Содержание к диссертации
Введение
I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1. Основные направления развития конструкции узла барабан-шляпки чесальных машин 8
1.2. Оценка смешивающей и выравнивающей способности чесальных машин 14
Выводы 29
II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ УЗЛА БАРАБАН-ШЛЯПКИ НА СУЩЕСТВУЮЩИХ ЧЕСАЛЬНЫХ МАШИНАХ 30
2.1. Движение пучка волокон между двумя чешущими гарнитурами 30
2.2. Определение оптимальных скоростных режимов шляпочных полотен на чесальной машине марки ЧВД-4 41 Выводы 50
III. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ШЛЯПОЧНОГО ПОЛОТНА 53
3.1. Обоснование выбора конструкции шляпочного полотна 53
3.2. Описание работы шляпочного полотна 57
IV. ДВИЖЕНИЕ ВОЛОКОН В ЧЕСАЛЬНОЙ МАШИНЕб ОСНАЩЕННОЙ
ЦИЛИВДРИЧЕСКИМИ ШЛЯПКАМИ 67
4.1. Движение волокна в чесальной машине как Марковский процесс 67
4.2. Вероятностная модель движения волокна в чесальной машине с цилиндрическими шляпками.. 75
4.2.1. Прямой ход шляпочного полотна 75
4.2.2. Обратный ход шляпочного полотна 84
4.3. Сравнительный анализ движения волокон в чесальной машине при плоских и цилиндрических шляпках.. 8?
4.4. Распределение волокон между главным барабаном и
цилиндрическими шляпками в чесальной машине 88
Выводы 92
V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЧЕСАЛЬНОЙ МАШИНЫ
С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ШЛЯПКАМИ 93
5.1. Методика и результаты исследования шляпочного полотна новой конструкции в лабораторных условиях.. . 93
5.2. Исследование работы чесальной машины с цилиндрическими шляпками в условиях Ликинской прядильно-ткацкой фабрики 101
5.2.1. Работа цилиндрических шляпок с сороудалителем... НО
5.3. Определение свободного пространства между соседними цилиндрическими шляпками 115
5.4. Выравнивающее действие чесальной машины с цилиндрическими шляпками 118
5.5. Определение величины неровноты пряжи с помощью
спектрограмм 119
Выводы 123
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 125
ЛИТЕРАТУРА 127
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Основные направления развития конструкции узла барабан-шляпки чесальных машин
- Движение пучка волокон между двумя чешущими гарнитурами
- Обоснование выбора конструкции шляпочного полотна
- Движение волокна в чесальной машине как Марковский процесс
- Методика и результаты исследования шляпочного полотна новой конструкции в лабораторных условиях..
Введение к работе
Основными направлениями развития народного хозяйства на 1980-1985 годы [I] и на период до 1990 года предусматривается ускорение научно-технического прогресса в легкой промышленности с целью совершенствования техники и технологии, снижения количества отходов, увеличения объема производства и улучшения качества выпускаемой продукции. Для решения поставленной задачи требуется создание новых высокоэффективных технологических процессов и прогрессивного оборудования.
Оцной из проблем, решение которой способствует выполнению заданий одиннадцатой пятилетки, является эффективность использования всех сырьевых и материальных ресурсов. Необходима четкая программа, предусматривающая сокращение расхода всех ресурсов на единицу изделий, уменьшение всех видов угаров, идущих в отходы и организацию безотходного производства. Каждый процент экономии сырья в целом по отрасли за год позволяет снизить себестоимость и, следовательно, увеличить прибыль более чем на 700 млн.руб.
Актуальность темы. При пневмомеханическом способе прядения к качественным показателям ленты предъявляются более высокие требования, особенно к засоренности и разъединенности комплексов волокон, чем при кольцевом способе прядения.
Увеличение удельного веса хлопка машинного сбора повышенной засоренности значительно обостряет проблему повышения качества чесальной ленты. Переработка такого хлопка характеризуется повышенной запыленностью, что создает значительные трудности при пневмомеханическом прядении. Увеличенная запыленность волокна приводит к интенсивному забиванию желоба прядильной камеры машин типа ДЦ-200 и увеличивает обрывность пряжи.
