Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Повышение качества выпускаемой продукции и эффективности производства в текстильной промышленности связано с совершенствованием технологических процессов, в том числе со снижением неровной и обрывности в прядении и уменьшением вытяжки ткани (трикотажа) при отделке.
В прядильном производстве полуфабрикаты при своем формировании транспортируются по различным деталям машин. Они проходят длинные расстояния от питания до вытяжных приборов, а затем до паковок, огибают разнообразные направляющие, проходят по разным поверхностям и под действием сил натяжения подвергаются растяжению. Вследствие этого появляется неконтролируемая (скрытая) вытяжка, которая способствует образованию дополнительной неровноты и увеличению обрывности.
Основной путь ее снижения - совершенствование формирующих устройств, а также упрочнение самих продуктов прядения и соответствующее изменение их структуры. Эффективным средством решения этих вадач является придание продуктам ложной крутки (крутки в зонах подачи (транспортирования)). В качестве рабочего органа, создающего крутящий момент, используются неподвижные крутильные органы.
Критический анализ научных работ в области текстильного произ-
водства позволяет сделать вывод, что они в основном посвящены изучению процессов, происходящих в рабочих зонах машин прядильного, ткацкого, трикотажного и отделочного производств. В прядении, например, весьма глубокие исследования проведены по разрыхлению, трепанию, смешиванию, кардочесанию и гребнечесанию, вытягиванию, сложению и кручению продуктов, неровноте, наматыванию и некоторым другим процессам.
При этом вопросам подачи (транспортирования) текстильных материалов уделено значительно меньше внимания в литературе, и ряд вопросов, связанных с механическими воздействиями направляющих, формирующих и транспортирующих органов на волокнистый материал, не изучен до настоящего времени, хотя характер силового воздействия в значительной мере предопределяет технологию производства и качество текстильных изделий.
Весь процесс механического прядения состоит в том, чтобы из волокон сформировать непрерывный, равномерный по линейной плотности и однородный по составу волокнистый поток - ленту. При этом волокна должны Сыть максимально распрямлены и ориентированы вдоль оси ленты. Затем эту ленту следует постепенно утонить, применяя различные меры, чтобы при этом она оставалась равномерной, и, наконец, тонкую волокнистую ленточку закрутить, превратить в пряжу и намотать на паковку. Полученная таким образом достаточно тонкая равномерная и прочная пряжа используется для получения ткани (переплетением), трикотажа (вязанием) или ниток, шнуров, фалов (кручением и плетением).
Таким образом, важнейшим процессом в прядении является формирование равномерного по линейной плотности, однородного по составу потока (ленты) из волокон, ориентированных вдоль оси ленты. В то же время и подача (транспортирование) материалов в машинах прядильного производства играет важную роль, обеспечивая выполнение технологического процесса обработки полуфабрикатов. От тщательности выполнения этой операции зависит не только качество перемещаемого полуфабриката, но и ход главнейшего процесса прядения - вытягивания.
До настоящего времени в технологии прядения подача текстильных материалов к рабочим органам машин не сформировалась как самостоятельная задача (и научное направление), а сама операция подачи не рассматривалась с позиции возможной благоприятной структурной перестройки продукта. Взгляд на подачу текстильного материала до настоящего времени' во многом упрощен. Она рассматривается как вспомогательная операция, ничего Не меняющая в свойствах и в структуре материала.
На основании опубликованных работ установлено, что потенциальные возможности процесса подачи в прядении й отделке до конца не реализованы.- До сих пор не существует единой теоретической концепции, в рамках которой описывалось бы поведение текстильных материалов при их механическом перемещении.
