Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор 14
1.1. Анализ теоретических исследований процесса очистки полуфабрикатов в прядильном производстве 14
1.2. Современная техника и технология прядильного производства 20
1.3. Исследования процесса отделения сорных примесей из волокнистого материала на пневмомеханических прядильных машинах 38
1.4. Влияние засоренности полуфабрикатов на протекание технологических процессов прядильного производства 63
1.5. Выводы по главе 72
2. Математическое моделирование механики клочков волокон на зубьях гарнитуры пильчатого барабана 74
2.1. Уравнения движения клочков волокон по рабочей поверхности зуба гарнитуры пильчатого барабана 74
2.2. Расчет сил, действующих на клочок волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана в зоне открытой поверхности 78
2.3. Математическое моделирование процесса аэродинамического съема клочков волокон с зубьев гарнитуры пильчатого барабана 80
2.4. Выводы по главе 87
3. Теоретические и экспериментальные исследования технологического процесса на разрыхлителе- очистителе 89
3.1. Принцип работы разработанных разрыхлителей-очистителей 89
3.2. Методика определения оптимальных параметров устройства аэросъема приемного узла разрыхлителя 94
3.3. Оптимизация технологических и технических параметров разрыхлителя-очистителя Р-О-3 103
3.4. Производственные исследования подготовки полуфабриката к пневмопрядению с использованием разработанных разрыхлителей-очистителей 107
3.7. Выводы по главе 116
4. Совершенствование процессов транспортировки, дискретизации и очистки волокнистого материала на пневмомеханических прядильных машинах 118
4.1. Устройство для формирования волокнистого материала на пневмомеханических прядильных машинах 118
4.2. Описание принципа работы нового узла дискретизации пневмомеханических прядильных машин 122
4.4. Новый способ дискретизации волокнистого материала и устройство для его осуществления 135
4.5. Математическое моделирование процесса очистки воздушных потоков от мелкодисперсной пыли в спиральных каналах 139
4.6. Оценка центробежных сил, действующих на мелкодисперсные пылевые частицы 143
4.7. Производственные исследования новых способов дискретизации волокнистого материала и устройство для его осуществления 144
4.8. Выводы по главе 147
5. Совершенствование процесса формирования пряжи на пневмомеханческих прядильных машинах 149
5.1. Определение уравнения плоскости, касательной к поверхности воронки в точке схода с нее пряжи 149
5.2. Разработка математического метода для расчета угла охвата пряжей фрикционной поверхности воронки 155
5.3. Формула для расчета угла охвата пряжей фрикционной поверхности воронки 158
5.4. Построение номограмм для расчета угла охвата пряжей фрикционной поверхности воронки 167
5.5. Исследование процесса кручения нити на поверхности воронки пряжевыводной трубки 177
5.5.1. Разработка математической модели для расчета величины крутки пряжи на входе на фрикционную поверхность воронки 177%
5.5.2. Расчет локальных потерь крутки на фрикционной поверхности воронки 184
5.5.3. Разработка программного комплекса для определения локальных потерь крутки на поверхности пряжевыводной воронки 193
5.6. Принцип работы устройства для распространения крутки в камеру пневмомеханической прядильной машины 199
5.7. Расчет аэродинамических параметров пряжевыводного узла с интенсификатором 208
5.8. Оценка аэродинамических параметров пряжевыводного узла с интенсификатором крутки 211
5.9. Оптимизация процесса заправки пневмомеханического прядильного устройства с интенсификатором 217
5.10. Выводы по главе 230
Общие выводы и рекомендации 232
Библиографический список использованной
Литературы
- Современная техника и технология прядильного производства
- Расчет сил, действующих на клочок волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана в зоне открытой поверхности
- Оптимизация технологических и технических параметров разрыхлителя-очистителя Р-О-3
- Описание принципа работы нового узла дискретизации пневмомеханических прядильных машин
Введение к работе
Введение. Качественная пряжа, получаемая после переработки сырья в приготовительном и прядильном производстве, является важнейшим условием для выработки тканей, трикотажных полотен и нетканых материалов, соответствующих современным требованиям и стандартам. Отсюда начинается формирование будущих потребительских свойств готовой продукции.
