Содержание к диссертации
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ 7
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА
ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 15
1.1. Современное состояние прядильного производства
и анализ причин выработки пряжи низкого качества 15
Основные факторы, влияющие на процесс вытягивания 22
Способы создания полей сил трения в зонах вытяжного прибора 26
Методы исследования сил, образующихся
при взаимодействии продукта с вытяжным прибором 35
1.5. Методы математического описания полей сил трения в зонах
и зажимах вытяжного прибора 45
1.6. Современные методы оценки эффективности
процесса вытягивания 58
1.7. Использование компьютерных технологий
в обосновании рациональных режимов процесса вытягивания 68
1.8. Постановка задач теоретических и экспериментальных
исследований 83
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССА ВЫТЯГИВАНИЯ В ВЫТЯЖНЫХ ПРИБОРАХ
С НАПРАВЛЕННЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ПОЛЕЙ СИЛ ТРЕНИЯ 85
2.1. Использование имитационного моделирования
при исследовании процесса вытягивания 85
Современные методы расчета параметров вытяжных приборов 86
Основные факторы, влияющие на образование неровноты волокнистых продуктов в процессе вытягивания 92
Определение направлений исследований сил трения,
возникающих в волокнистом продукте при вытягивании 97
2.5. Параметры полей сил трения при вытягивании
некрученого и крученого волокнистого продукта 100
2.6. Определение взаимосвязи между углом кручения
волокон продукта и напряжением поля сил трения 115
2.7. Развитие теории направленного изменения поля сил трения
при вытягивании волокнистого продукта 120
Натяжение волокнистого продукта при движении по криволинейной планке 124
Математическое описание сил, действующих в
основной зоне вытяжного прибора 140
2.10. Направленное изменение параметров поля сил
трения с помощью криволинейной планки 163
Использование манометрической трубки для изменения радиуса кривизны контрольной планки вытяжного прибора 164
Зависимость радиуса кривизны манометрической трубки
от давления в ее полости 171
Зависимость напряжения поля сил трения в зажимах вытяжного прибора от действующих на волокнистый продукт сил 176
Влияние напряжения ноля сил трения в зоне вытягивания модернизированного вытяжного прибора на переход волокон
на скорость выпускной пары 189
2.13. Выводы 203
3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ВЫТЯГИВАНИЯ НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕННОЙ
ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ВЫТЯЖНОГО ПРИБОРА 206
3.1. Методология имитационного моделирования
процессов производственных систем 206
3.2. Обобщенная передаточная функция процесса утонения
волокнистого продукта в вытяжном приборе 214
Имитационное моделирование процесса утонения волокнистого продукта с использованием обобщенной передаточной функции 228
Анализ адекватности компьютерной модели 240
Стохастическое исследование формирования продукта
методами имитационного моделирования 241
Анимационное моделирование процесса вытягивания 245
Выводы 254
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССА ВЫТЯГИВАНИЯ В ВЫТЯЖНЫХ ПРИБОРАХ
С НАПРАВЛЕННЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ПОЛЕЙ СИЛ ТРЕНИЯ 256
Экспериментальная установка для исследования закономерностей изменения напряжения поля сил трения при вытягивании волокнистого продукта 257
Напряжение поля сил трения при вытягивании
некрученого и крученого волокнистого продукта 260
Определение закономерностей направленного изменения напряжения поля силы трения в вытяжных приборах 262
Расчет напряжения поля сил трения волокнистого крученого продукта при вытягивании в изогнутом поле
с различной траекторией движения 266
4.5. Сравнительный анализ сил, действующих между волокнами,
при различных условиях формирования волокнистого продукта 270
Натяжение волокнистого продукта при огибании криволинейной планки в форме логарифмической спирали 278
Сравнение и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований 279
Разработка методики экспериментального определения нормального давления в зажиме ремешковой пары 281
Определение силы трения между ремешками
вытяжного прибора прядильной машины 285
4.10. Экспериментальное исследование поля сил трения
в зажимах вытяжного прибора^ 289
