Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ и особенности процесса пневмомеханического прядения льносодержащих смесей 13
1.1. Обоснование актуальности выбранного направления 13
1.2. Особенности процесса прядения котонин содержащих смесей. 15
1.3. Анализ механизма воздействия зубьев гарнитуры на волокнистую бородку и процесса дискретизации на пневмомеханических прядильных машинах . 21
1.4. Влияние натяжения на формирование пряжи и стабильность процесса пневмомеханического прядения 33
2 Разработка методики расчета натяжения льносодержащей пряжи в пневмомеханическом прядильном устройстве 36
2.1.Постановка задачи 36
2.2 Расчет динамического воздействия на баллонирующую неравномерную пневмомеханическую пряжу 37
2.3. Расчет силы натяжения нити на выходе из прядильной камеры. 42
2.4. Оценка величины аэродинамической силы, действующей на пряжу в стеклянной трубке пряжевыводного узла. 43
2.5. Разработка математической модели для расчета предельно допустимой массы соринки, включенной в пневмомеханическую льносодержащую пряжу. 46
3 Разработка гарнитуры дискретизирующих барабанчиков пневмомеханической прядильной машины для производства смесовой хлопкольняной пряжи
3.1. Оптимизация геометрических параметров гарнитур дискретизирующих барабанчиков пневмомеханических прядильных машин для производства смесовой хлопкольняной пряжи 57
3.1.1. Условия эксперимента и программа испытаний. 58
3.1.2. Построение матрицы планирования эксперимента 60
3.1.3. Статистический анализ результатов эксперимента. 61
3.1.4. Многокритериальная оптимизация задачи 64
3.1.5. Расчет обобщенной функции желательности 65
3.1.6. Расчет комплексного показателя эффективности 65
3.1.7. Построение графических зависимостей поверхностей отклика 67
3.2. Сравнительный анализ и оптимизация различных типов гарнитур дискретизирующих барабанчиков для выработки смесовой хлопкольняной пряжи
3.2.1. Условия эксперимента и программа испытаний 69
3.2.2. Выбор параметров оптимизации 71
3.2.3. Определение функции желательности результатов эксперимента и выбор оптимального типа гарнитур 73
3.2.4. Построение регрессионных однофакторных математических моделей по результатам эксперимента 75
3.2.5. Анализ графиков и уравнений регрессий 88
3.3. Оптимизация заправочных параметров узла дискретизации шіевмомеханическои прядильной машины ппм-120 мс при выработке смесовой хлопкольняной пряжи 92
3.3.1. Условия эксперимента и программа испытаний 92
3.3.2. Выбор и определение параметров оптимизации 92
3.3.3. Определение статистических регрессионных многофакторных моделей (РМФМ) по данным эксперимента с факторным планированием 94
3.3.4. Расчет функции желательности результатов эксперимента 98
4 Экспериментальное исследование натяжения смесовой котониносодержащей пряжи на пневмомеханической прядильной машине ппм-120мс 109
4.1. Условия эксперимента и программа исследований 109
4.2.Состав установки для измерения натяжения пряжи 110
4.3. Результаты эксперимента
4.3.1. Проверка гипотезы нормальности распределения эксперимента 114
4.3.2. Определение доверительного объема выборки 116
4.3.3 Анализ результатов эксперимента 118
4.4. Экспериментальное исследование натяжения хлопкольняной пряжи при обрыве 134
4.4.1.Исследование волокон котонина, выделенных из мычки и концов пряжи, при обрывах 136
4.4.2. Исследование комплексов волокон котонина, выделенных из готовой пряжи 138
4.5. Анализ результатов эксперимента с использованием гарнитуры «Экспериментальная» 139
5 Производственные исследования процесса получения хлопкольняной пряжи 141
5.1. Условия эксперимента и программа испытаний 141
5.2. Исследование количества и качества отходов, выделяющихся по переходам хлопкопрядильного производства 144
5.3. Подготовка полуфабрикатов 146
5.4. Исследование качественных показателей хлопкольняной пряжи 147
6 Расчет экономического эффекта 153
6.1. Экономический эффект от повышения сортности пряжи 153
6.2. Экономический эффект за счет повышения производительности труда и снижения уровня обрывности 155
6.3. Экономический эффект за счет снижения стоимости сырья и увеличения стоимости готовой пряжи 164
Общие выводы 168
Библиографический список 170
Приложения
- Анализ механизма воздействия зубьев гарнитуры на волокнистую бородку и процесса дискретизации на пневмомеханических прядильных машинах
- Расчет динамического воздействия на баллонирующую неравномерную пневмомеханическую пряжу
- Сравнительный анализ и оптимизация различных типов гарнитур дискретизирующих барабанчиков для выработки смесовой хлопкольняной пряжи
- Экспериментальное исследование натяжения хлопкольняной пряжи при обрыве
Введение к работе
JJfpLr J
Актуальность работы. Выпуск качественной, конкурентоспособной продукции на основе новых экономичных технологий производства современных текстильных материалов является важнейшей задачей развития текстильной отрасли в сложившейся рыночной ситуации.
