Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Литературный анализ работ, посвященных наматыванию и разматыва нию мотальных паковок 11
1 -1 Общий принцип формирования мотальных паковок
11
1.2 О качестве намоток мотальных паковок 21
1.3 О влиянии натяжения нитей, сматываемых с бобин, на процессы ткачества и вязания 29
1.4 Влияние некоторых факторов на процесс сматывания нити с бобины , 34
Выводы по главе I 41
ГЛАВА .II. Разработка и исследование структур намоток, обеспечивающих опти мальный процесс их разматывания 44
2Л О принципе формирования бобин замкнутой и сомкнутой намотки 43
2.2 Исследование изменения удельной плотности намотки бобин сомкнутой структуры 51
2.3 Исследование процесса формирования бобин спиралевидной структуры намотки 56
2.4 Исследование процесса формирования бобин ракетной формы с сомкнутой структурой намотки
Выводы по главе II 71
ГЛАВА III. Исследование процесса сматывания нитей с бобин различной струк туры намотки 74
3.1 О влиянии некоторых факторов на процесс сматывания нити с бобин различной структуры намотки... 74
3.2 Исследование процесса сматывания нити с бобин различной структуры намотки 3
3.3 Исследование процесса сматывания ЇШТИ с конических бобин сомкнутой намотки, применяемых в качестве 92 уточных паковок на ткацких станках СТБ
3.4 Исследование процесса сматывания уточной нити с бобины ракетной формы намотки на станке СТБ... 1 2
Выводы по главе III 112
ГЛАВА IV. Анализ эффективности процесса сматывания нити с бобин различной структуры 115
4.1 Технико-экономический анализ укрупнения уточной паковки на бесчелночных ткацких станках 115
4.2 Расчет экономического эффекта от внедрения бобин сомкнутой структуры намотки на ткацких станках СТБ , ,,« в качестве уточных паковок
Выводы по главе IV 140
Общие выводы 142
Литература
- О влиянии натяжения нитей, сматываемых с бобин, на процессы ткачества и вязания
- Исследование процесса формирования бобин спиралевидной структуры намотки
- Исследование процесса сматывания нити с бобин различной структуры намотки
- Расчет экономического эффекта от внедрения бобин сомкнутой структуры намотки на ткацких станках СТБ , ,,« в качестве уточных паковок
Введение к работе
Структура мотальных паковок характеризуется их формой и расположением витков на поверхности мотальной паковки. Она должна обеспечивать требуемую прочность (устойчивость к рассыпанию) при механических воздействиях, необходимую плотность, равновесность, воздухо и гидропроницаемость намотки.
Наиболее прочной является мотальная паковка крестовой намотки, называемая бобиной. Эта паковка в отличие от паковки параллельной намотки может удерживаться на патроне без фланцев и с нее возможно осевое сматывание нити без вращения самой паковки (бобины). Последнее обстоятельство позволяет значительно повысить производительность сновального, вязального и ткацкого оборудования.
Наибольшая плотность наблюдается у бобин сомкнутой структуры намотки, характеризующейся тем, что витки на поверхности паковки лежат вплотную друг к другу. В этом случае на бобине помещается наибольшая длина нити при тех же габаритах бобины. Это обстоятельство позволяет повысить КПВ сновальных, вязальных машин и ткацких станков, увеличить их производительность и снизить отходы (угары) производства.
Равновесность намотки характеризуется ее способностью удерживать на своей поверхности витки от спадания за счет сил трения, возникающих между витками и поверхностью паковки Наиболее устойчиво витки удерживаются на поверхности тогда, когда они располагаются по геодезическим линиям. Эти линии отличаются тем, что они являются кратчайшими линиями между двумя любыми точками поверхности, т.е. это линии угол геодезического отклонения которых равен нулю. На развертке поверхности геодезические линии превращаются в прямые. Однако не все поверхности развертываемы (например, шаровая поверхность нераз-вертываемая). В этом случае геодезическими линиями являются большие окружности шара. Мотальный механизм должен быть спроектирован так, чтобы наматываемые витки располагались по линиям близким к геодезическим или по линиям совпадающими с геодезическими. В этом случае при разматывании мотальной паковки будет наблюдаться наименьшее количество слетов с поверхности паковки, высокая производительность оборудования и незначительные отходы сырья (угары). Если мотальные паковки в последующем подвергаются крашению (отбеливанию) или используются в качестве пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров, то они должны обладать соответствующей воздухо и гидропроницаемостью. Наилучшими с этой точки зрения являются паковки - слоисто-каркасной структуры.
