Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих способов получения модифи цированного льна, технических средств и результатов исследований для их обоснования и реализации 15
1.1. Анализ способов и технологий механической модификации льняного волокна 15
1.2. Анализ немеханических способов и технологий предварительной подготовки льняного волокна к модификации 33
1.3. Классификация подготовительных и заключительных операций, используемых при модификации льняного волокна 37
1.4. Обзор способов и машин по очистке хлопка и льна 44
1.5. Анализ результатов теоретических исследований по вопросам получения корткоштапельного льна 57
2. Особенности и характер движения волокна при его модификации путём высокоскоростного трепания 70
2.1. Выбор схемы взаимодействия льняной ленты с рабочими органами модификатора 70
2.2. Определение геометрических размеров и количества рабочих органов модификатора 75
2.3. Постановка задачи и анализ движения ленты в процессе модификации 82
2.4. Выбор модели взаимодействия волокна с бильиой планкой 84
2.5. Уравнение движения волокна, взаимодействующего с поступательно движущимся билом 99
2.6. Учет сопротивления среды 101
2.7. Сила натяжения волокна в сечении его набегания на кромку била 107
2.8. Уравнения движения волокна, взаимодействующего с вращающимся билом 110
2.9. Влияние угла наклона билыюй планки на время захлестывания и конечную угловую скорость захлестываемого участка 126
2.11. Влияние некоторых параметров устройства на силу натяжения волокна в сечении его набегания на кромку била 128
2.12. Математическая модель движения ленты без взаимодействия с бильной планкой 134
2.13. Анализ явления соскальзывания ленты с кромки била в радиальном направлении 144
3. Причины дробления технических волокон в продольном и поперечном направлении и особенности поведения волокнистой ленты при модификации 150
3.1. Продольное смещение волокон в процессе взаимодействия волокнистой ленты с билом 150
3.2. Причины дробления технических льняных волокон подлине 155
3.3. Причины дробления технических льняных волокон по толщине... 175
3.4. Уравнение движения захлестываемого участка неоднородной по линейной плотности волокнистой ленты 185
3.5. Связь между силами натяжения в сечениях набегания и сбегания с кромки била для неоднородной по линейной плотности ленты 191
3.6. Влияние конструктивных параметров модификатора на силу натяжения ленты : 196
3.7. Влияние ширины ленты на её натяжение и определение рациональной формы бильной планки 198
4. Основы сепарации модифицированного волокна и снижения в нем содержания посторонних примесей ... 204
4.1. Обоснование конструкции сепарирующего устройства 204
4.2. Выбор расстояния между рабочими органами сепарирующего устройства 207
4.3. Выбор угла наклона рабочих органов сепарирующего устройства 213
4.4. Обоснование условий снижения содержания сорных примесей (костры) в модифицированном волокне при его получении 217
5. Экспериментальное исследование нового способа модификации льняного волокна в ленте 233
5.1. Общие сведения о методике исследований, применяемой аппаратуре и используемом материале 233
5.2. Экспериментальное определение силы натяжения волокна, при его взаимодействии с поступательно движущимся билом 235
5.3. Уточнение перечня режимно-конструктивных параметров для проведения экспериментального исследования процесса модификации льняного волокна в ленте 243
5.4 Оценка доли влияния факторов, определяющих эффективность модификации льна 251
5.5. Разработка алгоритма оптимизации процесса получения модифицированного льняного волокна в ленте 270
5.6. Экспериментальная проверка эффективности приёмов сепарации костроволокнистой смеси и очистки МЛВ, образованных в процессе модификации 273
5.6.1 Выявление важнейших параметров (факторов) процесса сепарации.
5.6.2 Проверка эффективности предложенных приёмов очистки МЛВ от костры 284
5.7. Сравнительная оценка технологических свойств МЛВ, полученного различными способами модификации 286
6. Использование модифицированного льняного волокна и экономическая эффективность новой технологии его получения 294
6.1. Технология получения льняного імодифишірованного волокна 294
6.2. Использование МЛВ при получении хлопкольняиой пряжи 298
6.3. Использование модифицированного волокна при получении шер-стольняной пряжи 307
6.4. Использование модифицированного волокна при получении нетканых материалов 314
6.5. Использование модифицированного волокна при получении льно-содержащей ваты 320
6.6. Оценка экономической эффективности технологии получения модифицированного льняного волокна 323
Общие выводы 327
Список литературы 334
Приложения 362
- Анализ немеханических способов и технологий предварительной подготовки льняного волокна к модификации
- Определение геометрических размеров и количества рабочих органов модификатора
- Уравнение движения захлестываемого участка неоднородной по линейной плотности волокнистой ленты
- Выбор расстояния между рабочими органами сепарирующего устройства
Введение к работе
Актуальность темы определяется необходимостью укрепления сырьевой базы отечественной текстильной промышленности, повышения рентабельности работы предприятий, связанных с производством и переработкой льна, а также роста уровня конкурентоспособности выпускаемой ими продукции.