Одним из примеров таких технологий в текстиле являются технологии, связанные с модификацией свойств льняного волокна (котонизацией) и производством на его основе нового ассортимента текстильных изделий бытового, технического и медицинского назначения.
Эффективность создания этого ассортимента материалов обусловлена уникальными природными свойствами льняного волокна: гигроскопичностью, гигиеничностью, антиаллергенностью, прочностью и экологической чистотой.
Пряжа, ткани и изделия с содержанием льноволокна благодаря этим свойствам пользуются все возрастающим спросом у нас в стране и за рубежом. Рыночная цена хлопкольняной пряжи на 10 - 15 % выше, чем у хлопчатобумажной, при более дешевом сырье и практически одинаковых затратах на их производство.
Необходимо отметить, что степень одревеснения отечественного льноволокна на 20 - 40 % превышает данный показатель у европейского льна, в результате чего получаемый котонин характеризуется высокой дисперсией по линейной плотности и содержит в своем составе грубые, неразработанные комплексные волокна В связи с этим получение смесовой хлопкольняной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах осложнено вследствие низкой стабильности процесса прядения, а выработанная пряжа имеет недостаточную прочность. Это повышает обрывность и в процессе ее производства, и в ткачестве.
Важным является и тот факт, что, несмотря на значительное сокращение в последние годы парка пневмомеханических прядильных машин, он составляет более 80 % от общего количества прядильных машин на предприятиях отрасли, а расходы по его модернизации во много раз ниже затрат на закупку нового оборудования.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод об экономической целесообразности совершенствования процессов дискретизации волокнистого потока и формирования смесовой льносодержащей пряжи, направленных на снижение обрывности и повышение качества выпускаемой пряжи на пневмомеханических прядильных машинах, предназначенных для выпуска хлопчатобумажной пряжи.
Работа выполнена в соответствии с программой гранта Министерства
образования Российской Федерации 2002 года по фундаментальным
исследованиям в области технических наук, по разделу «Легкая
промышленность», по теме «Разработка теоретических основ процессов формирования котонинсодержащей пряжи пневмомеханического способа прядения».
Целью диссертационной работы является улучшение качества смесовой льносодержащей пряжи, повышение производительности труда и прядильного оборудования за счет уменьшения обрывности, а также снижение себестоимости получаемой пряжи.
Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
- на основании законов механики разработана математическая модель для
расчета силы натяжения льносодержащей пряжи в зависимости от линейной
плотности пряжи, линейной плотности комплекса котонина, частоты вращения
и радиуса прядильной камеры;
- предложена аналитическая модель для определения силы натяжения
пневмомеханической льносодержащей пряжи при ее обрыве с учетом массы
соринки и линейной плотности комплекса котонина;
получены регрессионные математические модели, описывающие влияние геометрических параметров гарнитур дискретизирующих барабанчиков на количество выделяемых грубых комплексов котонина, костры, пыли и сорных примесей при выработке смесовой хлопкольняной пряжи;
с использованием метода математического планирования определены оптимальные геометрические параметры цельнометаллической пильчатой ленты для дискретизирующих барабанчиков пневмомеханической прядильной машины, позволяющие более эффективно удалять грубые комплексы котонина из волокнистой мычки;
проведены сравнительные испытания влияния на качественные показатели вырабатываемой смесовой хлопкольняной пряжи предложенной конструкции гарнитуры и типовых гарнитур, широко используемых на текстильных предприятиях страны;
определены оптимальные заправочные параметры узла дискретизации с разработанной гарнитурой дискретизирующего барабанчика пневмомеханической прядильной машины;
выполнены экспериментальные исследования по определению натяжения смесовой хлопкольняной пряжи;
экспериментально установлено влияние линейной плотности комплекса котонина, при которой обеспечивается уровень обрывности пряжи, отвечающий требованиям технологического процесса пневмопрядения;
на основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны технические решения по модернизации прядильного устройства пневмомеханической прядильной машины для выработки пряжи из смеси хлопка с котонизированным льняным волокном. Испытания, проведенные на данном устройстве, подтвердили эффективность предложенного решения.