В то же время структура намотки паковок должна обеспечивать оптимальный процесс их разматывания.
Под оптимальным понимается такой процесс сматывания нити с мотальной паковки, при котором обеспечивается высокая скорость сматывания, наблюдается наименьшая обрывность сматываемой нити, постоянный режим ее натяжения и получается высококачественный полуфабрикат или изделие (сновальный валик, секционный навой, трикотажное изделие или полотно, ткань).
Процесс сматывания нитей с мотальных паковок на современных машинах (сновальных машинах, уточно-мотальных авто- матах, бесчелночных ткацких станках, трикотажных машинах) далек от оптимального.
При высоких скоростях сматывания нитей с бобин на современных сновальных машинах и бесчелночных ткацких станках образуется большое количество слетов витков с поверхности бобин и, вследствие этого, наблюдается большая обрывность сматываемых нитей. Это обстоятельство обусловлено не только формой образующегося баллона, но и структурой намотки бобин.
Повышенная обрывность, сматываемых с мотальных паковок нитей приводит к увеличению отходов (угаров) ценного сырья, снижает производительность оборудования (вследствие снижения КПВ) и ведет к повышению себестоимости вырабатываемых тканей и изделий. Обеспечение постоянного режима натяжения нити при сматывании ее с мотальной паковки имеет актуальное значение. Возрастание натяжения уточной нити по мере уменьшения диаметра намотки бобины приводит к недолетам прокладчиков утка на бесчелночных ткацких станках СТБ, а, следовательно, к образованию недоработанных до конуса патрона бобин (образованию начинков), увеличению отходов пряжи, снижению производительности труда и повышению себестоимости вырабатываемой продукции.
На трикотажных машинах изменение натяжения нити по мере сматывания бобины приводит к изменению длин нити в петлях и, следовательно, к ухудшению качества вырабатываемых изделий.
Неодинаковое натяжение нитей при сновании приводит к образованию бугристой (нецилиндричной) намотки сновального валика или секционного навоя. Последнее обстоятельство вызывает необходимость усиленного торможения валиков на шлихтовальной машине для того, чтобы короткие нити, лежащие во впадинах намотки, вытянулись до длинных нитей, лежащих на вершинах бугров. Натяжение всех сматываемых нитей в этом случае не будет одинаковым и приведет к различной их вытяжке на шлихтовальной машине. Нити, получившие наибольшую вытяжку, потеряют свои упругие свойства и будут обрываться при переработке на ткацком станке.
Немаловажное влияние на процесс сматывания нитей с бобин оказывает плотность их намотки. Сматывание нитей с бобины, обладающих малой удельной плотностью намотки, как правило, сопровождается образованием большого числа слетов и, следовательно, большой обрывностью. Это связано с тем, что в бобинах слишком мягкой намотки витки вышележащих слоев слабо связаны с витками нижележащих слоев (силы трения между ними невелики) и, поэтому верхние витки легко слетают при сматывании. Размотку бобин мягкой структуры можно вести лишь при незначительных скоростях.
Форма намотки бобин также оказывает существенное влияние на процесс сматывания с них нитей. Наилучшие условия для сматывания обеспечиваются тогда, когда бобины имеют коническую форму. В этом случае витки, сматываемые с большого торца бобины, не задевают витки, лежащие у малого торца и не вызывают их слета.
При разматывании бобин сомкнутой структуры наблюдается наименьшее число слетов, так как число витков в объемном слое намотки являются наибольшим и срыв такого слоя затруднителен.
Целью настоящей работы является разработка и исследование структур намотки бобин, обеспечивающих наибольшую эффективность их дальнейшего использования и оптимальный процесс сматывания с них нити.