Чесальная машина в технологическом процессе при кардоче-сании является последним звеном, осуществляющим очистку хлопкового волокна и разъединение комплексов волокон. Основным узлом, осуществляющим процесс чесания в чесальной машине, является узел барабан-шляпки. На этом основании одной из задач является задача исследования движения пучка волокон между чешущими гарнитурами барабана и шляпок, а так же определение оптимальных скоростных параметров шляпочных полотен чесальных машин, при которых в зоне действия шляпочного полотна происходит наиболее эффективный процесс чесания.
Недостаточная жесткость плоской шляпки препятствует уменьшению разводки между гарнитурами барабана и шляпок.
Быстрый износ колосников шляпок приводит к частой замене шляпочных полотен, что, в свою очередь, оказывает влияние на увеличение производства шляпок и увеличение металлоемкости чесальных машин.
Применение в разработанной нами конструкции шляпочного полотна с цилиндрическими шляпками, оснащенными ЦМДЛ, улучшает расчесывающую способность чесальной машины и способствует получению более ровного продукта - чесальной ленты. Предлагаемый метод удаления сорных примесей вместе с дисперсной пылью из прочеса облегчает условия работы машин типа БД-200 и снижает обрывность в прядении.
Цель и задачи исследования предусматривали теоретическое и экспериментальное изучение работы узла барабан-шляпки чесальных машин, оценку технологических возможностей данного узла по выравнивающей способности и влиянию различной скорости шляпочных полотен на неровноту и засоренность чесальной ленты. В соответствии с этим решались задачи исследования влияния скоростного режима шляпочного полотна на технологические параметры чесальной ленты, а также количество и качество выделяемых угаров, теоретического определения условий разъединения комплексов волокон в узле барабан-шляпки. Исследовалось действие созданного шляпочного полотна на качественные показатели чесальной ленты и пряжи. Теоретически определялась формула кратности чесания для созданного шляпочного полотна.
Задачи исследования предусматривали также разработку рекомендаций по оптимальным скоростным параметрам работы узла барабан-шляпки и изыскание путей, обеспечивающих получение наиболее ровной и чистой чесальной ленты.
Методика работы включает теоретические и экспериментальные методы исследований. Первые применялись при изучении движения волокон в узле барабан-шляпки и изучении воздействия шляпок на процесс чесания. Штимальные скоростные параметры работы шляпочного полотна определялись современными методами математического планирования. Показатели качества полуфабриката и пряжи оценивались по стандартным методикам или с помощью специальных методов исследований, например, неровнота чесальной ленты определялась с помощью фотоэлектрического датчика, соединенного с ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в том, что автором впервые разработано и испытано шляпочное полотно с цилиндрическими шляпками, которое способствует снижению количества отходов на чесальной машине, повышению качественных показателей чесальной ленты и снижению обрывности вырабатываемой из нее пряжи.
Теоретически получена формула, определяющая кратность чесания на чесальной машине, оснащенной шляпочным полотном с цилиндрическими шляпками, а также формула, определяющая количество волокна между соседними цилиндрическими шляпками.
Практическая ценность. Исследования проводились в чесальном цехе Ликинской прядильно-ткацкой фабрики. За счет внедрения чесальной машины с цилиндрическими шляпками снизилась неровнота чесальной ленты и обрывность в прядении, повысилась производительность пневмомеханических прядильных машин. Получен экономический эффект в сумме 4920 рублей на одну чесальную машину в год.
Реализация работы. Чесальная машина, оснащенная шляпочным полотном с цилиндрическими шляпками внедрена на Ликинской прядильно-ткацкой фабрике.
Результаты разработки и исследования чесальной машины с цилиндрическими шляпками рекомендуются к использованию конструкторами и изобретателями при создании новых высокопроизводительных чесальных машин и модернизации существующего чесального оборудования.
Испытания в условиях Ликинской прядильно-ткацкой фабрики подтвердили преимущества изготовленного нами узла по сравнению с серийным.
Основные научные разработки можно использовать в учебном процессе текстильных вузов.
Основные направления развития конструкции узла барабан-шляпки чесальных машин
В настоящее время машиностроительными заводами выпускаются в основном чесальные машины для хлопка малого габарита с диаметром главного барабана 680 мм.