Поэтому представляется важным и своевременным сформировать и развить направление, изучающее (рассматривающее) процесс перемещения (подачу) как один из чажнейших этапов процесса прядения, осуществляющий не только доставку, но и формирование равномерного по линейной плотности и однородного по составу волокнистого потока (ленты, ровницы). ' В отделочном производстве суровую ткань и трикотаж обрабатывают
как расправленным полотном, так и в форме жгута. Хлопчатобумажные и льняные ткани в жгуте отбеливают, красят и промывают. Шелковые ткани и трикотаж отваривают, промывают, красят и отжимают. Кроме непосредственной обработки, ткань часто транспортируется жгутом от машины к машине путем протаскивания ее тянульными устройствами по направляющим деталям (элементам машин). Известно, что при обработке тканей и трико-тачіа жгутом наблюдается ряд негативных явлений. Одним ив них является закручивание жгута в процессе его технологической проводки по машинам и от машины к машине и как следствие - высокая вытяжка (до 15) и повреждение ткани (трикотажа). К сожалению, процесс подачи на всех машинах не имеет общей теоретической основы. Необходима универсальная теория механики полуфабрикатов, нити и жгута ткани, с помощью которой можно решать любую конкретную задачу транспортирования текстильных материалов.
Работа посвящена разработке новой теоретической концепции . формирования волокнистых материалов в текстильном производстве, Предусматривающей формирование продукта в процессе его перемещения (подачи) к рабочему органу машины для выполнения технологической операции, создание и внедрение в производство высокоэффективных способов и средств формирования текстильных материалов и на основе этого- повышение качества пряжи, ткани, трикотажа и искусственного меха.
Работа выполнена в рамках программы ГКНТ при СМ СССР (проблема N 0.37.02), программ научно-исследовательских работ Минтекстильпрома и Минлегпищемаша РСФСР, общероссийских межвузовских научно-технических программ "Текстиль России", "Ресурсосберегающие технологии в легкой промышленности" и в соответствии с тематическими планами исследований Ивановской государственной текстильной академии на 1977 - 1897 гг.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Главные цели диссертационной работы:
-
создание теории подачи материалов в зоны обработки, с помощью которой можно решать любую прикладную задачу исследования и проектирования механических параметров полуфабрикатов, нити и ткани в текстильных процессах и машинах;
-
разработка новой теоретической концепции формирования волокнистых материалов, которое осуществляется в процессе перемещения их к рабочим органам машин для выполнения технологической операции;
-
разработка прикладных методов расчета механических параметров продукта в современных прогрессивных процессах прядильного, ткацкого и отделочного производств текстильной промышленности;
-
вскрытие сущности явления крутки текстильного материала при протаскивании его через неподвижный крутильный орган (кольцо, бортик, стержень, спиральный и геликоидные вьюрки, воронку и т.д.); .
-
создание и внедрение в производство высокоэффективных способов формирования текстильных материалов и на основе этого повышение качества пряжи, ткани, трикотажа и искусственного меха.
В процессе реализации поставленных целей решены следующие основные задачи:
1) уточнен ряд теоретических положений кинематики и динамики текстильного материала в процессе его перемещения транспортирующими и
направляющими органами машин;
-
проведены теоретические и экспериментальные исследования природы взаимодействия текстильного материала с промежуточными направляющими и транспортирующими органами машины;
-
выполнены прикладные расчеты натяжения, деформации, формы, скорости, крутки и других параметров текстильного материала в процессе его подачи в зоны основных технологических операций;
" 4) вскрыта сущность явления крутки текстильного материала при протаскивании его через неподвижный крутильный орган (кольцо, бортик, стержень, спиральный или геликоидный вьюрок, воронку и т.д.);
-
разработаны и исследованы новые способы формирования волокнистых материалов для основных машин текстильного производства;
-
показана целесообразность использования спиральных, трубчатых, кольцевых и геликоидных вьюрков в качестве" формирующих устройств на чесальных, гребнечесальных, ленточных, ровничных, прядильных и вязальных машинах;
-
разработаны методика и устройства для определения усилия протаскивания ленты через вьюрки, крутящего момента в продукте и времени накапливания крутки в набегающем участке ленты;
-