При создании новой техники первостепенное внимание ведущие машиностроительные фирмы уделяют расширению технологических возможностей прядильного оборудования, рациональному использованию сырья:
- сокращению технологических цепочек оборудования;
- обеспечению большей универсальности использования оборудования в связи с расширением физико-механических свойств сырья;
- повышению надежности оборудования и КПВ;
- простоте, удобству и безопасности обслуживания машин за счет внедрения средств роботизации и микропроцессорной техники;
- многоуровневому программному управлению как производству в целом, так и отдельными машинами.
Актуальность работы. XXI век поставил текстиль на одно из первых мест среди потребностей человека и общества в целом. В настоящее время имеющийся спрос на 80% удовлетворяется товарами, привозимыми из иностранных государств, в основном Турции, Китая, Юго-Восточной Азии, что приводит к снижению прибыли предприятий, налоговых платежей в бюджеты всех уровней и поступлений во внебюджетные фонды в сумме около 95 млрд. рублей за год.
Текстильная и легкая промышленность Российской Федерации интенсивно осваивает новые виды продукции и внедряет современные технологии. В настоящее время трудно найти такое предприятие, которое так или иначе не было бы связано с техническим переоснащением производства, развитием материальной базы. Активно приобретается не просто новое, а новейшее оборудование. Сложный процесс покупки и освоения машин, станков, линий сопровождается необходимостью решать множество различных вопросов, в том числе инвестиционных, коммерческих, технологических, технических.
В то же время отечественная текстильная промышленность располагает производственными мощностями для выпуска продукции в необходимых объемах потребления на внутреннем рынке. Имеющийся научно-производственный потенциал вполне способен обеспечить развитие текстильной промышленности.
К сожалению, до сих пор очень медленно осуществляется инвестирование проектов в текстильной промышленности. Только на трех предприятиях нашей области - текстильном крае - были внедрены по одной линии производства пряжи средней линейной плотности. Приобретение иностранной линии для выпуска пятисот тысяч тонн пряжи в месяц требуется в среднем восемьнадцать-двацать миллионов долларов. Не каждый владелец предприятия способен приобрести импортное оборудование без поддержки государства даже по лизинговым программам банка.
Согласно высказыванию губернатора Ивановской области М.А. Меня на международной выставке инвестиционных проектов «MIPIM» во французских Каннах одни из переговоров - с мэром итальянского города Комо Стафано Бруни - закончились подписанием протокола о сотрудничестве. В частности, о сотрудничестве в области текстиля. С учетом того, что итальянский бизнес сейчас очень активно выводит свои капиталы из Китая, перспектива размещения текстильных производств «итальянского происхождения» в нашей области становится реальной.
Однако решение наболевшего вопроса о подъеме текстильной отрасли в Ивановской области подобным образом, т.е. делая упор на зарубежные текстильные предприятия, отодвинет на второй план развитие отечественной техники и технологии.
Сложившаяся тенденция развития текстильной промышленности заключается в том, что наиболее устаревшее оборудование частично заменяется новым зарубежным или относительно новым с закрывающихся производств, а сравнительно еще новое оборудование модернизируется. Поэтому новое и старое оборудование в тех или иных пропорциях всегда существовали, будут существовать и в дальнейшем. При ускорении технического прогресса новейшее оборудование будет появляться через более короткий промежуток времени, а поэтому моральный износ действующего оборудования тоже будет ускоряться. Однако заменить последнее на новое в производстве в кратчайший срок не представляется возможным. Это привело бы к чрезмерным потерям прошлого труда, поэтому для наиболее эффективного использования установленного на предприятиях оборудования необходима его модернизация. Хотя в стране имеется накопленный опыт и потенциал вообще для разработки нового текстильного оборудования и поднятия уровня текстильной отрасли в целом.