В виду того, что на машинах большого габарита шляпок в работе находится значительно больше, чем на машинах малого габарита ( соответственно 40 и 24 ), возникает вопрос: на каких машинах выше эффективность прочесывания волокон в узле главный барабан-шляпки.
Проф. Г.И.Карасев [2J определил, что эффективность чесания в узле главный барабан-шляпки на чесальных машинах зависит от суммарной дуги прочеса, которая пропорциональна углу обхвата барабана шляпками, времени пребывания волокон на главном барабане и линейной скорости главного барабана. Им найден коэффициент сравнения суммарных дуг прочеса на различных машинах где L - коэффициент, показывающий, во сколько раз сум марная дуга прочеса шляпок одной машины больше или меньше суммарной дуги прочеса шляпок другой машины; углы обхвата барабана шляпками; линейные скорости главных барабанов.
Ери одинаковой линейной скорости главных барабанов прочесывающая способность шляпок больше у той машины, где больше центральный угол оС , против которого расположены рабочие шляпки.
На прочесывающую способность шляпок при всех прочих равных условиях оказывает влияние не количество шляпок, находящихся над барабаном в работе, а коэффициент использования гарнитуры главного барабана, на который указывал С.Ф.Иванюшин [3] .
За рубежом пытались создать чесальную машину ( рис.1.1 ) с учетом обхвата шляпками главного барабана значительно большим, чем на существующих машинах [4] .
Однако, сложность в конструкции этой машины не позволила осуществить широкое применение ее в производстве.
Расчесывающее и очищающее действие шляпок на чесальной машине для хлопка было исследовано [ б] при обработке хлопка на шляпочной чесальной машине. Количество шляпочных оческов, располагающихся на шляпках, было определено с учетом времени, втечение которого шляпки находятся в работе, расположения шляпок и состава шляпочных оческов.
Из полученных данных был сделан вывод, что скорость движения шляпок влияет на массу шляпочных оческов, но не влияет на массу выпадающего сора. Увеличение скорости шляпок не улучшает очищающей способности, хотя выход угаров увеличивается.
Движение пучка волокон между двумя чешущими гарнитурами
В связи с широким внедрением пневмомеханического способа прядения возросли требования к процессу чесания в отношении лучшего разделения комплексов волокон, очистки их от сорных примесей, степени распрямленности и коэффициента вариации чесальной ленты.
Поскольку в узле барабан-шляпки происходит основной процесс чесания волокнистого материала, большой интерес представляет вопрос движения пучка волокон между гарнитурами барабана и шляпок.
Известно, что чесальная машина, наряду с очисткой хлопковой массы от пороков, при определенных условиях сама образует пороки в виде мельчайших закатанных комочков хлопка, которые принято относить к категории "узелков". При тупой или порченой гарнитуре, а также при перегруженных рабочих органах в-прочесе наблюдается большое количество пороков. Такой прочес прядильщики называют "горохом".
В данной главе освещается вопрос движения пучка волокон, находящегося не только во взаимодействии лишь с двумя зубьями или иглами, как это рассматривалось ранее авторами ряда теоретических работ [47], [48] , но оказавшегося между двумя зубчатыми или игольчатыми поверхностями. В связи с этим покажем, за счет чего происходит погружение волокон в глубь чесальных гарнитур, в том числе и самотормозящих, а так же попытаемся объяснить с точки зрения механики причину образования дополнительных пороков в виде "узелков".
Как известно, для исключения порчи покрытий рабочих органов, последние друг от друга устанавливаются на определенном расстоянии так, что волокна при движении все время соприкасаются с поверхностями, имеющими относительное движение и различные шероховатости. При движении волокон в соприкосновении с этими поверхностями возникают силы трения, которые в технологическом процессе разъединения и очистки волокон, а также образования новых пороков играют решающую роль.
Рассмотрим движение волокон под действием какой-либо системы сил между двумя чесальными гарнитурами, например, между барабаном и шляпками, приняв гарнитуры последних за шероховатые поверхности с определенными коэффициентами трения. Причем, между этими поверхностями обязательно будем учитывать зазор ( разводку ), поскольку он существует в действительности и на ход технологического процесса оказывает определенное влияние.