разработана методика проектироваия спиральных вьюрков, даны рекомендации по выбору материалов для НСВ и их изготовлению;
-
проведено комплексное, обобщенное исследование основных способов формирования ленты на чесальных, гребнечесальных, ленточных, ровничных, прядильных и кругловязальных машинах в шерстопрядении, хлопкопрядении, льнопрядении и производстве искусственного меха;
10) установлены причины закручивания ягута ткани в процессе проводки его по отделочным машинам и разработан комплекс методов по устранению кручения трикотажа (и ткани) в процессе технологической обработки;
11) рассмотрены некоторые вопросы механики нити в технологических процессах бесчелночного ткачества (на ткацком станке АТПР).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, дифференцииальной, аналитической и начертательной геометрии, теории дифференциальных уравнений в обыкновенных и частных производных, методы теоретической механики, механики идеально гибкой нити, теории упругости и текстильного материаловедения. Решение уравнений выполнено аналитическими методами и численными методами с применением ЭВМ. Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования, тензометрического измерения натяжения и крутящего момента и их осциллографирования. Основные теоретические положения, полученные в работе, подвергались экспериментальной проверке на стендах в лаборатории и на машинах в производственных условиях с использованием современной, измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена с применением ЭВМ. Погрешности прямых и косвенных измерений вычислены с использованием методов математической статистики и теории погрешностей.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Предложена концепция формирования волокнистого материала в текстильном производстве, предусматривающая совмещение процессов перемещения и формирования текстильных материалов, нахождение путей их нормализации и на основе этого повьмение качества пряжи и ткани.
Предлагается использовать следующую терминологию: "формирование текстильного материала", или "формирование полуфабрикатов", или "формирование волокнистого материала", или "формирование продукта", при этом формирование характеризует всякое подвижное изменчивое состояние вещи; под формированием следует понимать изменение различных параметров продуктов текстильного производства: структурных параметров, линейной плотности,' параметров движения и натяжения, характеристик формы, крутки и т.д.
Впервые получены следующие основные результаты:
-
теоретически обоснованы особенности транспортирования волокнистых материалов в зонах питания и выпуска текстильных машин;
-
предложена методика определения натяжения полуфабрикатов при перемещении, формула оптимальной скорости транспортирующего устройства, работающего по схеме "валики,- ролик - валики";
-
получены уравнения и формулы формы оси ленты и жгута ткани, максимального провеса, длины, натяжения и фактической скорости ленты между двумя парами транспортирующих валиков;
-
получено уравнение сдвигающей силы по высоте материала при непрерывной подаче его двумя вращающимися валиками;
-
вскрыта сущность явления ложной крутки продукта при протаскивании его через неподвижный спиральный вьюрок (НСВ); получено математическое описание процесса возникновения крутящего момента, позволяющее определить параметры НСВ с учетом свойств и параметров продукта;
6)-проведены аналитические исследования процесса сжатия ленты в рабочем канале двухзаходного спирального вьюрка и вьюрка с гранью, получено уравнение, определяющее движущую силу, вызывающую скольжение продукта, расположенного под углом к его оси, вдоль стержня спирали и математическое описание процесса возникновения крутящего момента;
У) установлена зависимость силы давления кромки бортика уплотнителя на волокнистый материал от параметров и свойств материала, выведено уравнение для расчета крутки, скапливающейся перед кромкой; вскрыта сущность явления крутки продукта при протаскивании его через кольцо с заостренной кромкой;
8) получены математические модели поверхности неподвижного вьюрка геликоидной формы, вскрыты причины и описан процесс кручения продуктов прядения на его поверхности, определена величина крутки и крутящего момента в продуктах прядения, найдены направления на поверхности вьюрка, . при которых крутящий момент и крутка принимают экстремальные значения;
91 установлены основные закономерности процессов подачи (перемещения) материалов на конкретных примерах применяемых рабочих устройств (кольцо, ролик, валики, брус и т.п.);
10) разрсйотаны методики и приборное обеспечение для определения