В настоящее время экономическое состояние большинства предприятий, являющихся поставщиками льняного сырья для отечественной текстильной промышленности, требует принятия срочных мер по повышению рентабельности их производства. Одним из наиболее эффективных направлений улучшения состояния льнозаводов является углубленная переработка волокна, прежде всего, короткого, получаемого из отходов трепания льна. Доля этой фракции в общем объёме вырабатываемой волокнистой продукции составляет до 60...70%.
При обосновании направлений углублённой технологии переработки короткого льноволокна учитывали, что современное состояние технологий переработки текстильных материалов позволяет рассматривать этот вид текстильного сырья, как полуфабрикат для производства хлопко- или шерстоподобного волокнистого продукта, который в конечном итоге называют модифицированным (штапелированным) льняным волокном (МЛВ), а иногда - котонином. Дело в том, что одним из основных отличий короткого волокна от трёпаного является длина технических комплексов, от которых зависит технология последующей переработки. Однако их физико-механические и иные свойства, определяющие привлекательность для потребителя льняных изделий, являютсл идентичными свойствам трёпаного волокна. В этой связи является экономически целесообразным использование этого волокна при более дешёвой переработке в условиях хлопчатобумажного или шерстяного производства при получении льносодержащей пряжи и иных изделий. В этом случае использование короткого волокна при соответствующей его обработке может способствовать решению вопроса импортозамешения хлопка и шерсти.
С решением этого же вопроса связана возможность использования корот-коволокнистых фракций, получаемых при переработке масличного льна. Инте рсс к производству этой разновидности льна в последнее время постоянно растёт в связи с его использованием для получения льняного масла. Однако, находящееся в стеблях волокно, не находит должного применения. Поэтому технологии механической модификации волокна из стеблей масличного льна являются весьма перспективными.
Таким образом, обоснование и разработка новых технологий углублённой переработки короткого льняного волокна путем его механической модификации является актуальной и важной практической задачей. Это направление относится к важнейшим критическим технологиям, перечень которых 30 марта 2002 г. утверждён Президентом РФ.
Цель и задачи исследовании. Целью работы является улучшение технологического качества модифицированного льняного волокна и повышение эффективности процесса его получения, позволяющего расширить области использования получаемого волокнистого продукта.
Поставленная цель исследования обусловила необходимость постановки и решения следующих задач:
а) проанализировать состояние дел в области теории и практики получения модифицированного льняного волокна для его использования в хлопко- и шерстопрядении; уточнить технологическую классификацию способов получения МЛВ и предложить направление их совершенствования;
б) развить теорию .механической модификации льняного волокна путем создания комплекса новых теоретических положений способа получения МЛВ с использованием высокоскоростного скользящего изгиба в процессе трепания, а именно:
- обоснование схемы взаимодействия рабочих органов машины, реализующей новый способ (модификатора) с обрабатываемой прядью;
- разработка моделей и методов анализа напряженного состояния волокнистой пряди в процессе обработки и исследование условий взаимодействия её с рабочими органами машин, при которых процесс модификации совокупности волокнистых комплексов происходит рациональным образом;
- установление причин нарушения межволоконных связей и выявление механизмов образования комплексов волокон, составляющих МЛ В, при высокоскоростном трепании;
- разработка системы моделей изменения сил натяжения прядей при модификации в зависимости от совокупности режимно-конструктивных параметров процесса и свойств волокна;
- обоснование приёмов регулирования процессом модификации с целью получения необходимых параметров МЛВ;
- создание методов расчёта важнейших технологических параметров МЛВ;
- обоснование параметров сепарации и очистки МЛВ в процессе его получения;
в) усовершенствовать технологию механической модификации короткого льняного волокна в ленте путём разработки технологических приёмов и параметров процесса высокоскоростного трепания для обеспечения:
- оперативной регулировки процессом модификации в зависимости от свойств исходного волокна и необходимого уровня параметров качества МЛВ;
- возможности выбора оптимальных режимно-конструктивных параметров процесса для получения необходимых свойств МЛВ;
- снижения содержания в МЛВ не волокнистых примесей и не прядомых волокон;
г) разработать исходные требования для создания машины с регулируемыми параметрами, которая должна обеспечивать должную механическую модификацию короткого льняного волокна в ленте с использованием способа высокоскоростного трепания;
в) установить возможные области использования МЛВ, получаемого с использованием высокоскоростного трепания, а также провести технико-экономическую оценку вновь предлагаемого способа.