Обоснование выбора конструкции шляпочного полотна
Известные конструкции чесальных машин для хлопка, как правило, в качестве основного узла чесания волокон оснащаются полотнами с плоскими игольчатыми шляпками, охватывающими некоторую часть окружности вращающихся игольчатых барабанов и совершающими относительно поверхности этих барабанов собственное поступательное движение или закрепленными неподвижно.
В чесальных машинах для шерсти и длинных химических волокон игольчатые поверхности вращающихся барабанов взаимодействуют преимущественно с игольчатыми поверхностями валиков, вращающихся вокруг собственных неподвижных осей.
Процесс чесания волокон в этих узлах осуществляется за счет воздействия на волокна расположенных в непосредственной близости друг от друга и совершающих относительное движение игольчатых поверхностей плоских шляпок или валиков и игольчатых поверхностей барабанов.
Как полотна с плоскими игольчатыми шляпками, так и игольчатые валики, взаимодействующие с вращающимися игольчатыми барабанами и составляющие вместе с этими барабанами основные узлы чесания волокон, обладают рядом недостатков как технологического, так и конструктивного плана.
Ввиду постоянной загруженности волокном игольчатого полотна плоские шляпки обладают недостаточной смешивающей, расчесывающей и очистительной способностью. Поэтому в ряде случаев, особенно при безверетенном способе прядения и в меланжевом производстве, применяют двойное чесание или используют двух-барабанные чесальные машины с двумя шляпочными полотнами. Чесальные машины, оснащенные плоскими шляпками, обладают недостаточной выравнивающей способностью на коротких отрезках чесальной ленты.
Недостаточная жесткость плоской шляпки, а также искривление ее игольчатой поверхности во время эксплуатации, не позволяют сохранять стабильными малые разводки между игольчатыми поверхностями шляпок и барабана. По этой же причине плоские шляпки препятствуют оснащению ими широких чесальных машин, рабочая ширина которых более 1000 мм.
Долговечность колосника плоской шляпки недостаточна, так как сухое трение скольжения опорных платиков шляпок о гибкие дуги барабанов приводит к быстрому износу платиков.
Процесс изготовления плоской шляпки, который включает в себя, как правило, отливку колосника из чугуна, правку, обработку и обтяжку его игольчатым полотном, трудоемкий и дорогой. Кроме того, при изготовлении колосника шляпки большой процент колосников уходит в брак.
При переработке коротких химических волокон на чесальных машинах с плоскими шляпками большое количество годного волокна удаляется в виде шляпочного очеса в отходы, что приводит к удорожанию продукции. Большое количество прядомых волокон удаляется вместе со шляпочным очесом и при чесании хлопка. Имеются и другие недостатки, присущие чесальным машинам с плоскими шляпками, которые затрудняют повышение производительности процесса чесания волокон и сдерживают улучшение качества продукции.
class4 ДВИЖЕНИЕ ВОЛОКОН В ЧЕСАЛЬНОЙ МАШИНЕб ОСНАЩЕННОЙ
ЦИЛИВДРИЧЕСКИМИ ШЛЯПКАМИ class4
Движение волокна в чесальной машине как Марковский процесс
Случайный процесс, протекающий в какой-либо физической системе S , называется Марковским ( или процессом без последствия ), если он обладает следующим свойством : для любого момента времени to вероятность любого состояния системы в будущем ( при Ъ Go ) зависит только от ее состояния в настоящем ( при t = Ъо ) и не зависит от того, когда и каким образом система S пришла в это состояние ( иначе : при фиксированном настоящем будущее не зависит от предыс тории процесса - от прошлого) [51]
Впервые применил к процессам чесания цепи Маркова F, Monfort [52] . Изучение процесса обработки волокон с помощью чесальной машины привело его к мнению о том, что работа этой машины соответствует общему классу вероятностных процессов, названных процессами Маркова. Волокна проходят через цепи состояний, которые названы "адсорбированными", и, обращаясь к известным теоретическим приемам - матрицам; можно получить совокупность различных результатов, касающихся чесальной машины.
