Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований по обоснованию параметров технологии приготовления гребенной ленты 14
1.1. Методы обоснования технологических параметров 14
1.2. Анализ исследований о влиянии технологических параметров на результаты процесса вытягивания 15
1.2.1. Неровнотапо толщине, движение волокон и кривая утонения 16
1.2.2. Силы, действующие на волокна в вытяжном приборе 22
1.3. Анализ исследований о влиянии технологических параметров на результаты процесса гребнечесания 32
1.3.1. Простейший анализ сил чесания 32
1.3.2. Силы, действующие на волокна при обработке круглым, вертикальным гребнями и гребнем питания 35
Выводы по главе 48
2. Совершенствование методов определения напряжения сжатия продукта в активных рабочих зонах машин (АРЗМ) 51
2.1. Метод исследования 52
2.2. Результаты определения напряжения сжатия продукта, объемной плотности и массы образца в зависимости от чисел контактов 55
2.3. Определение напряжения сжатия на 1 мм одного волокна 63
2.4. Определение эмпирических коэффициентов с учетом массы 65
Выводы по главе 68
3. Разработка метода обоснования технологического режима работы ленточных машин 69
3.1. Обоснование оптимальной функции движения волокон, минимизирующей неровноту от вытягивания 69
3.1.1. Постановка задачи 69
3.1.2. Аналитические зависимости для определения отклонений фактических сдвигов волокон от идеальных 71
3.1.3. Метод анализа оптимальных вытяжек и функций движения волокон 77
3.1.4. Выбор функции движения волокон, минимизирующей отклонения фактических сдвигов от идеальных 78
3.2. Определение напряжения сжатия продукта в зонах действия ленточной машины 79
3.2.1. Определение напряжения сжатия в эластичном зажиме выпускной пары 80
3.2.2. Определение напряжения сжатия в зоне действия гребней (между рядами игл) 83
3.2.2.1. Определение толщины и объема мычки в поле вытягивания между гребнями 83
3.2.2.2. Распределение массы в поле вытягивания (кривая утонения) 88
3.2.2.3. Расчет объемной плотности и напряжения сжатия мычки в гребенном поле 93
3.2.3. Напряжение сжатия волокнистого продукта между иглами в гребенном поле 96
3.2.3.1. Исследование размеров плоских игл и частоты их расположения в гребенном поле 96
3.2.3.2. Определение степени сжатия, коэффициента заполнения и напряжения сжатия волокнистого продукта в межигольном пространстве 99
3.2.4. Определение напряжения сжатия в неконтролируемом пространстве поля вытягивания 106
3.3. Определение чисел контактов между волокнами продукта на ленточной машине 108
3.3.1. Воссоздание конфигурации волокон и расчет ее статистических характеристик 109
3.3.2. Результаты расчета чисел контактов, приходящихся на единицу длины одного волокна мычки в эластичном зажиме 115
3.3.3. Результаты расчета чисел контактов в поле вытягивания 117
3.3.4. Результаты расчета чисел контактов в неконтролируемом пространстве 119
3.4. Определение углов охвата в системе игл 120
3.4.1. Метод определения углов охвата в системе игл 120
3.4.2. Результаты расчета углов охвата в системе игл поля вытягивания. 123
3.5. Определение углов геодезического отклонения игл гарнитуры 125
3.5.1. Метод расчета углов геодезического отклонения 125
3.5.2. Результаты расчета углов геодезического отклонения 128
3.6. Определение напряжения ускоряющих и сдерживающих сил, действующих на волокна в поле вытягивания 128
3.7. Результаты расчета фактической функции движения и оценка эффективности процесса 130
3.8. Исследование процесса вытягивания с помощью тепловизионной техники 133
Выводы по главе 140
Разработка метода обоснования технологического режима работы гребнечесальной машины периодического действия 143
4.1. Определение доли волокон разных длин, обрывающихся при отделении 143
4.2. Определение напряжения сжатия продукта в зонах действия гребнечесальной машины периодического действия 145
4.2.1. Напряжение сжатия в межрядных пространствах гребня питания и вертикального гребня 146
4.2.2. Напряжение сжатие волокнистого продукта между иглами гребня питания и вертикального гребня 149
4.2.2.1. Исследование размеров плоских игл и частоты их расположения на гребне питания и вертикальном гребне 149
4.2.2.2. Определение степени сжатия, коэффициента заполнения и напряжения сжатия волокнистого продукта в межигольном пространстве 154
4.2.3. Напряжение сжатия в межрядном пространстве круглого гребня... 157
4.2.4. Напряжение сжатия между иглами круглого гребня 161
4.2.4.1. Исследование размеров плоских игл и частоты их расположения на круглом гребне 162
4.2.4.2. Определение степени сжатия, коэффициента заполнения и напряжения сжатия волокнистого продукта в межигольном пространстве круглого гребня 165
4.3. Исследование чисел контактов между волокнами продукта на
гребнечесальной машине периодического действия 167
4.3.1. Результаты расчета чисел контактов между волокнами в зонах обработки гребнем питания и вертикальным гребнем 168
4.3.2. Результаты расчета чисел контактов круглого гребня 172
4.4. Определение углов охвата в системе игл ГМПД 173
4.4.1. Результаты расчета углов охвата в системах игл гребня питания и вертикального гребня 174
4.4.2. Результаты расчета углов охвата в системе игл круглого гребня 175
4.5. Определение углов геодезического отклонения игл гарнитуры 178