Методы исследования. Методологической основой диссертационной работы явились труды ведущих учёных в области текстильной технологии, первичной обработки лубяных волокон, прикладной механики нити и текстильного материаловедения.
При проведении теоретических исследований использованы методы теоретической механики, сопротивления материалов, дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, численные математические методы, теории вероятностей и математической статистики, а также прикладной механики нити. Численное исследование математических моделей проводилось в среде Delphi и MathCad-2000. Экспериментальные исследования проводили с применением методов физического моделирования, тензометрии и планирования опытов по схеме дисперсионного анализа. При статистической обработке использовали регрессионный, корреляционный и факторный анализы. Их реализацию осуществляли при помощи пакета прикладных программ Statgraphics и электронных таблиц Excel.
Научная новизна заключается в создании комплекса новых теоретических положений, развивающих теорию механической модификации льняного волокна. В результате исследований впервые обоснованы и созданы: - математические модели:
S движения однородного гибкого волокна, взаимодействующего с поступательно движущимся билом, S движения однородного гибкого волокна, взаимодействующего с вращательио движущимся билом, S движения однородного волокна по кромке била в радиальном направлении, S движения однородного волокна после окончания его взаимодействия с билом, S движения неоднородного по линейной плотности, гибкого волокна, взаимодействующего с поступательно движущимся билом; S зависимости сил натяжения в сечениях набегания и сбегания с кромки била для волокна неоднородного по линейной плотности;
- методы расчета сил натяжения в ленте, учитывающие основные конструктивные параметры устройства, такие как: радиус била, радиус кромки била, радиус цилиндров питающей валковой пары, частоту вращения бильных барабанов, начальное положение ленты, угол наклона бильных планок к горизонту, расстояние от сечения зажима ленты до плоскости движения бильных планок, скорость подачи ленты и ее линейную плотность;
- закономерности изменения интенсивности технологических воздействий рабочих органов на обрабатываемую ленту из короткого льняного волокна в зависимости от:
S различных схем взаимодействия ленты с билом,
S конструкции и расположения бил,
S аэродинамических условий обработки,
S расположения плоскости вращения бильных барабанов;
- новые знания о причинах и механизмах дробления (дискретизации) технического льняного волокна по длине и толщине в процессе высокоскоростного трепания;
- метод расчёта средней длины получаемого на выходе из модификатора модифицированного льняного волокна;
- обоснование системы методов регулировки интенсивности воздействий на волокно в процессе модификации и выявление режимно-конструктивных параметров для получения МЛВ с заданным уровнем свойств;
- принципы очистки льняного волокна при его модификации;
- методы расчета основных параметров процесса сепарации для обеспечения в общей массе МЛВ необходимой массовой доли волокон «пуховой группы».
Практическая ценность работы и реализация полученных результатов. Диссертационная работа выполнялась в рамках отраслевой научно-технической программы по развитию техники и технологии переработки лубяных культур на 2001...2005 г.г., тематических планов НИР Всероссийского НИИ по переработке лубяных культур и КГТУ, а также региональной программы «Развитие льняного комплекса Костромской области».
На основе теоретических и экспериментальных исследований создан способ механической модификации короткого льняного волокна в ленте на основе высокоскоростного трепания, который является заключительной операцией в новой технологии получения МЛВ. Отличительными особенностями нового способа являются: возможность получения волокна с улучшенными технологическими свойствами, совмещение операции модификации волокна с его очисткой и сепарацией, а также наличие системы регулируемых параметров процесса для получения волокна с необходимыми свойствами.
Новый способ механической модификации явился основой для создания во Всероссийском НИИ по переработке лубяных культур (г. Кострома) технологического регламента производства модифицированного льняного волокна из отходов трепания льна.
