора технологических параметров, совершенствования .узлов и механизмов шлихтовальных машин, а также путем разработки специальных автоматических устройств. При секционном (модульном) принципе проектирования и построения ш ихтовальных машин результаты диссертационной работы дают возможность наиболее полно учесть технологические требования в каждой зоне, осуществить технологическую увязку отдельных секций (модулей) и повысить эффективность шлихтования в целом. Оптимизация технологического процесса на шлихтовальных машинах с применением комплексных показателей технологических свойств шлихтованной пряжи (прогнозирующих критериев) гарантирует ще до ткачества выработку ткани с минимальной обрывностью.
Научные результаты диссертационной работы можно использовать как технологам, работающим в области эксплуатации и испытания .шлихтовального оборудования! так и конструкторам при создании новых шлихтовальных машин. Разработанные методы теоретического и теоретико-экспериментального исследования зоны проклеивания пряжи шлихтой, параметров сушки и отжима пряжи, зоны формирования ткацкого навоя и другие, предусматривающие использование необходимой информации о действующем объекте, могут служить основой для
отработки плгоритмов управления шлихтовальной маминой средствами' ЛТК и АСУТП с применением микропроцессорной техники. Эти методы могут быть использованы также для математического моделирования и анализа процессов на ЭШ.
Результат» исследований позволяют поднять на качественно новый уровень преподавание технологии ткачества по разделу "Шлихтование прятки" н текстильних вузах страны. Материалы работы внедрены в учебный, процесс (в курсовое и дипломное проектирова- ниє, УИРС, лекционные курсы и практические занятия).
Часть из полученных рекомендаций и разработанных устройств, в разные годы внедрены в Ленинаканском хлопчатобумажном производственном объединении "Лентекстилысомбинат" (Армянская ССР), Паневежиск^м производственном льняном объединении "Ліяае" (Литовская ССР), Елгавском Производственном объединений "Латвияс Лини" (Латвийская ССР), на Кобринской прядильно-ткацкой фабрике (Брестская обл.), а также ка Ивановских ткацких фабриках км. С.М.Кирова, Н.А.Квделева, 8 Марта и других предприятиях. Суммарный годовой экономический эффект, подтвержденный актами внедрения, справкой ВНЕЇІИ об использовании изобретений и публикациями в библиографической информации "Внедренные юсЗрегения", со-.' ставил около 240 тыс.рублей.
На основании патентного поиска и результатов проведении* исследования составлен проект исходных требований на лабораторную шлихтовальную машину, построенную по модульному принципу с учетом совершенствования процессов в различных зонах (отчет по теме № ГР 01.85.0040548). С целью последующего создания высокоэффективных шихтовальных малин этот проект передан отделу шлихтовального оборудования HIBKIffi (г.Иваново). Дальнейшее использование результатов исследований входит также в Программу совместных работ а рамках договора о международном нсучно-тех'иическсм сотрудничестве между Кванозским текстильным институтом им.М.В. Фрунзе и Польским HiuUVft?A'fifTrtitfrfwd(r.2ofl3b).
Апробация и публикация результатов работы. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Ло-вые научные разработки в области техники и технологии текстильного производства" (Иваново, 1979); на научном семинаре йвНИГИ "Теория и практика ткачества" (1979-1980 г.г.); на областных научно-технических конференциях (Иваново, 1977-1989 г.г.); на расширенном заседании Ученого совета инженерно-ткацкого факуль-
тета ИсТИ. (1987 г.); на заседании отдела плоскій текстильных материалов Польского научно-исследовательского института WtoAlenniectWd (Лодзь, 1969); на расширенном заседании Проблемного совета "Разработка теоретических основ процессов ткачества и совершенствование механизмов машин ткацкого производства" и кафедры ткачества ИвТИ (1990 г.); на расширенном заседании кафедры ткачества Костромского технологического института (1990 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Новое в технике и технологии текстильного прокгводства" (Иваново, 1990 г.). Отдельные конструктивные предложения диссертации демонстрировались на Всероссийской выставке "Текстильная и легкая промшленпость" (Иваново, 1983) и на областной ярмарке научно-технических идей (Иваново, 1987). Новые конструкции ряда механизмов зоны формирования ткацкого навоя для шлихтовальных машин экспонировались на ВДНХ СССР (Москва, 1986) и отмечены бронзовой недалью.
Основные материалы диссертационной работы изложены а отчетах НИР (№ ГР 75021240, 7Є052373, 76000685, 78030126, 78030129, 79059930, 8ІІ03693, 01.64.0037237, 01.Со.0040548, 01.86.0048156, 01.87.0055085), выполненных под руководством и непосредственном участии соискателя, и в 46 публикациях, включающих 12 авторских свидетельств на изобретения, монографии и 33 печатные статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из основной части и Приложений, обгеді-існньк в отдельный том. Основная часть работы изломеиа на 298 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав'(разделов) и общих выводов, содержит 81 рисунок, 21 таблицу и список использованной литературы из 443 наименований. Глава "Аналитический обзор литературных источников" (состояние вопроса) как таковая отсутствует. Фрагменты обзора, относящиеся к отдельным разделам работы, помещены в Приложения, на которые в основном тексте диссертации имеются соответствующие ссылки. Приложения занимают 453 страницы и включают в себя промежуточные математические вычисления, программы и результаты расчетов на ЭВМ, авторские свидетельства, расчеты экономического эффекта, акты и другие документы, подтверждающие внедрение результатов работы. В Приложения вынесены также часть теоретических и экспериментальных исследований, необходимых для решения поставленных: задач. Приложения отдельного тома содержат 72 рисунка и 52 таблицы.
![Исследование и анализ строения льняных тканей в процессах их изготовления и эксплуатации [Электронный ресурс]](/i/i/4506/169660.png "Исследование и анализ строения льняных тканей в процессах их изготовления и эксплуатации [Электронный ресурс] Томилова Ольга Валерьевна")