В связи с этим в работе решаются следующие задачи: проводится литературный анализ работ, посвященных формированию и исследованию различных структур намотки пряжи на паковки; проводится анализ работ, посвященных исследованию процесса сматывания нити с мотальных паковок различных структур; исследуется существующие типы мотального оборудования, обеспечивающие формирование мотальных паковок оптимальной структуры; разрабатываются и исследуются новые структуры мотальных паковок, обеспечивающие наибольшую эффективность их дальнейшего использования и оптимальный процесс сматывания с них нити; исследуется влияние структуры намотки бобин на процесс сматывания с них нитей; определяется оптимальная скорость сматывания нитей с мотальных паковок различных структур; исследуется процесс изменения натяжения уточной нити при переработке бобин на бесчелночных станках СТБ; производится определение экономической эффективности использования мотальных паковок сомкнутой структуры намотки в ткацком производстве.
О влиянии натяжения нитей, сматываемых с бобин, на процессы ткачества и вязания
Таким образом, на прецизионных мотальных машинах угол скрещивания витков постепенно уменьшается по мере наматывания бобины, поэтому очень важно правильно выбрать его начальное значение (исходя из условия равновесности намотки). Намотки часто используются в качестве пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров. В этом случае они должны обладать соответствующей воздухо и гидропроницаемостью. Последние зависят от структуры намотки мотальной паковки, которая может быть замкнутой, сомкнутой и застилистой.
Наконец, отметим, что нить, намотанная на паковку, находится в напряженно-деформированном состоянии и прогнозирование ее дальнейшего поведения (изменения прочности, потерю упругого удлинения, изменения жесткости и т.д.) представляет большой теоретический и практический интерес.
Впервые изучением напряженно-деформированного состояния нитей на трикотажных машинах занимался профессор В.П. Щербаков [7]. Было показано, что зависимость между деформацией и напряжением в текстильных нитях выражается интегральным уравнением. Используя слабосингулярное ядро А.Р. Ржаницина и его резольвенту при решении интегрального уравнения, профессор В.П. Щербаков дал реальную картину поведения нити в любой отрезок времени.
Дальнейшее развитие вопросов, связанные с напряженно- деформированным состоянием нитей в процессе ткачества с учетом фактора времени получили в работах профессора С.Д. Николаева [8]. Профессор С.Д. Николаев, выявив особенности поведения текстильных материалов в ткачестве, используя теорию вязко-упругости Больцмана, дал математическое описание напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке. Автор, проанализировав метод логарифмических совмещений для определения вязкоупругих параметров при растяжении, разработанный М.А. Колтуновым [9], указал его недостатки и предложил более простой метод, основанный на экспериментальных данных при исследовании релаксации напряжений, возникающих в нити.
К.т.н. М.В. Назарова [10], используя теорию профессора В.П. Щербакова и С.Д. Николаева, провела эксперимент на универсальной разрывной машине ФП-10 и получила величины вязкоупругих параметров для хлопчатобумажной, лавсановой и комплексной нитей.
По полученным данным вязкоупругих параметров нитей проведен расчет их натяжения по упругой и вязкоупругой модели с учетом фактора времени. Результаты расчетов натяжения нитей по упругой и вязкоупругой моделям отличаются на значительную величину (расхождение от 20 до 50 %). Следовательно, для точности расчетов целесообразно использовать формулы натяжения нити, которое учитывают ее вязкоупругие свойства.
К.т.н. М.В. Назарова исследовала натяжение и обрывность различного вида нитей (хлопчатобумажных, лавсановых, комплексных) и пришла к выводу, что на натяжение и обрывность существенное влияние оказывает структура намотки бобин. Натяжение нитей, сматываемых с бобин играет исключительную роль в процессах ткачества и вязания.
Недостаточное натяжение уточной нити на бесчелночных ткацких станках увеличивает уработку ее в ткани, повышая расход утка и изменяя структуру ткани. Кроме того, при малом натяжении уточной нити на поверхности ткани могут образовываться петли и происходить ложные остановы станка из-за срабатывания уточных контролеров.
При слишком большом натяжении уточной нити могут происходить ее обрывы и образовываться слеты витков с поверхности срабатываемых бобин. Кроме того, в этом случае наблюдаются остановы станка из-за недолетов прокладчиков утка.