4.11. Разработка методики экспериментального определения
изменения радиуса кривизны планки при нагружении
ее полости давлением 292
4.12. Анализ эффективности разработанного
вытяжного прибора 301
4.12. Выводы 304
5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ
РЕЗУЛЬТАТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ 305
5.1. Использование результатов теоретических и экспериментальных
исследований для расчета заправочных параметров
усовершенствованных вытяжных приборов машин
шерстопрядильного производства 307
5.1.1. Методика инженерного расчета заправочных параметров
усовершенствованного вытяжного прибора кольцепрядилыюй
машины П-76-ШГ2 319
5.2. Анализ влияния направленного изменения
полей сил трения в усовершенствованных вытяжных приборах
на качественные показатели пр5ши 336
5.2.1. Показатели неравномерности пряжи
по линейной плотности 338
5.2.2. Использование комплексного показателя для оценки
качества вырабатываемой пряжи 347
5.2.3. Выбор единичных показателей качества пряжи 347
Ранжирование единичных показателей качества пряжи 348
Измерение и нормирование единичных показателей
качества пряжи 352
Определение комплексного показателя качества пряжи 354
Практический расчет комплексного показателя
качества пряжи 355
5.4. Выводы 360
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 361
ЛИТЕРАТУРА 364
ПРИЛОЖЕНИЯ 385
Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях рыночной экономики для поддержания производства на должном уровне необходимо повышать конкурентоспособность продукции. Повышение качества выпускаемой продукции и эффективности производства в текстильной промышленности связано с совершенствованием как технологических процессов, так и оборудования, с помощью которого эти процессы осуществляются.
Проблема повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции в настоящее время особенно актуальна для отечественных товаропроизводителей, которые продолжают интенсивно осваивать рыночные взаимоотношения. Качество продукции существенно зависит от используемого сырья, применяемых технологий и систем управления производством, квалификации обслуживающего персонала и т.д. При выработке пряжи из натуральных и искусственных волокон и их смесей качество пряжи тесно связано с неровнотой полуфабрикатов, являющейся следствием естественной неравномерности свойств волокон и неровноты, возникающей в процессах смешивания, разделения, очистки и вытягивания продукта.
Процесс вытягивания, осуществляемый с целью утонения волокнистого продукта, распрямления, ориентации и дальнейшего разъединения волокон, является одним из важнейших в прядильном производстве и наиболее сложным в изучении. Поэтому исследованию процесса вытягивания, совершенствованию вытяжных приборов, являющихся самыми распространенными элементами ленточных, ровничных и прядильных машин, должно уделяться особое внимание.
Неровнота в процессе вытягивания образуется, в основном, в результате преждевременного перехода волокон на скорость передней пары. Это относится не только к плавающим, но и к контролируемым волокнам, хотя первые, большинство которых составляют короткие волокна, в большей степени поддаются такому влиянию. Чем дальше по ходу движения
продвигается продукт, тем меньше становится волокон, движущихся со скоростью заднего цилиндра. Передние концы волокон раньше и в большей степени побуждаются к преждевременному переходу на скорость переднего цилиндра. Задние же концы волокон дольше находятся под более сильным влиянием медленно движущихся соседних волокон и поэтому ими удерживаются.
Сила трения, передающая движение от одних волокон другим, зависит не только от числа волокон и площади контакта участков их соприкосновения, но и от напряжения поля сил трения.
Чтобы отдельное волокно преждевременно не увлекалось волокнами, движущимися со скоростью переднего цилиндра, необходимо усилить тормозящее воздействие заднего зажима на задние концы волокон. Для этого надо создать в заднем зажиме вытяжного прибора поле сил трения такой конфигурации, при котором его протяженность в области переднего цилиндра была бы больше, чем заднего.
Образование такого поля сил трения, которое сдерживает преждевременный переход волокон на скорость передней пары, решает проблему снижения неровноты продукта, образуемой в процесс вытягивания.