4.6. Результаты расчета сил, действующих на волокна при отделении и определение доли обрывающихся волокон 178
4.7. Применение разработанного метода для оценки влияния скорости круглого гребня и загрузки питания на силы натяжения волокна при отделении 181
4.8. Влияние обработки водяным паром на натяжение волокон 184
4.8.1. Устройство для обработки волокнистого продукта паром на текстильной машине 184
4.8.2. Определение натяжения волокна после обработки водяным паром 188
4.9. Обоснование метода расчета оптимальной величины спайки при отделении 189
4.9.1. Метод расчета оптимальной величины спайки при формировании ленты 189
4.9.2. Результаты расчета оптимальной величины спайки 192
Выводы по главе 193
Выводы по работе 196
Список использованной литературы
- Анализ исследований о влиянии технологических параметров на результаты процесса вытягивания
- Определение напряжения сжатия на 1 мм одного волокна
- Аналитические зависимости для определения отклонений фактических сдвигов волокон от идеальных
- Напряжение сжатия в межрядных пространствах гребня питания и вертикального гребня
Введение к работе
Эффективность технологии прядения определяется эффективностью составляющих ее процессов. Одним из направлений ее совершенствования является научное обоснование технологических режимов производства пряжи.
По своим последствиям особое место в технологии занимают процессы вытягивания и гребнечесания. Этот этап технологии важен, так как от подготовки лент к гребнечесанию зависят результаты последнего - качество рассортировки волокон, их разрыв, качество получаемой гребенной ленты и пряжи. В процессе гребнечесания удаляются короткие волокна, мушки и сорные примеси, при этом неровнота гребенной ленты, ровницы и пряжи существенно зависит от условий ее формирования на гребнечесальной машине и условий процессов на последующих ленточных переходах. На этом этапе технологии выделяется наибольшее (до 20%) количество отходов (главным образом гребенного очеса). Сказанное выше предопределяет объект исследования - технологические режимы гребенной ленты.
Классическая технология приготовления гребенной ленты включает: рыхление и трепание, эмульсирование, чесание, I гребнечесание, крашение и глажение, II гребнечесание. Оба гребнечесания по целям и сущности составляющих их процессов являются близкими, поэтому в данной работе рассматривается I гребнечесание, предусматривающее обработку на ленточных и гребнечесальных машинах в их комплексе. Рыхление, трепание, эмульсирование, чесание, крашение и глажение в данной работе не рассматриваются.
В настоящее время наиболее распространенным методом обоснования технологического режима является эмпирический, основанный на обобщении опыта работы предприятий. Этот способ универсален, но его использование в условиях специфики технологий различных предприятий затруднено и требует уточнения параметров, часто рекомендуемых в виде диапазона величин.
Проведены многочисленные эксперименты по оптимизации работы отдельных машин, однако работа машин в комплексе не рассматривалась, результаты исследования основаны на локальных экспериментах при недостаточном использовании теории процессов.
8 В связи с этим целью настоящего исследования явилось научное обоснование параметров технологического режима приготовления гребенной ленты (I гребнечесание).
Для решения этой задачи в первой главе проведено изучение литературных источников по изучаемой проблеме. Целью этого этапа работы был анализ методов и результатов обоснования технологических режимов производства гребенной ленты.
Установлено: в настоящее время методы научного обоснования технологических режимов разработаны недостаточно; технологические параметры ленточных и гребнечесальных машин, приведенные в справочной и технической литературе, основаны на обобщении опыта работы предприятий, что исключает возможность достижения наивысшего эффекта в условиях большого многообразия конструкции машин и фирм-изготовителей этих машин; результаты исследований процесса вытягивания на ленточной машине содержат влияние параметров оптимизации (вытяжек, разводок, нагрузок, скоростей) на исследуемый критерий - неровноту по толщине - часто в скрытой форме; отсутствуют комплексные исследования, которые связывали бы неровноту лент по толщине, сдвиги волокон в процессе вытягивания, закономерности движения волокон, распределение массы мычки и действующие на волокна силы в вытяжном приборе ленточной машины; работа гребнечесальной машины должна быть оптимизирована по различным критериям: по степени сохранения длины волокон, по количеству гребенного очеса, очищающей способности и по неровноте ленты по толщине; вопросы очищающей способности и рассортировки волокон детально разработаны в исследованиях, выполненных проф. Музылевым Л.Т., влияние зоны сортировки и длины линейного питания на количество гребенного очеса и качественные показатели ленты изучено достаточно подробно в исследованиях проф. Дудника А.И., проф. Музылева Л.Т., к.т.н. Битуса Е.И.; - недостаточно изучено влияние загрузки рабочих зон волокнистым мате риалом, скорости машины, действующих сил на обрывность волокон при исполь зовании плоских игл и условий формирования прочеса на неровноту ленты.