Проведенный анализ влияния различных факторов на повышение эффективности работы разрыхлительных и чесальных машин выявил, что одной из причин ухудшения качества полуфабрикатов и уменьшения производительности машин являются процессы движения волокнистых материалов по рабочим поверхностям разрыхлителей и чесальных машин, а также процесс аэросъема волокнистого материала с рабочих поверхностей пильчатых барабанов. Исследование движения клочков волокон по рабочей поверхности пильчатых барабанов имеет большое значение для определения режима наилучшей очистки полуфабриката при его разъединении, поскольку, оптимальный процесс разрыхления и очистки приводит к снижению потерь прядомых волокон в отходы, намотов на рабочие поверхности, к исключению повреждения волокон. А также правильная организация работы узла предварительного разрыхления приводит к удерживанию клочков волокон и сбрасыванию сорных примесей, уменьшению нагрузки на зону чесания между главным барабаном и шляпочным полотном. Кроме того, правильный подбор гарнитуры приводит к уменьшению количества непсов еще до главного барабана. Совершенствование процессов разрыхления, очистки, транспортировки в процессе подготовки волокнистых материалов на разрыхлительно-очистительном агрегате, чесальных машинах, а также питания, дискретизации, формирования полуфабрикатов на пневмомеханических прядильных машинах имеет особое значение при пневмомеханическом способе прядения, так как наличие мельчайшей пыли и сорных примесей в воздушном потоке после дискретизации и транспортировки, а также условия формирования, как подтверждает практика, являются основной причиной обрывности на современных прядильных машинах.
Поэтому решение перечисленных научных проблем, направленное на совершенствование технологических процессов на разрыхлительных, чесальных и пневмопрядильных машинах, на сегодняшний день является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование процессов разрыхления, очистки, транспортировки полуфабриката и формирования пряжи с целью повышения качества пневмомеханической пряжи.
Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- обоснование нового подхода к вопросу механики клочков волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана на основе теоретического моделирования процессов движения, удержания и съема клочков волокон, а также определения геометрических параметров конструкции разрыхлителя, обеспечивающих оптимальные условия процессов разрыхления, транспортировки и съема клочков волокон;
- апробация и внедрение в производство разработанных разрыхлителей, обеспечивающих улучшение качества полуфабриката и пряжи;
- разработка теоретического исследования нового способа дискретизации и устройства для его осуществления, а также устройства для дискретиза 9
ции и формирования волокнистых материалов для пневмомеханических прядильных машин;
- математическое моделирование процессов, происходящих в зоне формирования пряжи на пневмомеханических прядильных машинах, а также разработка и исследование устройства, обеспечивающего снижение потерь крутки в этой зоне;
- разработка программного комплекса, демонстрирующего полную картину процесса локальных потерь крутки, с выводом графической информации;
- апробация и внедрение в производство новых технических средств для дискретизации, очистки и формирования волокнистых материалов, обеспечивающих улучшение качества полуфабриката и пряжи.
Методы исследований. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, аналитической геометрии, теории дифференциальных уравнений в обыкновенных и частных производных, численные методы прикладной математики, методы теории механики гибкой нити и теории упругости. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном и действующем производственном оборудовании с использованием стандартных методик и современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена на ЭВМ с применением современных математических программных пакетов - MathCAD и MATLAB.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в совершенствовании теории механики клочков волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана на основе теоретического моделирования процессов движения, удержания и съема клочков волокон. В рамках развития данной теории впервые получены следующие научные результаты:
1) выполнено математическое моделирование процесса движения клочка волокон по рабочей поверхности зуба гарнитуры пильчатого барабана; 2) получена математическая модель для расчета удерживающих сил, действующих на клочок волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана в зоне открытой поверхности;
3) проведено математическое моделирование процесса аэродинамического съема клочков волокон с зуба гарнитуры пильчатого барабана;
4) разработана методика определения геометрических размеров окна сброса клочков волокон в зависимости от параметров гарнитуры пильчатого барабана и его различных скоростных режимов;
5) разработаны алгоритмы и программы для расчета движения клочков волокон на основе аналитических зависимостей, описывающих механику клочков волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана, а также разработана методика определения оптимальных параметров конструкции разрыхлителя, обеспечивающих лучшие условия протекания процессов разрыхления, транспортировки и съема волокон.