Методы исследований. Для теоретических исследований использовали математический аппарат дифференциального и интегрального исчислений, численные методы прикладной математики, методы математического моделирования и теории оптимизации, а также методы теории вероятностей и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились
как в лабораторных условиях с применением специальных стендов и современной измерительной аппаратуры, так и на действующем оборудовании текстильных предприятий.
Достоверность и обоснованность. Для подтверждения теоретических положений проведены экспериментальные исследования, результаты которых обработаны методами теории вероятностей и математической статистики и полностью согласуются с результатами проведенных теоретических исследований.
Автор защищает: выдвинутые теоретические положения, технологические и технические решения, направленные на повышение качества вырабатываемой хлопкольняной пряжи, увеличение производительности труда и оборудования путем снижения обрывности пряжи, в частности:
- теоретические положения, позволяющие осуществлять прогнозирова
ние удельной разрывной нагрузки пряжи в зависимости от линейной плотнос-
j ти перерабатываемых волокон котонина и частоты вращения роторов
пневмомеханической прядильной машины;
- геометрические параметры гарнитуры дискретизирующего барабанчи
ка для переработки льносодержащих смесей;
' - технические решения по модернизации прядильного блока пневмоме-
ханической прядильной машины для переработки льносодержащих смесей. Научная новизна заключается в том, что впервые:
разработана математическая модель для расчета силы натяжения льно-содержащей пряжи в зависимости от линейной плотности пряжи, линейной плотности комплекса котонина, частоты вращения и радиуса прядильной камеры;
предложена аналитическая модель для определения силы натяжения пневмомеханической льносодержащей пряжи при ее обрыве с учетом массы соринки и линейной плотности комплекса котонина;
' - получены математические регрессионные модели, описывающие влия-
ние геометрических параметров гарнитур дискретизирующих барабанчиков на количество выделяемых в отходы грубых комплексов котонина, костры, пыли и
, сорных примесей;
экспериментально установлена функциональная взаимосвязь между натяжением пряжи на выходе из прядильного устройства и наличием в мычке волокон льняного котонина;
экспериментально измерено натяжение в момент обрыва хлопкольняной пряжи;
экспериментально определена линейная плотность волокон котонина в смеси, при которой обеспечивается допустимый уровень обрывности технологического процесса пневмопрядения.
Новизна разработанных в диссертационных исследованиях технических решений защищена свидетельством РФ на полезную модель № 26560 от 10.12.02 «Цельнометаллическая пильчатая лента для дискретизирующего барабанчика пневмомеханической прядильной машины» по заявке № 2002109990/20 от 18.04.2002. МІЖ D01 Н4/30.
Практическая ценность работы заключается в том, что:
экспериментально установлены геометрические и технологические параметры пильчатой гарнитуры дискретизирующего барабанчика, с помощью которых достигается более эффективное вычесывание грубых комплексов котонина, сорных примесей и костры;
производственные испытания разработанных предложений по модернизации существующего прядильного устройства для выпуска смесовой котонинсодержащей пряжи на ООО «Фурмановская фабрика №1» показали снижение обрывности пряжи на 37 % и повышение комплексного показателя качества вырабатываемой пряжи на 22 %.
Результаты работы внедрены в производство на ЗАО «Ремиз» г. Иваново.
Результаты работы могут быть использованы при модернизации действующего оборудования, в научных и экспериментальных исследованиях в области пневмомеханического прядения, в учебном процессе в курсе «Прядение натуральных и химических волокон», при выполнении научно-исследовательских дипломных проектов.