Комплекс разработанных математических моделей и разработок, составляющих научную новизну работы, позволил создать исходные требования для изготовления новой машины - модификатора. Разработаны разные варианты машины. В условиях ОАО «Костромское СКБТМ» создан улучшенный образец модификатора ММЛ-2, который позволил получить на хлопкопрядильном производстве ООО «Акварель» льнохлопковую пряжу № 20...25 с удельным содержанием льна до 65 %. Кроме этого, МЛВ, выработанное по новому способу, получило положительную оценку при создании шерстольняной пряжи (ОАО «Ленмаш»), нетканого материала (ОАО «НИИ нетканых материалов»), трикотажа и ваты (Всероссийский НИИ по переработке лубяных культур).
Алгоритм оперативного определения режимно-конструктивных параметров работы модификатора, в зависимости от группы цвета волокна в исходной ленте, предложен для использования в системсуправлення процессом модификации. Данная система является составной частью технологического регламента производства МЛВ, предложенного ВНИИЛК.
Вновь разработанный способ получения МЛВ явился основой дальнейшего развития углублённой переработки короткого льняного волокна путём использования получаемого волокнистого полуфабриката при производстве высококачественной бумаги и изделий специального назначения.
Основные теоретические и технологические положения нового способа модификации льняного волокна и используются в учебном процессе для студентов специальности «Технология и оборудование производства натуральных волокон».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на международных научно-технических и практических конференциях («Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях», г. Кострома, КГТУ, 2000, 2002, 2004 г.г.; «Проблемы производства и переработки льна», приуроченной к Вологодской ярмарке по льну, 2001 ...2004 г.г.; «Математические методы в технике и технологиях», Кострома, КГТУ, 2004 г.; «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности», г. Иваново, ИвГТА, 2004 г.; «Интенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродук- цнн», г. Тверь, ВНИПТИМЛ, 2004 г.; «Проблемы улучшения качества льняного волокна», г. Торжок, ВНИИЛ, 2004 г.; «Проблемы переработки лубяных культур», г. Глухов (Украина), ИЛК УААН, 2003 г., на Всероссийской научно- технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», г. Москва, МГТУ, 2003 г.; на межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе», г. Кострома, КГСХА, 2003 г.; на Всероссийском научном семинаре по проблемам агропромышленной переработки лубоволокни- стых материалов (г. Кострома, 2003 г.); на Всероссийском семинаре по текстильному машиноведению (г. Кострома, 2002, 2004 г.г.); на профессорском семинаре КГТУ (г. Кострома, 2001 ...2003г.г.); на заседаниях учёного Совета Всероссийского НИИ по переработке лубяных культур (г. Кострома, 2000...2004 г.); на расширенном заседании кафедры «Технологии производства льняного волокна» КГТУ (г. Кострома, 2004 г.).
Основные практические приложения диссертационной работы экспонировались в ВВЦ на выставке «Золотая осень» (г. Москва, 2003, 2004 г.г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 49 печатных работ, в том числе: 2 монографии, 15 публикаций в журналах, 10 статей в сборниках научных трудов, 8 депонированных рукописей, б материалов и 2 тезиса докладов на научных конференциях, б изобретении.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 362 страницах и содержит 204 иллюстрации, 18 таблиц. Список литературы включает 291 источник.
Анализ немеханических способов и технологий предварительной подготовки льняного волокна к модификации
Кроме механических технологий известны технологии с использованием химических, физических и биологических воздействий на волокно. Так, например в институте химии растворов РАН создана механохимическая технология производства МЛВ [2, 53...59]. В её основе используется линия котонизации, разработанная в ИГТА. Основными операциями, составляющими механическую часть обработки являются разрыхление и кардочесание. Химические воздействия на волокно реализуются на стадии предварительной обработки. Используют варку с использованием химических реагентов. При этом обеспечивается удаление 50% лигнина, до 90% пектинов, до 40% восков. Средняя линейная плотность волокна - 0,25...0,45 текс, доля волокон пуховой группы 19,4...39%, содержание костры - 1%. При проверке установлено, что получаемое волокно имеет большую извитость, пластичность, "меньшую жесткость на изгиб и кручение, что положительно влияет на процесс прядения. Преимуществом предложенной системы подготовки волокна по мнению авторов являете;, также лучшее обеспыливание, меньшее загрязнение сточных вод на стадиях дальнейших химических обработок, улучшение санитарно-гигиенических условий. Снижается потеря модифицированного волокна при его переработке до 16...21% против 25...30% - для механического МЛВ.