усилия протаскивания ленты через СВ и крутящего момента в ленте, ' а также времени накапливания крутки в набегающем участке ленты;
-
разработаны научные основы для создания неподвижных крутильных органов (НКО) нового поколения, связанные с теоретическим обоснованием их рабочих поверхностей и физической сущности винтового движения продукта на их поверхности;
-
разработаны методики проектирования спиральных вьюрков, номограммы для определения оптимальных параметров НСВ на стадии их проектирования;
-
предложена классификация спиральных вьюрков, дана их сравнительная характеристика, рекомендован порядок конструирования НСВ, даны рекомендации по выбору материалов для НСВ и их изготовлению, указаны перспективные пути их использования;
-
предложены метод и приборное обеспечение для экспериментальной оценки качества конструкции неподвижного вьюрка, обладающий высокой точностью и оперативностью контроля;
-
приведены результаты комплексного, обобщенного исследования формирования ленты на чесальных, гребнечесальных, ленточных, ровничных, прядильных и кругловязальных машинах в шерстопрядении, хлопкопрядении, льнопрядении и производстве искусственного меха;
-
приведены результаты исследования процесса прокладки и дополнительной крутки уточной нити на ткацком станке АТПР;
-
установлены причины закручивания жгута ткани в процессе проводки его по отделочным машинам, на основе чего разработан комплекс методов по устранению кручения жгута трикотажа (ткани), включающий рекомендации по выбору оптимальных заправочных параметров, размеров направляющих элементов и их обработки, режимов проводки, новые схемы заправки и укладки жгута в емкости.
На основе сформулированных в диссертации положений решены важнейшие проблемы: прядения - формирование равномерного по линейной плотности, однородного по составу потока (ленты) из волокон (в том числе из коротких (непрядомых)), ориентированных вдоль оси ленты; ткачества - нормализация процесса прокладки утка на бесчелночных ткацких станках; отделки - устранение причин закручивания жгута ткани (трикотажа), его вытяжки и повреждения.
Принципиальная новизна разработанных технологий, оборудования, методов и средств исследования подтверждена 11 авторскими свидетельствами на изобретения (NN 699060, 717170, 720322, 735093, 745973, 800725, 1134630, 1201366, 12916Z3, 1567664, 1666592).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разрабо
танные способы и технические средства формирования текстильного мате
риала позволили нормализовать основные технологические процессы текс
тильного производства и на основе этого повысить качество пряжи и тка
ни. .
, Большая часть, разработанной теории подачи, кручения и формирования волокнистых материалов и прикладных методов расчета механических параметров полуфабриката, нити и ткани в процессах прядения, ткачества и, отделки опубликована автором в виде научных статей и монографии в
трех частях "Формирование текстильного материала в процессе его технологической подачи", которые используются НИИ, СКЕ, вузами и научными работниками в соответствующих научных, исследованиях и инженерных расчетах .
Разработанный метод исследования процесса кручения волокнистых материалов спиральными вьюрками позволяет изобразить полученные аави-' симости в виде номограмм и исключить сложные вычисления, что облегчит работу конструкторов и проектировщиков при создании и модернизации питающих и выпускных устройств машин прядильного производства.
Разработанные способ и устройства для формирования полуфабрикатов могут быть взяты конструкторами за основу при создании новых видов лентоформирующих'органов чесальных машин и питающей зоны кругловяааль-ных машин.
Результаты работы могут быть использованы при проектировании нового оборудования отделочного производства с локальными и общими средствами раскрутки жгута ткани, при создании направляющих элементов машин, исключающих закручивание жгута ткани в процессе проводки его по машинам.
Промышленная реализация результатов работы выполнена в условиях Гродненского^производственного прядильно-ниточного объединения, Бара-новичского производственного хлопчатобумажного объединения, Жлобинско-го производственного объединения искусственного меха, ЦНИИшерсти, Ивановского камвольного комбината, Московской камвольно-прядильной фабрики, Павлово-Посадского камвольного комбината, Болшевской прядильной фабрики, Буторлинской льнопрядильно-ткацкой фабрики, Невинномыской камвольно-прядильной фабрики с экономическим эффектом в размере 650 тыс. рублей (в ценах 1990 г.) и на ИлоОинском ПТО "Бел ФА" с экономическим эффектом в размере 1378 млн. рублей (в ценах 1995 г.).