Ожидаемая экономическая эффективность от использования предложенного модернизированного прядильного устройства, выразится: в повышении сортности пряжи и составит 8000 рублей на одну тонну пряжи; в увеличении выработки пряжи за счет снижения обрывности и будет равняться 2626 рублям с тонны.
Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективы легкой и текстильной промышленности» (Прогресс - 2002). Иваново: ИГТА, 2002; Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2005). Иваново: ИГТА, 2005.
Публикации. Результаты работы отражены в 9 публикациях, в том числе 1 статья опубликована в журнале «Технология текстильной промышленности» (серия «Известия вузов»), 3 депонированы в ВИНИТИ, остальные опубликованы в материалах научно-практических конференций и научных сборников. Получено Свидетельство на полезную модель № 26560 РФ МПК D01 Н4/30.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 198 листах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка из 104 наименований, содержит 45 таблиц, 48 рисунков и приложения.
Анализ механизма воздействия зубьев гарнитуры на волокнистую бородку и процесса дискретизации на пневмомеханических прядильных машинах
При вращении барабанчика, сорные примеси подводятся к сороотводящему каналу 7, а волокна по транспортирующему каналу S направляются на сборную поверхность прядильного ротора 9. При этом волокна распрямляются и ориентируются по ходу своего движения. Очистка волокон от сорных примесей связана с конструктивными параметрами сороотводящих каналов прядильного устройства [27,28]. К недостаткам процесса дискретизации при переработке хлопкольняных смесей следует отнести неполное разделение комплексов волокон льна, механическое повреждение волокон, сопровождающееся их укорачиванием, выделение прядомых волокон в угары. Это снижает прочность и качество пряжи. Комплексные волокна котонина, обладающие большой жесткостью на кручение, попадая на сборную поверхность ротора, препятствуют распространению крутки, что приводит к обрывам. Такие же последствия вызывают отложения в канавке ротора сорных частиц и микропыли, которые в повышенных количествах выделяются в процессе дискретизации котонина. [29,30,31]. Поэтому решение указанных проблем необходимо для повышения стабильности процесса прядения и улучшения качества льносодержащей пряжи. Для выполнения процесса дискретизации в прядильном производстве используют в основном дискретизирующие (расчесывающие) барабанчики, обтянутые цельнометаллической пильчатой лентой (ЦМПЛ) [32]. Рассмотрим механизм воздействия зубьев гарнитуры дискретизирующего барабанчика на бородку волокон на рис. 1.3. Согласно [32], обрыва волокон не будет происходить, если расстояние от линии зажима волокнистой ленты до линии входа в нее зубьев гарнитуры расчесывающего барабанчика будет равно 1/4 длины перерабатываемого волокна.
Глубина погружения зубьев гарнитуры зависит от профиля поддерживающей поверхности, к которой прижимается волокнистый продукт. Профиль этой поверхности (кривая ABC) эксцентричен поверхности расчесывающего барабанчика, что позволяет ленте, выходящей из зажима, увеличивать под действием сил упругости свой объем, и тем самым уменьшать ударное воздействие зубьев гарнитуры дискретизирующего барабанчика. Использование поддерживающей поверхности такого профиля способствует прочесыванию волокнистой бородки на всей длине. Это повышает чешущую и очищающую способность гарнитуры [33]. Проникание зубьев в бородку зависит от угла чесания а. Этот угол определяется углом наклона передней грани зуба к радиусу вогнутой поддерживающей плоскости (рис. 1.4). При движении зуба гарнитуры от точки В к точке С угол чесания при вогнутой передней плоскости остается постоянным. Это означает, что при вхождении зуба в бородку в точке В, он будет прочесывать ее по всей длине до точки С. При вращении барабанчика зуб его гарнитуры будет воздействовать на каждое волокно с силой Рд, направленной вдоль оси волокна.