Есть различные цепи Маркова ; те, которые рассмотрены здесь, называются "адсорбирующими". Состояние в цепи Маркова называется адсорбирующим, если система не может покинуть это состояние, раз оно уже достигнуто. Цепь Маркова называют адсорбирующей : I. Если она содержит по крайней мере одно адсорбирующее состояние ;
2. Если из любого другого состояния возможно перейти в адсорбирующее, хотя и не обязательно во время одной стадии. Изучение цепей Маркова привело к перестановке матрицы Матрица Р разделена на четыре субматрицы. Субматрица J есть матрица идентичности ( % X % ) ; соседняя справа ( % X S ) - нулевая матрица. Квадратная субматрица Q ( S X 5 ) играет важную роль потому, что мы можем вычислить новую матрицу /V - ( J Q ) , которая называется основной матрицей, из нее мы можем дедуктировать ряд свойств для изучаемой цепи Маркова. F.Monfort рассмотрел процесс, связанный с передвижением волокна на валичнои чесальной машине с одним барабаном и четырьмя рабочими валиками.
Состояния, рассматриваемые при прохождении волокна через валичную чесальную машину включают 4 пункта чесания : с I по ІУ ( рабочие и чистительные валики не показаны на схеме ).
Каждое состояние ведет к двум возможным переходам :
а) состояние ОТ Ef до 4 из состояния L.1 возможно два перехода - или возврат к состоянию Ei , или переход к следующему состоянию Ej. ;
б) состояние Es до момента контакта главного барабана и съемного : здесь два перехода - Es -Ев или Е 5 - Ej . В первом случае волокно поглощается съемным барабаном, который затем выводит его из чесальной машины без возвращения на главный барабан. Во втором случае волокно не попадает на съемный барабан, а остается на главном. Состояние Ев называется адсорбирующим ( поглощающим ), а состояния от Ef до Eg -переходными.
Каждое волокно, попавшее в пункт чесания, будет или подобрано рабочим валиком, или останется на барабане, этот процесс случайный. Для каждого волокна есть в среднем вероятность г быть подобранным рабочим валиком. Эта вероятность, которая является функцией разводки игольчатых частей машины при чесании названа "приемной" мощностью рабочего валика ( сокращенно П.М.).
Операции на съемном барабане представляются аналогичными операциям на рабочем валике.
Величины Р могут быть определены за счет П.М. различных моментов чесания для чесальной машины, которая в устойчивом состоянии перерабатывает определенное количество волокна, и эти величины соответствуют измереншм величинам вероятности переходов при моменте чесания L
Методика и результаты исследования шляпочного полотна новой конструкции в лабораторных условиях..
Шляпочное полотно новой конструкции смонтировано на чесальной машине ЧМД-4 в лаборатории кафедры прядения натуральных и химических волокон Ивановского текстильного института им.М.В.Фрунзе.
Плоские шляпки второго главного барабана машины ЧЩ-4 были заменены цилиндрическими. На рис. 5.1 ( вид слева по ходу продукта ) и 5.2 ( вид спереди ) изображена чесальная машина ЧВД-4, оснащенная цилиндрическими шляпками.
На рис. 5.3 и 5.4 изображены цилиндрические шляпки, оснащенные цельнометаллической пильчатой гарнитурой. Опорные ролики на этих шляпках расположены с внутренней стороны от шляпочных тяговых цепей. Для обеспечения вращения шляпок вокруг собственных осей за счет сил трения между щеками барабана и шляпками на концах последних сделаны бортики I с накаткой, на которые надеваются элластичные покрытия 2 ( рис. 5.3 ).
При проведении эксперимента часть шляпок оснащалась гарнитурой А-5, а остальные гарнитурой А-3. Для очистки работающих шляпок от шляпочного очеса применялось устройство, показанное на рис. 5.4.
Методика проведения эксперимента предусматривала исследование состава шляпочного очеса, полученного с контрольного варианта машины ЧВД-4 ( оба шляпочных полотна оснащены плоскими шляпками ) и с опытного варианта ( второе шляпочное полотно оснащено цилиндрическими шляпками ). Линейная скорость второго шляпочного полотна в обоих вариантах изменялась на четырех уровнях : 89 мм/мин, 106 мм/мин, 133 мм/мин, 159 мм/мин.
Скорость первого шляпочного полотна оставалась неизменной во всех вариантах. В каждом варианте при всех четырех уровнях скоростей шляпочного полотна очес отбирался с 60-ти шляпок. Затем он пропускался через анализатор угаров АХ-М.