Химические методы воздействия при подготовке льняного волокна предложены также в технологии, разработанной в Санкт-Петербурге [148]. На ее первых этапах осуществляют удаление костры и пыли, формируют полуфабрикат, удобный для дальнейшей обработки. Химические воздействия основываются на трехкратной обработке волокна растворами химических реагентов с промежуточными промывкой и отжимом. После сушки волокно подвергают механической обработке. В итоге получаемое МЛВ имеет среднюю длину 41,1 мм, линейную плотность 1,04 текс, долю коротких волокон - 6,1%, выход волокна-53,6% .
В ООО «Деловой центр Сампсоньевский» (Санкт-Петербург) разработана технология, включающая химическую обработку волокна электрохимически активированным раствором (ЭХА). Такая обработка предусматривает использование механических воздействий до и после химобработки [149]. Авторы указывают на экологическую безопасность, дешевизну, технологичность способа, позволяющего получать качественное МЛВ. К сожалению его характеристики не приведены.
Следует отмстить, что химическая обработка волокна имеет свои преимущества и недостатки. Основным преимуществом является относительное улучшения ряда свойств волокна, снижение угаров и пылевыделения при его переработке. Как правило, наблюдается рост выхода пряжи. Однако использование химической обработки приводит к усложнению и удорожанию всего процесса. Увеличиваются затраты на химикаты, на воду и очистку стоков, энергозатраты на нагрев растворов. Особенно возрастают затраты на сушку волокна. В качестве недостатка следует отмстить изменение натурального цвета льняного волокна. Микроскопическое исследование поверхности волокна, подвергнутого химическим воздействиям, позволяет обнаружить наличие на волокнах в поперечном направлении складок, которые могут служить местами предполагаемой деструкции при последующих механических воздействиях. Отмечается поверхностная фибрилляция, растрескивание и отделение слоев. Это свидетельствует о том, что наряду с процессами дслигнификации происходит деструкция целлюлозы, подтверждаемая потерей массы до 17...25%. Поэтому к использованию химических процессов в технологиях модификации стоит подходить осторожно, применяя их только после тщательного обоснования и проверки.
В Германии (фирмы «Windi Winderlich GmbH» и «Класс») производят модифицированное волокно, полученное путем пропаривания и щелочной варки, с последующей обработкой на машине «Лярош» [150]. Средняя длина получаемого МЛВ составляет 18,3 мм, коэффициент вариации по длине 63,2%, содержание коротких волокон 41,3%. Отмечено об успешном использовании такого волокна в прядении совместно с полиэфирным волокном (ПЭ) в соотношении МЛВ/ПЭ (67%/33%).
Наряду с совершенствованием операций подготовки волокнах использованием химических препаратов известны разработки по применению иных принципов воздействия на волокно.
В Германии создан новый дскомпрессионный метод [2]. Суть его заключается в том, что волокно, пропитанное химическим раствором, помещают в сосуд высокого давления. При высокой температуре поднимают давление, затем производят резкий его сброс. В результате этого по мнению авторов происходит эффективное разделение крупных комплексов на более мелкие. Отмечается, что применение только физических воздействий (давления) без использования химической обработки малоэффективно. Аналогичный способ парового взрыва разработан и в России [151]. Однако его эффективность является недостаточной без комбинирования с химическими воздействиями.
В Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна (СПбГУТД) разработан способ подготовки короткого волокна к прядению, основанный на использовании ультразвуковых и гидродинамических полей [152]. После обработки в ультразвуковом поле наблюдается эффективное расщепление коротких волокон до элементарных, очистка поверхности волокна от остатков пектиновых и других неорганических веществ, улучшается гибкость волокна. Получаемая пряжа по сравнению с пряжей, выработанной с использованием котонина по механо-химическому методу имеет пониженную линейную плотность и более высокую удельную разрывную нагрузку.
Обработка короткого волокна в ультразвуковых и гидродинамических полях, по мнению разработчика, дает возможность получать качественную смесовую пряжу с хлопком и химическими волокнами при 30-50 % вложении в смеску льняного волокна, что приближает его по своим свойствам к котонину, полученному механохимическим способом.
Активно развиваются в последнее время биологические методы воздействия на волокно. На кафедре ХТВМ ИГХТЛ созданы новые технологии получения MJ1B, основанные на процессах биомодификации с последующей механической обработкой [64...69]. В качестве биомодификаторов предлагаются составы на основе ферментов различной субстративной активности, стабилизаторов, ПАВ.