Разложив силу Ро на составляющие по направлению передней грани зуба и перпендикулярно к ней, определим силы N и Р2 . Сила нормального давления N прижимает волокно к передней грани зуба. Сила Р2 стремится продвинуть волокно вдоль передней грани к основанию гарнитуры. Сила Т, возникающая при движении волокна вдоль передней грани зуба, будет препятствовать этому движению. Зуб будет расчесывать бородку, если Р2 Т. Уточненный силовой анализ действия зубьев пильчатой ленты на одиночное волокно был осуществлен в работе И.Г. Борзунова [34]. Впервые в анализе учтено положение волокна по высоте гарнитуры, что позволило получить рекомендации не только по углу наклона рабочей грани зубьев гарнитуры, но и по высоте зубьев. В работе [35] рассмотрено влияние угла наклона а передней грани зуба гарнитуры на силы чесания (рис. 1.5). При а ж/2 сила Р2 способствует углублению волокон в гарнитуру (рис. 1.5 а), а при а я/2 - их выталкиванию (рис. 1.5 в). Прочесывание бородки будет обеспечено, то есть волокна будут двигаться вдоль передней грани зуба к его основанию, если сила Р2, продвигающая волокно в указанном направлении, будет больше силы трения Т, В работе [36] Ашнин Н.М. подчеркнул необходимость соответствия параметров гарнитуры свойствам волокон. Отмечено, что между параметрами гарнитуры и свойствами волокон существует корреляционная связь. Установлено, что наибольшее количество связей имеет плотность, далее шаг и угол наклона зубьев. Для лучшего разъединения волокон нужно увеличивать угол передней грани и плотность зубьев. Исследования аэродинамических процессов в прядильной камере [37] позволили установить необходимость повышения интенсивности воздействия расчесывающих барабанчиков на волокнистую бородку с целью достижения качественного разъединения комплексов котонина и их должной очистки от сорных примесей.
Важность влияния степени разволокнения и утонения волокнистого продукта на распрямленность волокон и, следовательно, на структуру пряжи отметил А.Г. Севостьянов [38]. При попадании в желоб ротора, недостаточно разъединенные волокна пересекают волокнистую ленточку и нарушают ее структуру. В исследованиях [39] процесса дискретизации на пневмомеханических прядильных машинах определено, что с увеличением частоты вращения расчесывающего барабанчика с 5000 до 9000 об/мин усилия, действующие на волокна практически не меняются. Усилия возрастают при изменении высоты гарнитуры, изменении угла наклона зубьев от отрицательного к положительному. Авторы работы [40] показали, что с увеличением частоты вращения дискредитирующего барабанчика масса сорных примесей, скапливающихся в желобе ротора, увеличивается. Загрязненность ротора приводит к снижению прочности пряжи, увеличению ее ворсистости. Для лучшего проникновения зубьев гарнитуры вглубь волокнистой бородки вершинам зубьев придается остроконечная форма. Однако по условиям изготовления и эксплуатации гарнитур на вершине зуба имеется площадка, обуславливающая возникновение реакции со стороны волокнистого продукта. Так как вершины зубьев расположены на одном уровне усилие, оказываемое на волокнистый продукт, равно сумме реакций на каждом отдельно взятом зубе. Преодоление возникающей реакции приводит к уплотнению волокнистой массы. Очевидно, что для оценки проникающей способности гарнитуры необходимо учитывать величину площадки вершин зубьев и их количество на единице площади. Проникающая способность для ЦМПЛ определяется по формуле
Расчет динамического воздействия на баллонирующую неравномерную пневмомеханическую пряжу
В [70] была решена задача механики обрыва пряжи. Причиной обрыва считалась соринка, запрядаемая в пряжу в желобе ротора. Изучался механизм возникновения обрыва пряжи. Было принято, что изменение механического состояния пряжи, возникающее из-за соринки, заключается в снижении прочности пряжи. Принималось также, что в момент обрыва происходит динамический удар. Применение методов механики позволило получить соотношения, дающие возможность оценить предельно допустимую массу соринки, включенную в пряжу. Эксперименты, проведенные нами, выявили, что при получении пневмомеханической пряжи из льносодержащей смеси масса соринок, послуживших причиной обрыва, меньше той величины, которая является результатом расчетов по формулам [70]. Ниже излагается вывод математической модели процесса обрыва пневмомеханической льносодержащей пряжи, позволяющий объяснить полученные эксперимен тальные результаты [77]. Задача решалась с учетом того, что пряжа, содержащая котонин, может иметь участки с линейной плотностью, отличающейся от среднего значения. В связи с этим возникают условия, когда можно рассматривать вариант движения нити с неравномерной линейной плотностью, причем неравномерность линейной плотности будем считать обусловленной только наличием котонина. Таким образом, можно утверждать, что постановка Ф предлагаемой задачи, является расширением постановки задачи, решенной в статье [71]. Натяжение нити и ее форма зависят от совокупности внешних воздействующих факторов. На малый участок нити длиной dr между точками А и. В (рис. 2,1) действуют следующие силы [70,71]: - сила тяжести G; - центробежная сила FM\ - кориолисова сила Fc; - аэродинамическая сила Fa.