Из результата анализа литературных данных следует необходимость обоснования технологических параметров ленточных и гребнечесальных машин на основе силового анализа процессов. Этот подход был использован в исследованиях кафедры технологии шерсти МГТУ им. А.Н. Косыгина при разработке методов модификации свойств составляющих ленту волокон, однако, в этих работах не использовались возможности улучшения процесса через параметры технологических режимов работы машин.
Для решения поставленной задачи необходимо: - по процессу вытягивания на ленточной машине: а) обосновать аналитически оптимальную функцию движения волокон при утонении продукта; б) обосновать метод расчета фактической закономерности движения волокон на основе сил, действующих на волокна в процессе вытягивания в зависимости от параметров процесса вытягивания: вытяжки, разводки, загрузки гребенного поля, нагрузки на выпускную пару; в) оценить степень близости фактической закономерности к оптимальной; - по процессу гребнечесания: а) обосновать зависимости обрывности волокон от загрузки питания и ско рости машины, которые влияют на силы, действующие на волокно в процессе их обработки на гребнечесальной машине; б) обосновать изменение неровноты продукта на выпуске гребнечесальной машины в зависимости от величины спайки и распределения массы порций вдоль продукта.
Общим методическим приемом при обосновании параметров технологического режима принят перебор на совокупности циклов различных сочетаний технологических параметров^ с выбором такого сочетания, который приемлем с позиции допустимых критериев технологического процесса (неровноты продукта по толщине, обрывности волокон).
Вторая глава содержит результаты исследования важнейшего параметра фрикционных процессов на ленточных и гребнечесальных машинах - напряжения поперечного сжатия волокнистого продукта. Исследования проводились методами физического моделирования.
В результате исследования: усовершенствован стенд для изучения напряжения сжатия волокнистых продуктов разных стадий обработки в зависимости от сжимающей нагрузки, массы образца и чисел контактов со сжимающей плоскостью; усовершенствованы методы определения напряжения сжатия продукта: а) расчетный метод, основанный на физических представлениях о процессе сжатия волокнистого продукта в эластичном зажиме; б) гравиметрический метод, основанный на взаимосвязи напряжения сжатия с объемной плотностью продукта в рабочей зоне машины; в) контактный метод, основанный на зависимости напряжения сжатия и оп ределяемого в зоне обработки числа контактов волокна со сжимающей поверхно стью; установлены экспериментальные зависимости напряжения сжатия ленты от массы единицы длины, объемной плотности продукта при различных нагрузках и числах контактов со сжимающей поверхностью; уточнена аналитическая зависимость для определения напряжения сжатия продукта в эластичном зажиме выпускной пары ленточной машины; разработана программа для определения напряжения сжатия в зажиме выпускной пары при различных комбинациях входных параметров (линейной плотности ленты, диаметра ленты, вытяжки, расстояния между ограничителями, количества лент).
Полученные результаты использованы для определения напряжения сжатия продукта в поле вытягивания ленточной машины и зонах обработки гребнечесальной машины периодического действия.
В третьей главе разработан метод обоснования параметров технологического режима ленточных машин.