Биомодификация короткого льняного волокна обеспечивает при последующей механической обработке высокую степень очистки от костры и сорных примесей, волокно приобретает дополнительные свойства мягкости, эластичности, блеска, маслянистости, сохраняет прочность, природную извитость. По данным электронной микроскопии биокотонин характеризуется равномерностью, имеет желаемую форму концов волокон (веретенообразную), что важно для процессов смешивания и пряжеобразования.
Создана схема и модель аппаратурного оформления процесса, в производственных условиях получены опытные партии котонина. В условиях прядильного производства биокотонин используют в качестве смесовой составляющей (25%). Реальное содержание в пряже 17..20% [3]. Пряжа с использованием 20% биомодифицированного волокна и хлопка по сравнению с хлопковой и хлопкополиэфирной (33%) имеет большую удельную разрывную нагрузку, меньший коэффициент вариации.
В СПбГУТД разработаны механо-биохимические методы модификации льноволокна [76, 77...79]. Установлено, что в результате биохимического воздействия льняные волокна утоняются, увеличивается процент волокон от \Z до 45 мм, волокно приближается по своим параметрам к хлопку. При этом заметно повышается эластичность волокна, деформационная способность, а потеря прочности не превышает допустимый предел.
Определение геометрических размеров и количества рабочих органов модификатора
Причём бильные планки расположены поочередно в двух параллельных плоскостях А и В, перпендикулярных осям вращения барабанов. При этом барабаны вращаются в одном направлении так, что бильные планки в зоне обработки ленты 4 двигаются в противоположные стороны. Вращение бильных барабанов в одном направлении обеспечивается с помощью шестерен 8 и 9, находящихся во внешнем зацеплении с шестерней 10, жестко установленной на ведущем валу 11.
Вид сверху на устройство показан на рис. 2.5, где выход из рабочей камеры для воздуха и модифицированных волокон обозначен цифрой 7. Здесь для наглядности нижние била окрашены более темным цветом.
Устройство работает следующим образом. Подготовленное в виде ленты льняное волокно 4 подается с помощью пары питающих вальцов 5 и 6 в рабочую камеру, расположенную внутри кожуха 1, где подвергается воздействию со стороны рабочих кромок бильных планок 3. При нанесении ударов бильными планками по ленте в элементах волокна возникают инерционные силы, способствующис отделению нсволокнистых примесей. Бильная планка, расположенная в плоскости Л, отклоняет ленту в направлении своего движения. Бильная планка, расположенная в плоскости В, движется навстречу и отклоняет концы волокон в противоположном направлении, что увеличивает угол обхвата и силы трения между кромками и волокном. При дальнейшем движении бальної! планки, расположенной в плоскости В, концы волокон, вращаясь вокруг кромки бильной планки, захлестывают ее, отклоняясь при этом в направлении от центра вращения барабанов.
При подведении следующей пары бильных планок направления наносимых ударов меняются на противоположные, что способствует более эффективному разрыхлению волокна. При таком виде воздействий будет обеспечиваться интенсивный скользящий знакопеременный изгиб и, как следствие, эффективное разрушение связей, «отщипывание» и отделение отдельных элементарных волокон и их комплексов от совокупности технических волокон в ленте. В результате многократных ударных воздействий ослабляются межволоконные связи, что приводит к расщеплению комплексов пучков элементарных волокон на отдельные пучки.
Одновременно от волокна отделяются нецеллюлозные примеси и костра. При достижении длины свободных концов отдельных комплексов определенной длины происходит выдергивание из них отдельных волокон под действием инерционных сил и сил трения между волокнами и кромками бильных планок. Отделившиеся волокна, костра и пыль транспортируются потоком воздуха, который поступает внутрь кожуха 1 через вырезы для подачи волокна. При этом воздушный поток с большой скоростью проходит вблизи поверхности питающих вальцов, очищая их от прилипшего волокна и сора. Воздушный поток транспортирует полученные модифицированные волокна и удаляет их из рабочей камеры через отверстия 7 в кожухе устройства.