Направление действия аэродинамической силы совпадает с направлением скорости воздушного потока относительно малого отрезка АВ (на рис.2.1 не показано). В [70] анализировались и оценивались силы, действующие на соринку, которая может находиться на различных участках контура пряжи. Учет всех сил, действующих на нить в камере, позволяет решить задачу о натяжении нити, а также вычислить геометрические параметры контура, по которому происходит движение пряжи. Для решения поставленной задачи, оказывается, совершенно необязательно учитывать силу тяжести, кориолисову силу и аэродинамическую силу [70, 71]. Наиболее существенное и значимое влияние на натяжение пряжи оказывает в данном случае центробежная сила. Далее будем решать задачу относительно натяжения пряжи в камере пневмомеханического прядильного устройства при условии, что действует только цеытробелшая сила. Центробежная сила действует так, что пряжа будет направлена по радиусу. Линейную плотность пряжи обозначим через Т. Будем считать, что линейная плотность зависит от радиальной координаты г текущей точки на контуре пряжи: Т = Т (г). Центробежная сила, действующая на элемент dr нити линейной плотностью Т(г) (рис. 2.І): где о)н = лпк/ЗО + vabll/rK - угловая скорость вращения прядильного ротора; пк - частота вращения крутильного органа, мин" ; Гц - радиус камеры; veb!U - скорость движения нити по ее контуру. Отметим, что сила натяясения равна по величине центробежной силе, но противоположна ей по направлению: и, следовательно, Обозначим через РО к) - натяжение в точке съема при г = гк. Общая формула для натяжения при Т = ТсоШ = const имеет вид: На рис. 2.2 представлена схема распределения линейной плотности пряжи по ее контуру в камере. Линейная плотность от точки К до точки входа на поверхность воронки изменяется от максимального значения Т,пах в точке г =гк до значения Tmin в точке г = /. По схеме, представленной на рис. 2.2, изменение линейной плотности пряжи начинается в точке г = rD а заканчивается в точке / = Гц . Упростим представленную схему, для чего будем полагать, что изменение плотности имеет «импульсную», скачкообразную форму, причем rD = ги (рис.2.3). В этом случае определяем, что натяжение в точке г = гс, находится по формуле
Сравнительный анализ и оптимизация различных типов гарнитур дискретизирующих барабанчиков для выработки смесовой хлопкольняной пряжи
В предыдущей главе были определены оптимальные геометрические параметры гарнитуры, обеспечивающие максимальное выделение грубых комплексов котонизированного льна в узле дискретизации. Поэтому для завершения работы по созданию гарнитуры для выработки смесовой котонисодержащей пряжи требуется выявить влияние геометрических параметров гарнитуры на физико-механические свойства пряжи. Настоящая работа проводилась в производственных условиях ОАО «Сам-текс» на пневмомеханических прядильных машинах ППМ-120 МС [87]. Хлоп-кольняная пряжа линейной плотности 50 текс вырабатывалась с использованием дискретизирующих барабанчиков с экспериментальными гарнитурами, выбранными по лучшим показателям испытаний, описанных в разделе 3.1. В качестве контрольных вариантов при выработке смесовой хлопкольняной пряжи в эксперименте были использованы дискретизируютцие барабанчики, обтянутые пильчатыми лентами ЦМПЛ-28, ЦМПЛ-33 и ЦМПЛ-64 производства ОАО «Ремиз», широко применяемые на хлопчатобумажных предприятиях страны. В табл. 3.5 приведены основные геометрические параметры используемых гарнитур.
