Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ обусловлена требованием отечественной льняной промышленности по обеспечению её предприятий в необходимом объёме качественным сырьем - трёпаным льняным волокном.
В последнее время в льноводстве стали применяться интенсивные, механизированные технологии производства льна, исключающие использование ручного труда и, как следствие, сортировку стеблей по технологическим параметрам. Льняную тресту повсеместно получают с использованием росяной мочки, результат которой во многом зависит от метеофакторов. Эти измененіи не могли не сказаться на качестве льняной тресты. Увеличилась случайная и системная неровнота её свойств, появились новые пороки стеблей. На льнозаводах стало затруднительно осуществлять переработку всей тресты при оптимальных режимах работы мяльно-трепального агрегата (МТА). Использование известных приёмов дифференциации по интенсивности воздействий на обрабатываемое льняное сырьё оказалось малоэффективным. Поэтому возросла доля недоработанного волокна, приводящая к росту отходов трепания при его повторной переработке. В итоге, на предприятиях первичной обработки льна существует проблема по увеличению выхода длинного волокна и снижению затрат на его производство.
В этой связи возникла необходимость обоснования и разработки новых технических и технологических решений, направленных на увеличение выхода трепаного волокна путем модернизации существующего оборудования или создания нового - с применением технических систем оперативной адаптации режимов его работы к изменяющимся свойствам льняной тресты.
Данное направление работ, как перспективное, отражено в целевой программе «Развитие льняного комплекса России на 2008-2010 годы», утвержденной Минсельхозом РФ 16.06.2008 г., приказ № 261. В ней предусмотрено создание новой линии для получения трепаного льна с элементами автоматизированного контроля и управления режимами работы машин в зависимости от свойств льняной тресты.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является увеличение выхода длинного льняного волокна и разработка рекомендаций для создания системы управления рациональным расположением слоя льна для обеспечения максимальной пригодности стеблей к обработке трепанием.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-проанализировать результаты известных и опубликованных работ, посвященных: исследованию свойств льняного сырья и причин их изменения; изучению подготовительных операций при переработке льна и закономерностей формирования его пригодности к трепанию; обоснованию и разработке систем контроля параметров льняных стеблей и управления положением слоя при его обработке на МТА;
исследовать особенности взаимодействия рабочих органов мяльной машины с обрабатываемым льном и оценить влияние этих взаимодействий На технологические параметры её работы, определяющие положение стеблевого слоя при промине;
обосновать целесообразность двухстадийного изменения расположения слоя на основе расчета показателя пригодности стеблей к трепанию с учетом длины стеблей и прядей сырца, особенностей их поведения при трепании и максимизации двойного протрепа; обосновать методы расчёта параметров положения слоя и алгоритм управления для изменения координат его расположения;
- разработать метод контроля структурных параметров движущегося слоя льна
и алгоритм функционирования автоматизированной системы управления
расположением слоя льна при его обработке на МТА;
-разработать конкретные технические решения и рекомендации для реализации двухстадийной системы расположения слоя льна при обработке на МТА, провести проверку их работоспособности и оценить предполагаемую экономическую эффективность от использования на практике.
Методологической основой диссертации явились труды ведущих ученых в области переработки, квалиметрии и технологического контроля процессов получения трепаного льняного волокна. В работе были использованы: стандартные и оригинальные методы анализа структурных параметров слоя, в том числе неразрушающие виды контроля; общепризнанные алгоритмы и модели для проведения теоретических исследований динамики рабочих органов машин; методы статистического моделирования, положения электроники и фотоэлектроники, теории дифференциальных и интегральных исчислений. Обработка опытных данных проводилась с помощью методов математической статистики. Использовались программные средства MatLAB 6.5, MathCAD 11, Light Alloy 3.3, AutoCAD 2000, GNUplot 4.0, C++Builder 6.0, Turbo C++ 3.1, MS Excel 2003, Statistica 6.0, DesignLab 8.0.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в создании методов контроля параметров стеблей, моделей их взаимодействия с валками мяльной машины, алгоритмов расчёта координат слоя для управления при двухстадийном изменении его расположения в процессе обработки на МТА.
В результате исследований впервые:
обоснован способ двухстадийного изменения положения льняного слоя для обеспечения рациональных условий его трепания;
разработан метод неразрушающего контроля и расчета средней длины и средних квадратических отклонений концов стеблей в слое, отличающийся от известных аналогов своим быстродействием;
- установлено, что случайное изменение координат расположения слоя в
процессе промина с использованием применяемых в настоящее время отечественных
мяльных машин происходит вследствие линейных и угловых перемещений мяльных
валков, вызванных изменениями жесткости, вязкости и толщины слоя;
- исследованы модели формирования амплитуд колебаний мяльных валков при
промине льна вследствие их дисбаланса, а также кинематических возмущений;
установлена роль сухого трения в пазах гребенки мяльной машины, которое
способствует уменьшению амплитуды колебаний валков во всем диапазоне частот их
вращения;
-предложена система алгоритмов для управления ' двухстадийным расположением слоя льна.
В результате проведенной работы предложен комплекс технических решений и алгоритмов расчёта для реализации системы управления положением слоя льна при обработке на МТА. Они позволят увеличить выход длинного трепаного волокна за счет оперативного изменения положения льняного слоя в зависимости от свойств поступающей на переработку льняной тресты. Техническая новизна основных элементов этого комплекса подтверждена двумя патентами РФ на изобретение.
Полученные результаты использованы при создании новой линии по
переработке льна в рамках государственного контракта № 1556/13 от 14.10.2008 г. между Минсельхозом РФ и КГТУ. В частности, приняты к использованию:
а) новый алгоритм расчета координат расположения слоя на входе в МТА,
который позволяет с учегом длины стеблей и СКО определить рациональные условия
для фиксирования слоя в зажимных транспортерах трепальной машины, выбрать
величину зоны двойного протрепа с учетом длины свободного участка прядей в поле
трепания;
б) новый метод неразрушающего контроля параметров длины стеблей и СКО
их вершиночных и комлевых концов;
в) узел управления расположением слоя перед слоеутоняюшей машиной МТА,
а также узел изменения величины двойного протрепа.
Результаты исследований по обоснованию двухстадийного изменения положений слоя при его обработке рекомендованы для создания автоматизированных систем управления работой машин МТА для обеспечения рациональных условий обработки, имеющего системную неоднородность по свойствам льняного сырья. Они приняты к использованию на кафедре ТПЛВ КГТУ.
Совокупность результатов теоретических и экспериментальных исследований по изучении динамики рабочих органов мяльной машины предложены для совершенствования учебного процесса при подготовке инженеров по специальности 260701 «Технология и оборудование производства натуральных волокон», а также для улучшения конструкций мяльных машин (принято к использованию Ивановским заводом им. Г.К. Королёва).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всероссийском научном семинаре «Научные проблемы агропромышленной переработки лубоволокнистих материалов» (г. Кострома, КГТУ, 2008, 2009 г.г.); на международной научно-практической конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г. Вологда, 2007, 2008); на расширенном заседании кафедры технологии производства льняного волокна КГТУ (г. Кострома, 2008, 2009 г.г.); ежегодной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (г. Кострома 2007, 2008, 2009).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 3 в журналах, входящих в «Перечень...» ВАК РФ и 10 в научных сборниках. Получено два патента РФ на изобретения.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 198 страницах; состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и списка цитируемой литературы из 108 наименований; содержит 91 рисунок, 10 таблиц и 2 приложения.