Количество бильных барабанов, взаимодействующих с волокнистой лентой, как следует из схемы модификатора, равно двум. Это объясняется тем, что при наличии одного барабана лента будет подвергаться односторонней обра ботке, то есть удары по ней будут наноситься вес время с одной и той же стороны, а это приводит, как будет показано в дальнейшем к увеличению неоднородности получаемых на выходе из устройства модифицированных волокон. Кроме того, при наличии одного бильного барабана в рабочей камере будет создаваться поток воздуха, препятствующий возвращению ленты в исходное положение. При наличии двух бильных барабанов, вращающихся в одну сторону, бильные планки, принадлежащие разным барабанам, в зоне разволокнения двигаются в противоположных направлениях, поэтому при неправильном выборе размера L возможен случай, когда бильные планки одного барабана будут на выходе из зоны разволокнения ударяться о бильные планки другого барабана, входящие в зону разволокнения.
Поэтому была поставлена задача по нахождению технических решений и обоснованию параметров устройства, обеспечивающих его непрерывную работу при минимальных габаритах [292].
С целью обеспечения минимальных габаритов и непрерывной работы устройства (при заданной ширине рабочей зоны - /) необходимо получить зависимость между: межосевым расстоянием - L, радиусом била - R, шириной била - Д, сдвигом била от радиальной линии (при котором обеспечивается параллельность расположения кромки била и этой линии) - 8, шириной рабочей зоны - / и количеством верхних бил на одном барабане - п. Для упрощения решения поставленной задачи примем, что расстояния от точек А и Bj до центров вращения соответствующих барабанов одинаково, что соответствует случаю, когда торцевая кромка бил АВ выполнена в виде дуги окружности радиуса R.
Условие непрерывной работы устройства, то есть условие, при котором била двигаются, не соударяясь друг с другом, можно записать в виде системы неравенств
Уравнение движения захлестываемого участка неоднородной по линейной плотности волокнистой ленты
Анализируя полученные данные, можно заключить, что радиус волокнистых комплексов, получаемых на кромке била, полностью зависит при данных интервалах варьирования от радиуса рабочей кромки била. Радиус волокнистых комплексов, выделяемых из внутренних слоев ленты, примерно в равной мерс зависит от радиуса рабочей кромки била и предельно допустимого напряжение пектинового слоя [оц], в несколько меньшей степени от толщины волокнистой ленты h (при выбранных интервалах варьирования).
С использованием предложенного алгоритма проанализируем зависимость радиуса волокнистых комплексов, получаемых в результате обработки, от таких параметров, как радиус рабочей кромки била R, толщина волокнистой ленты h и предельно допустимое напряжение пектинового слоя ІР ПІ (см- Рис-3.14-3.15).
Заштрихованная зона па рис. 3.14 соответствует случаю, когда волокна при модификации будут повреждаться. Поэтому радиус кромки била при данных параметрах волокна нельзя выбирать меньше 1,4 мм. При этом в предельном случае, когда радиус кромки равен 1,4 мм, на выходе из устройства будут получаться волокна с радиусом сечения от 0,026 до 0,028 мм. График на рис. 3.15 показывает, что при радиусе кромки R = 1 мм независимо от толщины ленты волокна будут повреждаться. График на рис. 3.16 говорит о том, что кромку с радиусом 1 мм можно использовать только в случае, когда [оп ] 150 МПа. Из представленных иллюстраций следует, что радиус, образуемых при разво-локнении, волокон существенно зависит от радиуса закругления кромки била и степени взаимосвязи волокон в комплексах. Особо обращает на себя внимание факт возможного выравнивания радиуса сечения у волокон, выделенных из внутренних и периферийных участков. Очевидно, что существует оптимальное значение R, при котором упомянутая разница по радиусу г будет минимальна. Данное обстоятельство следует учесть при проведении экспериментальных исследований с целью обоснования параметра R.
Важным выводом проведенного расчета является также целесообразность применения при исследуемом способе разволокнения волокнистой ленты с наименьшим значением [оц]. Па практике этому условию соответствует волокнистая лента, полученная при переработке льняной тресты с повышенной степенью вылежки.
В процессе обработки ленты билами от нее отделяются отдельные волокна и их комплексы. При этом отделение волокон происходит от нижней части ленты на участке, где било и лента контактировали между собой. Поэтому лента, имеющая в сечении зажима (т. В) толщину ho , к концевому сечению (А) утоняется. В этом случае линейная плотность ленты уже не будет постоянной по всей ее длине. Следует отмстить, что это обстоятельство во всех известных работах, посвященных определению сил натяжения при трепании слоя льняного сырца, не учитывается.
Представляет интерес выяснение степени влияния радиусов цилиндра питающей валковой пары - R и радиуса кромки била - г, а так же скорости подачи ленты — vn на процесс ее захлестывания за кромку била в случае, когда волокнистая лента неоднородна по линейной плотности.