Выработка пряжи проводилась при последовательной замене дискрети зирующих барабанчиков с различными типами гарнитур. Полученная пряжа была испытана по основным физико-механическим показателям в производ ственной лаборатории ОАО «Самтекс», по методикам [88]. Исследования неровнотьт пряжи проводились на приборе КЛА-2 в лаборатории кафедры МТТМ (ИГТА). Технологические параметры гарнитур дискретизирующих барабанчиков, участвующих в эксперименте представлены в табл. 3.6. Для получения достоверных результатов исследования (pD 0,95) все испытания проводились по специальным методикам [84,85] и повторялись необходимое количество раз. Расчет и обработка результатов проводились на ЭВМ. В качестве частных параметров оптимизации были выбраны следующие технологические показатели: Y; - коэффициент вариации по линейной плотности пряжи, %; V? - удельная разрывная нагрузка одиночной нити, сН/текс; Уз - коэффициент вариации по разрывной нагрузке пряжи, %; У4 - коэффициент вариации по крутке, %; Уз - количество утонений на 100 м пряжи; б - количество утолщений на 100 м пряжи; У7 - количество непсов на 100 м пряжи. Определение параметров оптимизации производилось по стандартным методикам [89,90]. Качественные показатели исследуемой пряжи представлены в табл. 3.7.
Анализируя полученные результаты, отмечено, что пряжа наибольшей прочности получена с использованием гарнитуры ЭКСП.-2 (Ру 8,7 сН/текс). При этом типе гарнитуры значения коэффициентов вариации по линейной плотности и по крутке пряжи имеют минимальные значения 0(71) = 2,6 %, Cv(K) = 3,3 %. А также пряжа имеет лучший показатель по количеству утолщений на 100 м отрезках, N = 561. Выделяется также гарнитура ЭКСП.-1, обеспечившая наилучшие показатели по количеству утонений Nym0H 284 и коэффициенту вариации по разрывной нагрузке пряжи Cv(Py) = 11,3 %. Однако проведенный анализ не позволяет сделать однозначных выводов по выбору гарнитуры, обеспечивающей наилучшие физико-механические свойства пряжи. Поэтому для достижения поставленной цели был проведен расчет функции желательности. Для сравнения полученных результатов эксперимента в целом возникает необходимость перехода от нескольких параметров к одному обобщенному технологическому критерию. В качестве комплексного технологического критерия нами использована обобщенная функция желательности, учитывающая все частные критерии [85]. Задача оптимизации заключается в определении максимального значения обобщенной функции желательности D. где л - число рассматриваемых частных параметров оптимизации; d\, d dy, .,., й?„ - частные функции желательности; Ъ\, Ь2 &з, ..., Ъп - весомость каждого /1-го критерия оптимизации. Так как при проведении эксперимента основное интерес представляло влияние типа гарнитуры на прочностные характеристики пряжи, были приняты следующие значения весомостей: Для вычисления обобщенной функции желательности частные параметры были преобразованы в безразмерные величины от нуля до единицы, в зави симости от желательности результата. С учетом [91, 92], для хлопкольняной пряжи 50 текс наиболее оптимальными можно считать значения технологических параметров, представленные в табл.3.8, Используя результаты таблицы 3.7 на ЭВМ по программе «FGEL», рассчитаны частные и обобщенные значения функции желательности для всех вариантов (расчет представлен в прил. 2.):
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что наибольшее значение функции желательности имеет вариант, который характеризуется испытаниями гарнитуры ЭКСП.-2. Эта гарнитура имеет следующие геометрические характеристики: угол наклона рабочей грани зуба 80, шаг зуба 1,3 мм, высота зуба 1,0 мм. Следовательно, гарнитура типа ЭКСП.- 2 является наиболее подходящей для процесса дискретизации в данных условиях. Для получения более объективной оценки эксперимента и подтвер ждения результатов, представленных в разделе 3.2.3 был применен метод построения регрессионных однофакторных математических моделей (РОФМ). Планирование эксперимента При построении РОФМ использовались результаты, полученные при исследовании гарнитур ЭКСП.- 2, ЭКСП.- 1, ЦМПЛ-28, с помощью которых были достигнуты наилучшие физико-механические показатели пряжи (см. разд. 3.2.3). Технологические параметры гарнитур дискретизирующих барабанчиков, участвующих в эксперименте представлены в табл. 3.6. В качестве фактора варьирования (D) была принята доля задерживающей способности данных гарнитур, которая является комплексным показателем, позволяющим наиболее точно оценить воздействие гарнитуры на погруженные в нее волокна [93]. Значения доли задерживающей способности для исследуемых гарнитур представлены в таблице 3.6. На основе известной информации о принятом факторе варьирования были определены значения основного уровня фактора Do,- (центр эксперимента); верхний и нижний уровни фактора, в соответствии с [84]. Уровни факторов и интервалы варьирования представлены в табл. 3.9.