Исследование процесса формирования бобин спиралевидной структуры намотки
Бобины сомкнутой структуры намотки обладают высокой и равномерной плотностью и разматываются при малой обрывности сматываемой нити. Они с успехом могут быть использованы в сновании, вязании и в ткачестве (в качестве уточных паковок).
Бобины замкнутой структуры намотки обладают малой плотностью, неравномерной как в осевом, так и в радиальном направлении паковки. Разматывание их невозможно при высоких скоростях ввиду образования большого количества слетов и большой обрывности сматываемой нити. Однако из-за наличия на своей структу V ресквозных пор они могут быть использованы при крашении, отбе-ливании и запаривании пряжи в бобинах.
Поры бобин обычной замкнутой структуры намотки располагаются по нормалям к поверхности намотки, а места пересечения витков, намотанных при ходе нитеводителя в ту и другую сторону в одних и тех же точках поверхности паковки. Последнее обстоятельство обусловливает резкое повышение плотности намотки в указанных точках, вибрацию бобины или укатывающего валика в процессе формирования паковки и, как следствие этого, ухудшение физико-механических свойств наматываемой нити и качества намотки паковки. Особенно сильно указанное влияние проявляется при формировании намоток с малой степенью замыкания (при р 5). Вследствие указанных причин нити целесообразнее всегда перематывать в бобины спиралевидной структуры намотки (рис.2.5), у которых поры имеют спиралевидную форму (рис.2.6.), а точки пересечения витков смещены по поверхности намотки бобины на расстояние: 0 у —-. Спиралевидные намотки занимают проме sin — 2 жуточное положение между замкнутыми и сомкнутыми намотками. Для /?- замкнутых намоток угол сдвига между витками т и (р+т)— парами слоев намотки. УЧр+т = 360 (2Л6) где т=1;2;3;...- номер текущей пары слоев намотки; р = 1; 2; 3;... - степень замыкания намотки; Z -0; 1 - кратность замыкания намотки.
В первом случае (при знаке «плюс» перед ус) имеем опережающую, а во втором случае (при знаке «минус» перед у/с) — отстающую сомкнутую намотку. Требуемый для получения намотки сомкнутой структуры угол сдвига витков может быть определен по формуле: 180 2d л Ус = -5-7 гРадУсов где d — диаметр наматываемой нити; D - диаметр намотки бобины; /?- угол скрещивания витков. Для существующих толщин перематываемых нитей угол сдвига изменяется в диапазоне от 2 до 5. У бобин спиралевидной структуры угол сдвига витков при опережающей намотке: 36Q-Z + ifrc -yrmp+mi-36Q-Z, (2.18) При отстающей намотке: 360.z mj/7+m 360-z- /c, (2.19) У опережающей намотки спирали закруглены по часовой стрелке (рис.2.6), а у отстающей - против часовой стрелки (рис.2.9,6). На рисунке 2.7. показан механизм образования пор спиралевидной опережающей намотки. Витки (р+т)— пары слоев намотки здесь частично (в нашем случае наполовину) лежат на витках и т пары слоев, в результате чего образуется своеобразные спиралевидные соты. Радиус намотки бобины может быть определен по формуле [27]: V I , Tip {4о) 2miylOS г = Аг0 + + ІЧІ ., см, (2.20) где г0- радиус патрона, на который наматывается нить, см; hK= шаг канавки кулачка нитеводителя, см; к //-размах нитеводителя (высота намотки бобины), см; к - общее (полное) число оборотов кулачка нитеводителя за один его двойной ход; Т— линейная плотность наматываемой на бобину нити, текс; у- удельная плотность намотки нити на бобину, г/см3; р- угол поворота бобины, радиан.
Исследование процесса сматывания нити с бобин различной структуры намотки
Известно [35], что на процесс сматывания нити с бобин обычной застилистой структуры существенное влияние оказывает скорость сматывания и диаметр намотки. Отмечено[36], что с увеличением скорости сматывания и уменьшением диаметра намотки бобин возрастает натяжение, увеличиваются число слетов и обрывность сматываемых нитей.