Для решения этой задачи использованы: аппарат аналитической геометрии, интегрального исчисления, теории вероятности; метод обоснования оптимальной функции движения волокон; методы определения напряжения сжатия продукта: расчетный (зажим выпускной пары); гравиметрический (неконтролируемое пространство, зона гребенного поля); разработанный стенд для определения толщины волокнистой мычки в гребенном поле ленточной машины; оптический метод определения формы и размеров игл гребенного ПОЛЯ и расчета коэффициентов заполнения межигольного пространства; метод воссоздания проекций конфигурации волокна при различной степени сжатия продукта; программа для определения расположения волокна со случайной конфигурацией в системе игл; программа для расчета ускоряющих и сдерживающих сил, действующих на волокна в поле вытягивания; метод расчета угла геодезического отклонения для плоских игл; - метод анализа процесса вытягивания на базе тепловизионной техники. В результате исследования: получены аналитические выражения для расчета отклонений фактических сдвигов от идеальных (по серединам волокон), которые учитывают величины вытяжек на трех переходах ленточных машин, закономерности движения волокон, штапельный состав продукта; определены параметры, необходимые для расчета ускоряющих и сдерживающих волокно сил в поле вытягивания (напряжение сжатия в различных зонах вытяжного прибора, числа контактов, углы охвата игл волокном, углы геодезического отклонения, коэффициенты заполнения и др.); получены зависимости напряжения сил трения вдоль поля вытягивания для ускоряющих и сдерживающих сил в зависимости от параметров процесса вытягивания: вытяжки, разводки, загрузки гребенного поля, нагрузки на выпускную пару,
12 позволяющие обосновать фактическую закономерность движения волокон продукта при конкретном режиме его настройки; рассчитана закономерность движения волокон как результат действия соответствующих сил; оценена степень близости фактической закономерности к оптимальной с помощью критерия эффективности работы вытяжного прибора; оценено изменение количества тепла, выделяемого в поле вытягивания в результате трения волокон и рабочих органов, установлено качественное соответствие распределения количества тепла, выделяемого в вытяжном приборе и распределения сил трения на единицу длины поля вытягивания.
В четвертой главе разработан метод обоснования параметров технологического режима гребнечесальной машины периодического действия. Для решения этой задачи использованы: аппарат аналитической геометрии, интегрального исчисления, теории вероятности; метод расчета обрывающихся волокон разной длины в зависимости от распределения их по разрывной нагрузке; гравиметрический метод определения напряжения сжатия в системах игл круглого гребня, гребня питания и вертикального гребня; метод определения характеристик конфигурации волокна при различной степени сжатия продукта; экспериментально-расчетный метод определения форм и размеров сечений игл в зонах обработки продукта круглым гребнем, гребнем питания и вертикальным гребнем; программа для расчета сил, действующих на волокна в зонах обработки рабочих органов; метод обоснования величины спайки при формировании ленты на машине.
Использованные методы идентичны методам, использованным для определения сил, действующих на волокна в вытяжном приборе ленточной машины, но модифицированы применительно к условиям обработки продукта на гребнечесальной машине периодического действия.
13 В результате исследования: определены силы, действующие на волокна при обработке плоскими иглами круглого гребня, вертикального гребня и гребня питания; рассчитана доля обрывающихся волокон в зависимости от загрузки питания и скорости машины; предложено устройство для обработки лент водяным паром на выпуске ленточной машины, предшествующей гребнечесанию, позволяющее управлять свойствами волокон в процессе обработки продукта на гребнечесальной машине периодического действия; экспериментально-расчетным методом обоснована зависимость неровноты продукта в зоне спайки порций от величины последней и обоснована величина спайки, минимизирующая неровноту ленты по толщине.
В результате исследования разработан и применен метод автоматизированного расчета параметров технологических режимов ленточных и гребнечесальных машин периодического действия.
Анализ исследований о влиянии технологических параметров на результаты процесса вытягивания
Важнейшим показателем качества гребенной ленты является неровнота ее по толщине. Она является, в частности, результатом сложения неровнот, возникающих на каждом технологическом переходе, в том числе на ленточных и гребнечесальных машинах.
Правильный подбор заправки на ленточной машине в шерстопрядении для получения продукта с минимальной неровнотои оказывает влияние на протекание процесса прядения и получение продукта высокого качества. Изучалось влияние отдельных факторов на неровноту в прядении, но исследований, в которых рассматривалось бы влияние нескольких (более двух) факторов одновременно, недостаточно.
Утонение продукта в вытяжном приборе характеризуется кривой утонения. Являясь следствием движения волокон, распределения числа (массы) волокон вдоль поля вытягивания влияет на силы трения между волокнами, волокнами и рабочими органами, а последние предопределяют движение волокон. Такая взаимосвязь усложняет анализ процесса и подбор оптимального режима процесса. Влияние на силы трения осуществляется двумя путями: через массу волокон в каждом сечении продукта (при разной массе сопротивление ее поперечному сжатию в вытяжном приборе различно); через соотношение быстро и медленнодвижущих-ся волокон в каждом сечении, что влияет на вероятность контактирования конкретного волокна с каждой из этих групп волокон. Характер кривой утонения зависит от вытяжки, распределения волокон по длине в вытягиваемом продукте, функции движения волокон, неровноты входящего продукта и от стационарности протекания процесса вытягивания.