Анализ опубликованных научно-исследовательских работ, посвященных проблемам повышения производительности технологического оборудования в прядильном производстве и качества вырабатываемой пряжи, показывает, что эффективным средством их решения является широкое применение методов компьютерного моделирования как для оптимизации существующих технологических процессов, так и для поиска новых технологических и технических решений. Компьютерные методы имитационного моделирования, нашедшие широкое распространение в современных методах исследований сложных объектов, позволяют с высоким уровнем детализации и достоверности проанализировать поведение исследуемой системы. Качественные и количественные выводы, получаемые по результатам анализа, дают возможность обнаружить неизвестные
ранее свойства сложного объекта (его структуру, динамические свойства, устойчивость и др.), а также прогнозировать некоторые будущие или объяснять прошлые значения переменных, характеризующих объект.
Диссертация выполнена в соответствии с грантом Министерства образования Российской Федерации в 2002-2003 гг. по фундаментальным исследованиям в области технических наук, грантом Президента Российской Федерации в 2006-2007 гг., а также входила в состав работы отмеченной премией Правительства РФ 2005 г.
Цели н задачи исследования. Целью работы является снижение не-ровноты волокнистых продуктов, возникающей в процессе их вытягивания, при выработке пряжи из натуральных и химических волокон и их смесей с использованием в вытяжных приборах направленного изменения полей сил трения.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:
Выполнен анализ современного уровня методов и результатов исследований вытяжных приборов ровничных и прядильных машин, на основе которого выбраны направления дальнейшего совершенствования процесса вытягивания волокнистых продуктов.
Исследованы факторы, влияющие на процесс вытягивания в вытяжных приборах машин прядильного производства при выработке пряжи из натуральных и химических волокон и их смесей.
На основе аналитических исследований установлены закономерности процесса вытягивания в вытяжных приборах с направленным изменением полей сил трения при обработке крученого и некрученого волокнистых продуктов. Получены аналитические зависимости напряжения поля сил трения от линейной плотности волокнистого продукта в условиях стационарности процесса вытягивания.
Исследована закономерность изменения натяжения волокнистого продукта при его движении по криволинейной поверхности.
Разработана математическая модель, для определения нормального давления, возникающего в ремешковом зажиме в динамических условиях и обуславливающего формирование поля сил трения необходимой конфигурации в основной зоне вытяжного прибора.
Разработаны математические модели для определения нагрузок на нажимные валики вытяжных приборов с направленным изменением полей сил трения.
Разработан способ направленного изменения геометрических характеристик формирователей полей сил трения в виде криволинейных планок, установленных в зонах вытягивания, и получена математическая модель для определения изменения радиуса кривизны при нагружении полости планки давлением.
Основные методы исследований. Диссертационная работа построена на комплексном использовании теоретических и экспериментальных методов исследований. В работе широко использованы численные методы компьютерного моделирования динамических систем, программное обеспечение для выполнения научных исследований на ЭВМ. Постановка и проведение экспериментальных исследований, обработка их результатов осуществлена на основе принципов планирования эксперимента с применением методов статического и регрессионного анализов. Достоверность предложенных научных разработок, выводов и рекомендаций подтверждена результатами производственного эксперимента, использованием методов идентификации и верификации разработанных моделей, а также апробацией и внедрением результатов работы.
Новые научные результаты, полученные в работе.
1. На основе анализа полей сил трения вытяжных приборов и их влияния на неровноту вытягиваемых волокнистых продуктов разработана общая концепция направленного изменения полей сил трения для обеспечения требуемого закона движения волокон в поле вытягивания.
На основе аналитической зависимости напряжения поля сил трения при вытягивании от поперечного напряжения, образуемого в результате кручения волокнистого продукта, установлено влияние его крутки на изменение линейной плотности.