Однако остается неисследованными вопрос о формировании и влиянии на процесс сматывания такой структуры намотки бобин, при которой обеспечивалась бы наибольшая производительность процесса и наблюдалось наименьшее число слетов витков с поверхности паковок.
Нами был экспериментально исследован процесс сматывания нитей с бобин застилистой, сомкнутой и сотовой намоток, и определена оптимальная скорость сматывания для каждой из указанных структур. Для производства эксперимента была использована установка, схема которой показана на рисунке 3.3, а внешний вид на рис. 3.4. Нить, сматываемая с бобины 2 огибает направляющий глазок балочки 3, включенной в цепь из шлейфового осциллографа 4 и усилителя 5. В дальнейшем, сматываемая с бобины нить проходит между приводным барабаном 6 и укатывающим роликом 7. Приводной барабан 6 получает вращение через ременную передачу от электродвигателя постоянного тока 8, позволяющим изменять час тоту его вращения, а, следовательно, и скорость сматывания нити в широких пределах.
Частота вращения якоря электродвигателя регулировалась реостатом 10, а частота вращения приводного барабана 6 определялась по спидометру 11, соединенному с последним тросиком. Линейная скорость сматывания нити с бобины определялась по формуле, [м/мин]: v = xD6n6, (3.9) где D6 - диаметр приводного барабана, м; щ - частота вращения приводного барабана, мин _1. При эксперименте использовалась х/б пряжа с линейной плотностью 25 текс и крученая х/б пряжа толщиной 150 текс (25x2x3). Бобины застилистой намотки были сформированы на мотальной машине М-2. Бобины сомкнутой и замкнутой (сотовой) намотки формировались на мотальной машине «Бандомат» фирмы Georg SAHM (Германия). Расстояние L между точкой схода нити с бобины и направляющим глазком балочки во всех случаях составляло 600 мм.
В ходе эксперимента записывались осциллограммы изменения натяжения сматываемых нитей при различных диаметрах намотки бобин и при различных скоростях сматывания. Фрагмент осциллограмм показан на рисунке 3.5, где : а) осциллограмма изменения натяжения сматываемой нити с бобины застилистой структуры намотки (с М-2) при значении диаметра намотки бобины Dcp — 17,5 см; и скорость сматывания v= 550 м/мин; б) осциллограмма натяжения сматываемой нити с бобин сомкнутой структуры намотки; в) осциллограмма, снятая при работе с бобины замкнутой структу ры (двадцатитрехзамкнутой) намотки при Dcp = 17,5 см; и ско рость сматывания и = 400 м/мин;
Анализ осциллограмм показывает, что характер изменения натяжения нитей сматываемых с бобин различной структуры зависит от:
а) числа витков в одном объемном слое намотки бобин (на что ука зывает число пиковых значений натяжения на отрезке осцилло грамм отснятых за одно и то же время сматывания t);
б) линейной плотности пряжи (чем выше линейная плотность пе рематываемой пряжи, тем выше значения ее натяжения, при всех прочих равных условиях).
Полученные в ходе эксперимента данные обсчитывались по методике изложенной в работе [3.7] и сводились в таблицу 3.1
Анализ экспериментальных данных и значений таблицы 3.1. показывает, что с увеличением скорости сматывания нити с бобины и уменьшением ее диаметра для всех видов намоток натяжение сматываемой нити возрастает. Особенно сильное возрастание наблюдается у бобин замкнутой (сотовой структуры).
На рис. 3.6 показан характер возрастания натяжения нитей, сматываемых с бобин застилистой (кривая 1), сомкнутой (кривая 2) и замкнутой (кривая 3) структур намотки при Dcp % см в зависимости от скорости сматывания.
Расчет экономического эффекта от внедрения бобин сомкнутой структуры намотки на ткацких станках СТБ , ,,« в качестве уточных паковок
Бобины формировались из смешанной оческовой пряжи (80% льняных волокон и 20 % вискозных штапельных волокон) линейной плотности 150 текс.