Экспериментальное исследование натяжения хлопкольняной пряжи при обрыве
В известных исследованиях [59] при выработке пряжи из однородных волокон (хлопка, вискозы или акрила), колебания натяжения пряжи, значительно превышающие среднюю величину, являются обычным явлением и далеко не всегда приводят к обрыву. Так как в исследуемой нами хлопкольняной пряже содержится значительное количество грубых неразработанных комплексов котонина, представляется интересным, какое влияние они оказывают на натяжение и обрывность пряжи. Целью этой части нашего эксперимента было определение величины натяжения при обрыве котонинсодержащей пряжи. Эксперимент проводился в условиях, описанных в параграфе 4.1
Для выработки пряжи использовалась хлокольняная лента, содержащая 25% котонизированного льна и 75% хлопкового волокна. Так как предварительные исследования натяжения с записью на фотобумагу, сопровождались большим ее расходом, нами было принято решение для сокращения времени эксперимента вводить в ленту отдельные грубые комплексы котонина. Нам удалось зафиксировать на фотобумаге несколько случаев обрыва хлопкольняной пряжи. (См. рис. 4.13 - 4.15). Из осциллограмм видно, что натяжение при обрыве в 1,7 - 1,9 раза превысило среднее значение натяжения пряжи (см. табл. 4,6). Сравнение экспериментальных значений натяжения обрыва пряжи с расчетами, сделанными по полученным нами аналитическим зависимостям, показало близость полученных результатов, что подтверждает их достоверность (см. табл. 4.7). Мы провели исследование 100 случаев обрывов при выработке хлопкольняной пряжи линейной плотности 46 текс, в которых причиной обрыва стало наличие на сборной поверхности камеры или на конце пряжи комплексов котонина.
В первом случае, при попадании на сборную поверхность, недостаточно разъединенные комплексы котонина, под действием центробежной силы, прижимают волокнистую ленточку к желобу ротора. Если центробежная сила превышает силу отрыва волокнистой мычки от поверхности ротора, то происходит обрыв. Во втором случае волокна котонина своим передним концом запрядаются в пряжу. Эти волокна образуют в пряже локальные участки повышенной жесткости [29]. В результате на этих участках накладывается меньшее количество кручений, пряжа имеет меньшую прочность, что тоже приводит к обрыву. пряжи, при обрывах Следующим этапом работы было исследование волокон котонина, приведших к обрыву. Исследования проводились при выработке хлопкольняной пряжи линейной плотности 38 и 46 текс. Волокна извлекались из оборванных концов пряжи или мычки, оставшейся в желобе ротора. Измерялась их длина и масса. Перед измерениями волокна выдерживались в гигростате. Результаты измерений приведены в табл. 4.7.
Из табл. 4.7 видно, что все исследованные волокна согласно [22] можно классифицировать как грубые комплексы котонина. Для оценки полученных результатов, согласно [71] произвели расчет максимально допустимого веса со ринки, при котором обрыв не произойдет, при выработке пряжи линейной плотности 46 текс. Этому условию удовлетворяет большинство определенных нами масс комплексов волокон, послуживших причиной обрывов. Однако в 26 случаях из 100 масса комплексов волокон льна не превысила расчетного значения - 0,495 мг, но обрыв пряжи все же произошел. Это означает, что соотношение (4.13) для смесовой двухкомпонеитяой пряжи, содержащей котонизированное льняное волокно, не всегда адекватно, и причиной этой части обрывов пряжи в камере ГГПМ явилось не критическое значение масс комплексов волокон льна, а другая причина. Эта причина - слабая прочность отдельных участков пряжи, вызванная высокой жесткостью грубых комплексов волокон льна, которая препятствовала равномерному распространению крутки на волокна в волокнистом клине.