Отдельные результаты работы внедрены в учебный процесс ИГ.ТА И Санкт-Петербургского университета технологии и дизайнаи используются при изучении курсов "Прядение", РКТМ, ПТМ, в курсовом и дивдомнрм проектировании, научно-исследовательской работе студентов.
По запросам 33 текстильных предприятий страны передана техническая документация на новые лентоформирующие устройства. Ивановский машиностроительный завод красильно-отделочного оборудования изготавливает хгуторасправители ЖР-120-Т согласно технической документации ИГТА и Ивановского НИЭКМИ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку: на XXXIII-XXXV итоговых научно-технических конференциях Ивановского текстильного, института им. М.В.Фрунзе (г. Иваново,. 1978-1980 гг.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Новые научные разработки в области техники и технологии текстильного производства" (г. Иваново, 1979г.), на заседании кафедры прядения натуральных и химических волокон ИвТИ (г. Иваново, 19В1 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Молодые ученые и специалисты развитию текстильной промышленности в XI пятилетке" (г. Москва, 1981 г.), на областной научно-технической конференции "Р.чзработка новых и интенсификация существующих технологических про-
цессов хлопчатобумажного производства" (г. Иваново, 1983 г.), на областной научно-технической конференции "Текстильной промышленности -передовую технику и прогрессивную безотходную технологию" (г. Иваново, 1986 г.), . на областной научно-технической конференции "Научным разработкам - широкое внедрение в практику" (г. Иваново, 1988 г.), на областной научно-технической конференции "Новые технические и технологические разработки и их внедрение в текстильной и легкой промышленности" (г. Иваново, 1989 г.), на международной научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности" (ПРОГРЕСС-94) (г. Иваново, 1994 г.), на международной научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности" (ПРОГРЕСС-95) (г. Иваново, , 1995 г.), на международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы техники и технологии переработки льна и производства льняных изделий" (Лен-9б) (г. Кострома, 1996 г.), на межкафедральном научно-техническом семинаре Костромского государственного технологического университета (г. Кострома, 1996 г.), на расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА 25.04.97 г., протокол N8, на расширенном заседании кафедры прядения натуральных и химических волокон МГТА 29.04.97 г., протокол Н16.
Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных коп^Т^1.1""'-
Технические средства формирования ленты экспонировались на выставке "Научно-технический прогресс - 82" на ВДНХ СССР и отмечены брон-Бовой медалью.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты выполненных исследований представлены одной монографией в 3-х частях (31,-2 печ.л.), 63 печатными работами во всесоюзных журналах,. сборниках и других изданиях и И авторскими свидетельствами на изобретения.. Креме этого, результаты внедрения новых методов и устройств формирования полуфабрикатов в промышленность отражены в проспекте всесоюзной выставки, в 13 отчетах научно- исследовательских работ.
ЛИЧНОЕ УЧАСТИЕ АВТОРА В ПОЛУЧЕНИИ ИЗЛОЖЕННЫХ В ДИССЕРТАЦИИ РЕ-ЗУ ДЬТАТОВ. Постановка задачи, выбор методов и направления исследований, обсуждение и. обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежат автору. Разработка и создание научного оборудования, проведение экспериментальных исследований выполнены автором, а также непосредственно под его руководством или при его участии аспирантами Хосровяном Г.А., Санчесом Робленье Орландо Фернандо, Целовальниковой Н.В., Кахрамановым Ф.Р.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Диссертационная работа содержит пятнадцать глав, изложенных на 300 страницах машинописного текста, приложения, 195 рисунков и 36 таблиц, а также список литературы иэ 195 наименований.