Параметры всех подготовленных бобин сведены в таблицу 4.2. Анализ данных таблицы 4.2 показывает, что размеры паковок с машин МЛС-2 и «Бандомат» мало отличаются, но из-за того, что на машине «Бандомат» были сформированы бобины сомкнутой структуры намотки, удельная плотность бобин увеличилась в 1,27 раза, масса бобины возросла в 1,38 раза, а длина нити увеличилась на 38,5 %.
На машине «Макромат» также были намотаны бобины сомкнутой структуры, кроме того размеры этих бобин больше, чем на машине МЛС-2. Так объем пряжи на бобине увеличивается в 1,42 раза по сравнению с объемом пряжи на бобине с машины МЛС-2. Удельная плотность намотки бобин на машинах «Бандомат» по сравнению с МЛС-2, увеличилась в 1, 27 раза, масса на бобине возросла в 1,81 раза. В результате длина нити на бобине стала больше на 81,2%.
На машине «Фостер» за счет увеличения объема паковки удельная плотность бобины увеличилась в 1,67 раза. Объем пряжи возрос в 1,25 раза. Масса пряжи на бобине стала больше в 2,06 раза. В результате длина нити на бобине увеличилась на 105,6 %.
После перематывания все бобины были запарены в запарной камере в условиях льнокомбината при фабричном режиме запаривания, (выдержка пряжи в камере составляла 40 минут, при температуре 45 С.
Затем поступили в ткацкий цех, где были сработаны в качестве уточных паковок на станке СТБ-4-330 при выработке льняной каркасной ткани. Для того, чтобы исключить влияние неучтенных факторов в процессе ткачества бобины при перематывании были пронумерованы и срабатывались на ткацком станке по ряду случайных величин.
В процессе ткачества были получены следующие результаты, изложенные в таблице 4.3; 4.4; 4.5 и 4.6.
Анализируя данные таблиц, следует отметить, что при срабатывании бобин, сформированных на машине МЛС-2, наблюдалась самая высокая обрывность уточной пряжи. Это объясняется их рыхлой структурой, малой удельной плотностью намотки бобин, обусловленной неоднородностью намотки бобин по плотности (переуплотнения торцевых участков бобин). Льняная пряжа обладает большим коэффициентом сцепления и трения. Поэтому при срабатывании на станке, когда нить с бобины подается неравномерно и с большой скоростью происходит сцепление витков и образуется «слет» - срыв объемного слоя нитей, от чего и происходит обрыв утка. Также обрывность наблюдалась из-за пороков прядения и перематывания. Так как наблюдалась высокая обрывность пряжи, то и процент угаров в данном случае был самый большой. С уменьшением диаметра намотки бобины при срабатывании нити на станке отмечались частные недолеты прокладчиков утка из-за резкой неравномерности и значительной величины натяжения сматываемой нити, причиной здесь также является неудовлетворительная структура намотки. Это не давало возможности дорабатывать бобины до конца. В результате процент остатков пряжи на патронах — «начинки» оказался самый высокий.
При срабатывании бобин, полученных на машине «Бандомат» наблюдалось снижение обрывности пряжи на 29,5 %. Это объясняется тем, что удельная плотность сомкнутой намотки в осевом и радиальном направлении паковки распределяется более равномерно, чем у бобин несомкнутой (застилистой) структуры, что улучшает процесс сматывания с бобины нити из-за исключения заклинивания витков при сходе с торцевых участков паковки. Обрывность же наблюдалась в основном из-за пороков прядения. Уменьшение обрывности вызвало понижение процента угаров в 2,9 раза. Улучшение структуры намотки также позволило уменьшить массу остатков пряжи на патронах - «начинки» в 1,4 раза. Применение сомкнутой намотки позволило увеличить длину нити на бобине, поэтому количество полученных уточин из каждой бобины возросло на 46%, по сравнению с бобинами с машины МЛС-2.
Срабатывание бобин, полученных на мотальной машине «Фостер» затруднений не вызывало, процесс ткачества протекал нормально. С каждой бобины было наработано уточин на 135% больше, чем с бобин сформированных на машинах МЛС-2. Уменьшение обрывности произошло на 2,3 %. Процент же угаров уменьшился в 2,6 раза. Это обусловлено тем, что в данном случае удельная плотность намотки бобин значительно больше, чем у бобин застилистой структуры и не было слетов.