Глубокие теоретические исследования процесса и анализ неровноты проведен в работах [3-8]. Установлено: - при любой схеме движения волокон характер изменения толщины продукта в процессе вытягивания не изменяется (в частности, гармонические колебания толщины утоняемого продукта трансформируются в такие же по характеру колебания толщины утоняемого продукта); - амплитуды волн любой длины имеют наибольшие величины для предельных схем движения волокон, при которых момент изменения их скоростей соответствует положению переднего кончика волокна в зажиме выпускной пары или заднего в зажиме питающей пары; - наилучшие результаты процесса имеют место в том случае, если волокна изменяют скорость равными долями на участках поля вытягивания; - дополнительная неровнота, возникающая в процессе вытягивания, имеет тем большую величину, чем короче длина волн во входящем продукте; - изменение характеристики структурной неровноты исследуемого вида по определенному закону обуславливает аналогичную по характеру изменения структурную неровноту в утоненном продукте [6]; - нестационарное движение волокон, обусловленное периодическим включением в работу плоских гребней гребенного поля, приводит к тем большей не-ровноте утоненного продукта, чем больше степень его утонения [3,6].
Результаты этих работ свидетельствуют о том, что с увеличением вытяжки неровнота увеличивается, но характер этой зависимости в разных случаях получается различный. Конструкция прибора (распределение сил трения в нем, уплотнители и др. детали), температура и влажность воздуха определяет эффективность вытягивания и влияет на неровноту от вытягивания в большей степени, чем величина вытяжки, поэтому зависимость неровноты от одного фактора может быть разной при разных условиях работы разных вытяжных приборов.
Для оценки эффективности вытяжных приборов используют количественные характеристики [9], однако они не раскрывают характера закономерностей преобразования (видоизменения) колебаний неровноты продукта по линейной плотности входящего продукта; это возможно с помощью характеристик случайных функций: корреляционной, спектральной, градиента неровноты.
В работе [10] установлена взаимосвязь между неровнотой продукта и заправочными параметрами на ленточной машине. Эта задача решена методами факторного планирования эксперимента. При этом за оптимальный критерий была взята неровнота ленты, а в качестве независимых переменных факторов были приняты следующие: разводка, общая вытяжка на машине, загрузка гребенного поля. В результате исследования были выявлены условия получения ленты с наименьшей неровнотой и сделаны следующие выводы: - с увеличением вытяжки и разводки неровнота ленты возрастает, скорость возрастания неровноты ленты при малых вытяжках (6,8 V7,2) с увеличением раз водки примерно одинаковая; - с уменьшением разводки при той же загрузке неровнота увеличивается; - неровнота в большей степени зависит от изменения вытяжки и в меньшей степени от загрузки гребенного поля и разводки.
Определение напряжения сжатия на 1 мм одного волокна
Напряжения сжатия продукта в рабочих зонах машин определялось двумя способами: 1) расчетным методом с помощью программы для ЭВМ [92], приложение 1 [93]; 2) гравиметрическим методом, разработанным в учебно исследовательском комплексе «Фрикционные процессы в прядении» кафедры технологии шерсти МГТУ им. А.Н. Косыгина [75]. Согласно этому гравиметрическому методу в предварительном эксперименте определяется напряжение сжатия crN=a-rb, (3.30) где у - объемная плотность продукта, мг/мм3; a, b - эмпирические коэффициенты п.2.4. Эта зависимость используется для нахождения напряжения сжатия в рабочих зонах, в которых определяется. r(y)= v (3.31) ПУ) где т(у) - масса продукта на некотором интервале Ду, середина которого находится на расстоянии у от начала координат, мг; V{y) - объем продукта на интервале Лу, мм3. Таким образом, неизвестными параметрами для нахождения напряжения сжатия JN (у) являются т{у) и v{y). 3.2.1. Определение напряжения сжатия в эластичном зажиме выпускной пары Расчет напряжения сжатия в эластичном зажиме вытяжного прибора ленточной машины ЛМШ-220-1Т осуществляли с помощью разработанной программы, (приложение 1) [93-97].
Изменяя расстояние от диаметральной плоскости валика и цилиндра, можно варьировать следующие параметры: линейную плотность ленты (Тл), вытяжку (е), диаметр ленты (d), расстояние между ограничителями (N), а также менять конструктивные параметры: радиус цилиндра, радиус металлического основания, радиус валика и др.
В результате расчета получали значения толщины ленты в эластичном зажиме Тл(у) на различном расстоянии у от диаметральной плоскости валика и цилиндра; используя значения Тл(у) программа автоматически рассчитывается напряжение сжатия продукта тя {у).
В качестве примера приведены результаты расчета при изменении трех параметров программы: Тл = 24 ктекс, е = 6,7, d = 21 мм. Результаты расчета в зависимости от расстояния от диаметральной плоскости валика и цилиндра представлены в таблице 3.2.