Выявлена закономерность изменения натяжения при взаимодействии волокнистого продукта, находящегося в поле сил трения вытяжного прибора, с формирователем поля в виде направляющей планки с заданным изменением кривизны ее поверхности.
Разработана методика определения геометрии криволинейных поверхностей формирователей для направленного изменения полей сил трения, учитывающей линейную плотность волокнистых продуктов и их состав.
Получена аналитическая зависимость для определения нормального давления, возникающего между ремешками вытяжного прибора прядильной машины, на основе которой определены условия формирования поля сил трения с заданными параметрами.
С учетом сил, действующих в промежуточных зонах вытягивания, и характеристик перерабатываемого волокнистого материала, определены закономерности изменения нагрузок на нажимные валики вытяжного прибора для реализации направленного изменения полей сил трения.
Разработана методика проектирования формирователя поля сил трения в виде полой криволинейной планки и установлена закономерность изменения радиуса ее кривизны от давления в полоста.
Получена аналитическая зависимость линии перехода волокон со скорости питающей пары на скорость вытягивающей от геометрических характеристик волокон, составляющих продукт, их расположения в зоне вытягивания и параметров сформированного поля сил трения.
С учетом функции распределения волокон по длине, динамики перехода волокон со скорости питающей пары на скорость выпускной и заправочных параметров вытяжного прибора получена его обобщенная пе-
редаточная функция, на основе которой выполнено компьютерное моделирование процесса вытягивания.
Научная новизна.
В диссертации впервые на основе широкого применения компьютерного моделирования теоретически и экспериментально обосновано снижение неровноты текстильных продуктов при их вытягивании в вытяжных приборах машин прядильного производства путем направленного изменения полей сил трения.
Практическая значимость и реализации результатов работы.
Разработанная технология и технические средства формирования волокнистого материала позволили нормализовать процессы вытягивания волокнистых продуктов на машинах прядильного производства при выработке пряжи из натуральных и искусственных волокон и в результате повысить качество пряжи.
Содержание разработанной теории вытягивания волокнистых материалов в вытяжных приборах с направленным изменением полей сил трения, а также прикладных вопросов повышения качества пряжи опубликовано автором в трех монографиях, 17 статьях в журнале "Известия вузов. Технология текстильной промышленности" и других изданиях.
Промышленная реализация результатов диссертационной работы осуществлена в условиях АООТ «Ивановский камвольный комбинат», АОЗТ «Красная Талка», ООО «Южская прядильно-ткацкая фабрика», 000 «Родники Текстиль» и др.
Отдельные результаты исследований внедрены в учебный процесс при изучении учебных дисциплин «Прядение натуральных и химических волокон» и «Проектирование текстильных машин», в курсовом и дипломном проектировании.
Апробации работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на:
международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (г. Москва, 2001, 2002,2003,2004,2006 гг.);
международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2001, 2002,2003,2004,2005,2006 гг.);
межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2001,2002,2003,2004,2005,2006 гг.);
Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга (г. С-Петербург, 2002г.);
межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (г. Кострома, 2002,2003, 2004,2005, 2006 гг.);
I Международной научно-технической конференции (г. Москва, 2006г.);
расширенном заседании кафедры начертательной геометрии и черчения ИГТА (2007 г.);
на научном семинаре по проблемам повышения эффективности технологических процессов текстильной и легкой промышленности ИГТА (2007 г.).
Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках диссертационной работы, опубликованы в 78 печатных работах, в том числе в 3 монографиях, 17 статьях в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», статье в журнале «Текстиль», в 3 патентах Российской Федерации и в 3 свидетельствах Российской Федерации на полезную модель, 2 статьях в периодических журналах «Вестник Ивановской государственной текстильной академии», в 25 депонированных рукописях. Остальные работы представлены в сборниках научных трудов и других изданиях.
Структура и обьелі работы. Диссертация состоит из пяти глав, изложенных на 387 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков, 42 таблицы, список использованных литературных источников из 258 наименований, выводы и рекомендации, а также приложения.