Задачу будем решать при следующих допущениях: лента на участках ОіЛ и В1О2 имеет прямолинейную форму, сопротивление среды отсутствует, изгибная жесткость ленты равна нулю, толщина ленты равна нулю. Для получения уравнения движения участка ленты 0А рассмотрим его движение по отношению к подвижной системе отсчета Оху, связанной с билом и воспользуемся уравнением Лагранжа 2-го рода (рис.3.17). где: m - масса участка ОА, Hi - показан на рисунке (здесь Сэ и С центры масс участка ОА для вертикального и текущего положений).
Рассмотрим случай, когда било наносит удар по вертикально расположенной ленте, а линейная плотность ленты от сечения зажима (В) до сечения первоначального контакта ленты с билом постоянна, а в концевом сечении равна 0.
Таким образом, закон изменения линейной плотности ленты будем полагать кусочно-линейным: где: /о - линейная плотность ленты на необработанном участке, L - длина ленты BOA, s - дуговая координата сечения ленты, измеренная от сечения зажима В, расстояние Н - показано на рисунке.
Тогда на участке ленты ОгА закон изменения линейной плотности будет линейным, и момент инерции участка OiA ленты в этом случае
Выбор расстояния между рабочими органами сепарирующего устройства
Исходным положения для решения поставленной задачи будет длина волокон «пуховой группы», которая находится в пределах 5...20 мм. Из этого следует, что группу волокон с длиной I I необходимо отсортировать. Здесь / минимальная длина волокна пригодного к процессу прядения. Заметим, что при переработке модифицированного волокна в смеске с хлопком величина / меньше, чем в случае, когда модифицированное волокно предполагает использовать в смеске с шерстью. Допустим, что в процессе модификации возможно получение модифицированного волокна, штапельный состав которого имеет примерное распределение, представленное на рис. 4.3. Анализ представленной диаграммы показывает, что около 30% волокон относятся к волокнам пуховой группы. В результате обработки волокнистой ленты билами модификатора по способу высокоскоростного трепания, в рабочей камере модификатора образуются воздушные потоки несущие модифицированные волокна, которые имеют различную длину и могут располагаться как угодно в пространстве. Одним из наиболее важных параметров устройства, от которого зависит эффективность его работы, является расстояние между пластинами - d. Если это расстояние будет слишком большим, то волокна пригодные к прядению с длиной большей / могут быть удалены вместе с волокнами пуховой группы. В тоже время при слишком малом значении параметра d эффективность работы устройства будет меньше за счет того, что часть волокон пуховой группы не будет удалена. Оп ределим расстояние d, при котором эффективность работы устройства будет наибольшей. На входе в сепарирующее устройство волокно может быть расположено так, что при пролете через него: не касается ни одной из пластин, взаимодействует с одной пластиной, взаимодействует с двумя и более пластинами (рис. 4.4).
Обозначим вероятности наступления этих событий Р о, Pi, Рг- Очевидно, что искомые вероятности будут зависеть от расстояния между пластинами - d и длины волокна, вылетевшего из модификатора - LB. Будем считать, что волокна на выходе из модификатора распрямлены, а случайные величины хЛ, ул, сс Р - определяющие положение волокна в пространстве на входе в рабочую зону сепарирующего устройства равномерно распределены. Здесь хЛ, ул - координаты точки А входа волокна в устройство; а, /3 - углы определяющие положение волокна в пространстве. При этом а - угол между проекцией волокна (ЛВ ) па плоскость ху и осью Х (рис.4), a ft - угол между волокном АВ и плоскостью ху (-тг а ж, 0 Р я/2). Под рабочей плоскостью понимается плоскость ху, в которой расположены кромки пластин сепарирующего устройства (рис.4.2). Следует отметить, что в действительности форма волокон будет отличаться от прямолинейной, поэтому расстояние между пластинами надо выбирать несколько меньшим, чем оно получается в результате расчетов. Если не учитывать границ отверстия, из которого волокна поступают в сепарирующее устройство, то искомые вероятности не будут зависеть от координаты уд, а так же от того, между какими из двух пластин будет находиться точка А. Все возможные положения проекции на плоскость ху волокна, попавшего одним из концов в точку А, изображены в виде круга радиуса LB. Тогда вероятность Pj можно найти как отношение половины объема тела образованного вращением фигуры - і вокруг оси xi (i=0,l,2,...) к объему полусферы радиуса LB, по формулам