Результаты расчета напряжения сжатия продукта в эластичном зажиме Ау 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-Ю lO-ll 11-12 Тл(у) 0,276 0,281 0,301 0,345 0,449 0,648 0,964 1,372 1,878 2,503 3,291 4,362 V 33,4 34,9 38,7 47,6 65,8 96,7 140,2 195,1 262,9 347,6 459,2 677,5 уЮ"4 5,387 5,153 4,646 3,781 2,735 1,861 1,284 0,923 0,685 0,518 0,392 0,266 сг-10-9 2060 1803 1321 712 270 85 28 10 4 2 1 0 а -Ю-9 1788 1495 1064 - - 41 - - - - - Примечание: Тл(у) - толщины ленты в эластичном зажиме, мм; о - напря-жение сжатия в эластичном зажиме, Н/мм ; у - объемная плотность в эластичном зажиме, г/мм3; V - объем в эластичном зажиме, мм3; у- расстояние от диаметральной валика и цилиндра, мм; а(у) - напряжение сжатия, Н/мм2,( а(у) - по расчетному методу; ст (у) —по контактному метод).
Влияние расстояния от диаметральной плоскости валика и цилиндра на напряжение сжатие -8,0 -6,0 -4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 у, мм Рис. 3.9 На основании полученных данных построен график зависимости напряжения сжатия ст(у) от расстояния от диаметральной плоскости валика и цилиндра (рис 3.9), при этом у=0 соответствует диаметральной плоскости валика и цилиндра (по расчетному методу).
График показывает, что максимальное значение напряжение сжатия имеет в диаметральной плоскости валика и цилиндра. В обе стороны от диаметральной плоскости напряжение сжатия уменьшается. Эти результаты в качественном отношении соответствуют [34].
Напряжение сжатия, просуммированное по всему пространству воздействия на мычку и вне зоны контакта продукта с цилиндром и валиком, дали суммарную нагрузку 3000 Н, что соответствует показаниям манометра на ленточной машине.
В соответствии с контактным методом [98] на основе полученной в модельном эксперименте зависимости (п.2.2. формула 2.6) при известном числе контактов в эластичном зажиме определили напряжения сжатия [99].
По порядку величин полученные значения напряжения сжатия в эластичном зажиме контактным методом соответствует значениям напряжения сжатия, полученного расчетным путем (таблица 3.2), однако, имеет место отличие, обусловленное следующими факторами: - свойствами дактилоскопической пленки, используемой для определения числа контактов; -при расчете числа контактов и зависимого от него напряжения сжатия не учитывались контакты, находящиеся на границах интервалов Ау.
Разработанный контактный метод определения напряжения сжатия позволяет оценить напряжение сжатия через число контактов. 3.2.2. Определение напряжения сжатия в зоне действия гребней (между рядами игл)
Определение толщины и объема мычки в поле вытягивания между гребнями Объемная плотность мычки рассчитывали по формуле 3.31. Объем мычки в гребенном поле вычисляется по следующей формуле V=S-K, (3.32) где S - ширина мычки в гребенном поле, мм; к - расстояние между рядами игл соседних гребенных планок, мм.
Для определения толщины мычки использовали приспособление, схема которого приведена на рис. 3.10.и 3.11.
Приспособление закрепляется перед выпускными цилиндрами и позволяет делать измерения толщины мычки необходимые для расчета на всем протяжении гребенного поля ленточной машины. В отверстия кронштейна 1 (рис.3.11) вставляются штифты 2, на концах которых закреплены щупы 3. Фиксирование штифтов со щупами (в приспособлении их число равно 12) осуществляется с помощью фиксатора 4.
Для определения положения срединной линии в поле вытягивания на машине без заправленного продукта поднимали верхнее гребенное поле. Тонкая нить 2 (рис. 3.10) закреплялась на питающих 3 и выпускных цилиндрах 4 при некотором натяжении. Штифты со щупами опускались до срединной линии и фиксировались, измерялась верхняя часть штифта, выступающая над держате 85 лем (hi). Величину hi определили по ширине гребенного поля трижды (центральное, левое и правое положения нити) и по трем результатам измерения hi находили средние значения.
Для определения величины h2 машину останавливали, поднимали верхнее гребенное поле. Определяли h2 в разных сечениях поля вытягивания как среднее для трех значений h2, измеряемых в разных местах по ширине мычки.
Толщина мычки вычислялась по следующей формуле T=2(h2-h0, (3.33) где hj - длина верхней части штифта, выступающая над держателем при положении кончика штифта (щупа) на уровне срединной линии, мм; h2 - длина верхней часть штифта, выступающая над держателем при контакте с волокнистом материалом, мм.
Расчеты толщины мычки проводили на основе средних по 10 испытаниям, для каждого из трех положений. Относительная ошибка при измерениях для разных значений вытяжки не превышала 4,9% при доверительной вероятности 0,95.
Аналитические зависимости для определения отклонений фактических сдвигов волокон от идеальных
Наряду с напряжением сжатия для определения натяжения волокон необходимо знать числа контактов, приходящихся на единицу длины одного волокна.
Определение числа контактов на единицу длины волокна основано на расчетном методе. Этот метод требует знания статистических характеристик конфигурации волокна: среднего квадратического отклонения ординат конфигурации и среднего квадратического отклонения ординат функции, полученной путем дифференцирования зависимости, отражающей форму конфигурации.
Для определения этих характеристик исследованы элементы конфигурации оптическим методом [75], по которым она воссоздана и использована для расчета этих статистических характеристик.
Исследованию подвергалась лента, выработанная по технологии ЗАО «Фря-новская фабрика» из шерсти мериносовой 64к I—II длины, сорно-пожелтевшей. Образцы ленты для испытания взяты после ее обработки на чесальной машине и после IV перехода ленточных машин. Технологический режим предприятия предусматривает в Гом гребнечесании два перехода (I и II) ленточных машин до греб-нечесания и два перехода (III и IV) после него.
Целью данного исследования является экспериментальное воссоздание формы конфигурации волокна и нахождение статистических характеристик при различной степени сжатия продукта, так как продукт в рабочих зонах машин сжат в разной степени. Исследование проводилось методом, изложенным в [75].
Элементы конфигурации волокна изучались при одноосном сжатии продукта в двух плоскостях: одна из них (аа) была расположена перпендикулярно к действию сжимающей нагрузки, другая - параллельно направлению сжатия (/3/3).
Для каждой из плоскостей проводились три серии опытов, соответствующих различной степени сжатия продукта. Пример первичных данных приведен в таблице 3.15. Число элементов для каждого значения коэффициента заполнения (Кз) - 150, общее число элементов для двух плоскостей - 900, а с учетом двух стадий обработки полуфабрикатов - 1800. Для обработки данных была создана и использована программа (приложение 2, [106]) [107].
Методика воссоздания конфигурации волокна состояла в следующем [75]: - из таблицы, случайным образом выбираются условный номер элемента конфигурации, его характеристики X, Y и знак для Y-координаты; - по этим данным в виртуальном режиме строились конфигурации волокон, складывая векторно отрезки элементов; - рассчитывали средние квадратические отклонения ординат конфигурации волокна и дифференцированной функции конфигурации волокна по следующей обобщенной формуле: Ill где X - среднее значение ординат конфигурации (во втором случае ординат дифференцированной функции конфигурации волокна); Xt - значение ординат соответствующей функции; п - число испытаний; - строится заданная система игл, на которую накладывается созданная конфигурация волокна.
Отметим, что статистические характеристики, которые находятся по формуле 3.52, играют важную роль при определении числа контактов между волокнами.
Эта методика использована в качестве концепции программы (приложение 2, [106]), специально разработанной для целей определения статистических характеристик конфигурации волокна, а так же для оценки углов охвата волокном со случайной конфигурацией системы игл.
Использованная в работе программа [66] для расчета числа контактов между волокнами требует знания зависимости указанных статистических характеристик от коэффициентов заполнения. По этой причине элементы конфигурации изучались при разных значениях коэффициента заполнения продуктом экспериментального устройства [75].
Коэффициент заполнения в устройстве для сжатия волокнистого продукта определяли по следующей формуле: где Х / суммарная площадь сечений всех волокон, находящихся в устройстве; S - площадь сечения полости устройства для сжатия образца; S„ - площадь сечения пластины для сжатия образца; п - число пластин (рис. 3.25).
Напряжение сжатия в межрядных пространствах гребня питания и вертикального гребня
Силы, действующие на волокна в процессе гребнечесания, предопределяют их натяжение и, в отдельных случаях - разрыв. Это явление может происходить как при прочесывании передних кончиков волокон иглами круглого гребня, так и при прочесывании их задних кончиков иглами гребня питания и вертикального гребня. Условия взаимодействия волокон продукта и рабочих органов в каждом из этих случаев существенно различны, в частности, различны напряжения сжатия продукта, числа контактов на единицу длины волокна и другие параметры, от которых зависят силы натяжения. Важнейшим фактором, предопределяющим величины сил трения в зонах обработки и обрывность составляющих продукт волокон, является напряжение его сжатия.
Нижеследующие эксперименты и расчеты проведены для гребнечесальной машины периодического действия (ГМПД) модели 1603 - одной из машин, используемых на фабриках гребенного прядения.
Объемная плотность определялась по следующим зонам: а) в коробке питания; б) между коробкой питания и отделительными цилиндрами.
Для определения объемной плотности продукта в коробке питания определяли объем ее полости. Необходимые для этой цели размеры указаны на рис. 4.2, и их значения приведены в таблице 4.1.
Эти данные показывают, полость коробки питания имеет сложную форму, поэтому вычисление ее объема осуществлялось по частям (таблица 4.2).
Сечение холстика от коробки питания до отделительных цилиндров, в момент их максимального приближения к коробке питания, принято треугольным с вершиной в зажиме отделительных цилиндров. Начало отсчета по оси у было помещено в диаметральную плоскость питающего цилиндра машины, при этом начальное сечение коробки питания С С удалено от начала отсчета на 220 мм.
Извлеченный из зоны обработки холстик разрезался по участкам, границы между которыми совпадали с расположением рядов игл. Для дальнейших расчетов использовали средние значения масс по результатам 10 испытаний на каждом участке, что обеспечивало относительную ошибку в 3,1%, при доверительной вероятности 0,95. По формуле 3.31 определили значения объемных плотностей для межрядных пространств гребня питания и вертикального гребня.
Таким образом, в коробке питания имеет место неравномерное сжатие продукта, а между коробкой питания и вертикальным гребнем напряжение сжатия на три порядка выше, чем в коробки питания, что объясняется резким уменьшением объема продукта на этом участке.
В зонах действия игл имеет место уплотнение продукта с учетом частоты игл, размеров их сечений, массы материала.
Методика определения напряжения сжатия сім(у) в межигольном пространстве аналогична методике для ленточной машины (п. 3.2.3.) и включала: исследование геометрических размеров игл; определение степени сжатия волокнистого продукта в межигольном пространстве; вычисления коэффициентов заполнения и объемных плотностей продукта между иглами - у(у) с последующим определением напряжения сжатия между ними (гравиметрический метод, глава 2).
Метод исследования размеров плоских игл описан в п. 3.2.3.1. Проекции игл позволяли определять ширину (по большим поперечным размерам - hmax) и толщину (по меньшим поперечным размерам - hmin). Проекции были получены при увеличении 15х для игл гребня питания и при увеличении 22х для игл вертикального гребня. Формы игл приведены на рис. 4.4.
Исследования проводились с помощью штангенциркуля и миллиметровой бумаги. Основные размеры получили непосредственным измерением конструктивных параметров гребня питания. Частоту набора игл определили путем накалывания миллиметровой бумаги на иглы.Методика определения степени сжатия на скругленном участке аналогична методике описанной в п. 3.2.3.2. для ленточной машины. Степень сжатия определяется отношением (3.41).
Для расчетов по аналогии с ленточной машиной рассматриваем типичные сечения игл гребенного поля (по высоте - срединное положение волокна в продукте). Плоские иглы имеют два участка в сечении: скругленный и линейный.
Значения коэффициентов заполнения двух соседних зон межрядного пространства, разделенных исследуемым рядом игл известно (см. п. 4.2.1); для расчета по формуле 3.45 в качестве величины коэффициента заполнения Кз принимали среднее для этих зон. Результаты расчетов межигольных коэффициентов заполнения для типичных сечений игл рабочей зоны приведены в таблице 4.6.
В таблицах индексы у величин степени сжатия (S), коэффициентов заполнения (К), напряжений сжатия (а) в межигольных пространствах обозначают: i=l соответствует значениям величин на линейных участках сечений игл; 1=2—5 -скругленных участках типичных сечений игл,. і=6 - в межрядном пространстве.
В соответствии с методикой, изложенной в п. 3.2.3, определяли объемные плотности продукта в различных сечениях межигольного пространства, а по формуле 3.30 находили его напряжение сжатия.
Бородка взаимодействует в разные моменты времени с разным числом рядов игл, а именно, с бородкой взаимодействуют три иглы - положения игл 1, 2, 3. В процессе работы Гм игла из положения 1 передвигается, занимает положение Ги взаимодействие с бородкой прекращается, при этом иглы 2 и 3 так же занимают новые положения 2 , 3 . Именно при этой ситуации рассчитывали силы натяжения. Кривизной поверхности круглого гребня пренебрегаем.
Линия A J соответствует медиане ДАСИ, тогда волокно, расположенное в плоскости аа, в которой располагается и медиана A J, можно рассматривать как типичное. Отметим, что фактическая форма бородки может отличаться от рассматриваемой в силу гибкости составляющих бородку волокон. Иглы располагаются под углом к плоскости аа, поэтому сечения игл не симметричны относительно оси рр (рис. 4.11).
Сечение иглы представляет собой фигуру, которая ограничена двумя полуокружностями с радиусами ri и г2 (причем гі Гг) и соединяющими их отрезками АС и ВД. Передней (по ходу продукта) чешущей частью иглы является участок АВ с радиусом гь
По мере поворота круглого гребня форма и размеры сечений игл круглого гребня, которые обрабатывают бородку, меняются. Для учета этого определили углы, проведенные к основаниям игл из центра сечения круглого гребня.
Похожие диссертации на Разработка метода автоматизированного проектирования технологического режима приготовления гребенной ленты