Разработаны и исследованы новый способ дискретизации и устройство для его осуществления, а также устройство для формирования и дискретизации волокнистых материалов для пневмомеханических прядильных машин.
В рамках теоретического исследования разработанного нового способа дискретизации и устройства для его осуществления впервые получены следующие научные результаты:
1) теоретически изучены особенности процесса движения технологического воздушного потока с мелкодисперсной пылью в сороотводящем канале
узла дискретизации волокон;
2) проведено математическое моделирование процесса очистки воздушных потоков от мелкодисперсной пыли в спиральных каналах и выполнена оценка влияния формы спиралевидного канала на центробежные силы, действующие на мелкодисперсные пылевые частицы;
3) разработан математический метод описания профиля внутренней и наружной стенки и площади поперечного сечения сороотводящего канала неподвижного цилиндра дискретизирующего барабанчика; В рамках теоретического исследования в зоне формирования пряжи на пневмомеханических прядильных машинах впервые получены следующие научные результаты:
1) разработана методика расчета геометрического положения пряжи при сходе с фрикционной поверхности пряжевыводной воронки;
2) получено нелинейное уравнение для расчета величины угла охвата пряжей фрикционной поверхности воронки пряжевыводной трубки пневмомеханического прядильного устройства в течение периода вращения ротора;
3) разработаны номограммы для расчета угла охвата пряжей фрикционной поверхности воронки в зависимости от параметров конструкции ротора, на основе чего построена компьютерная трехмерная модель расположения пряжи в узле формирования пряжи;
4) выполнены теоретические исследования определения локальных потерь крутки на фрикционной поверхности воронки пряжевыводной трубки;
5) разработан программный комплекс, демонстрирующий полную картину процесса локальных потерь крутки, с возможностью вывода графической информации.
6) сконструировано и исследовано устройство, обеспечивающее снижение потерь крутки в зоне формирования пряжи для пневмомеханических прядильных машин.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Промышленная реализация результатов работы выполнена в условиях ОАО «БДМ», ОАО «ЮПТФ», ОАО «Мануфактура Балина», ООО "Вичуга-Контракт" (Ивановская обл.), 000 «Прядильно-ткацкая фабрика «Ткачество», ОАО "Камешковский текстиль" (Владимирская обл.).
В работе использовались технологии трехмерного моделирования отдельных технологических процессов на рабочих органах машин, а также комплекса технологических процессов на отдельно взятом оборудовании технологической цепочки прядильного производства. Моделирование производилось с помощью анимационного пакета 3D studio МАХ, а также была создана собственная среда трехмерного описания технологических процессов и кинематики машин в режиме реального времени.
Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях при разработке нового оборудования, а также в вузах при изучении студентами специальных дисциплин, в курсовом и дипломном проектировании и научно-исследовательской работе студентов.
Техническая новизна разработанного способа, устройств и узлов подтверждена патентами на изобретение (№ 2128737, 2220236, 2220237, 15996).
Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы доложены:
- на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс, г. Иваново, 2000, 2002,2004...2007 гг.);
- на межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск, г. Иваново, 2000, 2001, 2004...2007 гг.);
- на всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (МГТУ, Москва, 2002 г.);
- на 54-й межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ» (Кострома, 2002 г.);
- на I научно-технической конференции «Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности» (ПИКТЕЛ, Иваново, 2003 г.);
- на научно- методической конференции «Новые технологии в организации и контроле учебного процесса» (ИГХТУ, Иваново, 2005 г.);
- на межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (РосЗИТЛП, Москва, 2006 г.);
- на всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (СПГУТД, Санкт-Петербург, 2006 г.);
и отмечены дипломами, грамотами, премиями:
- в 2001 г. получен диплом и премия за 1 место в конкурсе «Образование 2001: с компьютером - на «ты», ИГТА;
- в 2002 г. - диплом на Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века», МГТУ;
- в 2002 г. - грамота за активное участие в научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству»;
- в 2002 г. - диплом министерства образования Российской Федерации за участие в конкурсе на лучшую научную работу студентов по естественным и техническим наукам в вузах РФ по разделу текстильная промышленность;
- в 2003 г. - диплом министерства образования Российской Федерации за участие в олимпиаде по «Технологии и оборудованию производства натуральных волокон»;
- в 2004 г. - три диплома по материалам Выставки научных достижений Ивановской области «Инновации-2004»;
- в 2007 г. - две грамоты за активное участие в межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК - 2007).
Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены 42 печатными работами, из которых 10 статей в журналах и межвузовских сборниках научных трудов, четыре патента на изобретения, 5 информационных листков Ивановского ЦНТИ, 21 тезис докладов на международных, всесоюзных и республиканских конференциях и др.
Современная техника и технология прядильного производства
Свойства хлопка за последние годы заметно изменились. Выведение новых сортов и применение современных методов выращивания, а также интенсивная очистка на хлопкоочистительных заводах требуют внедрения новых технологий обработки волокна в приготовительно-прядильном производстве. Хотя количество сорных примесей иногда и уменьшается, но зато значительно возрастает количество непсов и мелких частиц от семенных коробочек хлопка. К тому же на рынок попадает много хлопка, пораженного медовой росой, что также требует применения новых технологий при обработке данного хлопка.
Передовые зарубежные машиностроительные фирмы при создании новой техники уделяют первостепенное значение поиску решений по более эффективной переработке волокнистых материалов, позволяющих улучшить качество полуфабрикатов и пряжи.
Наибольших достижений в области создания нового оборудования для приготовительного и прядильного производства достигли фирмы Rieter, Loepfe, Uster (Швейцария), Trutzschler, Zinser, Schlafhorst, Hergeth, Seudel (Германия), Marzoli, Savio (Италия), Murata (Япония), JWTM (Китай) и др. [39-55].
В конце минувшего года швейцарско-германская фирма Rieter, германская фирма LTG Air Engineering, Ивановская государственная текстильная академия при содействии администрации Ивановской области организовали и провели в г. Иванове научно-технический симпозиум «Современная техника и технология прядения волокнистых материалов». В симпозиуме приняли участие от фирмы Rieter - вице-президент Том Рето, региональный директор Арне Тидеманн, инженеры Макс Бюльманн и Людек Чизмарек, руководитель Московского представительства Йоханнес Айххорн; от фирмы LTG Air Engineering - инженер Хаинц Бурхардт. На симпозиуме присутствовали губернатор Ивановской области, начальники управлений администрации области и мэрии г. Иванова. Симпозиум вызвал повышенный интерес у производителей пряжи и готовых текстильных изделий. Конкуренция на внутреннем и, особенно, на внешнем рынках заставляет изготовителей искать пути для повышения качества выпускаемой продукции. Следует также учитывать, что в ближайшие годы Россия может быть принята в ВТО, и тогда качество изделий должно будет соответствовать мировым стандартам. Работники предприятий хлопчатобумажной промышленности понимают, что без хорошо налаженного технологического процесса в прядении невозможно решить задачу выживания производства в современных условиях. В полной мере этому может способствовать широкое внедрение на хлопкопрядильных фабриках современной техники и технологий фирмы Rieter. Руководитель Московского представительства И. Айххорн отметил, что в последнее время предприятия хлопчатобумажной промышленности России проявляют повышенный интерес к закупке по импорту нового, современного технологического оборудования. Особенно это заметно среди предприятий Ивановского региона. Общее количество машин, находящихся в эксплуатации на 23 предприятиях России, - более 300, в том числе ленточных машин различной модификаций -около 100 штук. Наибольшее количество ленточных машин (21 штука) установлено в ЗАО «Кортекс» (г. Кораблино Рязанской обл.). В связи с ухудшающимся качеством хлопка устанавливают высокоэффективные очистительные машины фирмы Rieter - UNIclean В11, окупаемость затрат на которые составляет менее одного года. Только в 2001 г. машины UNIclean установлены в ФГУП ЦНИХБИ (г. Москва), 000 «Тезинка» (г. Шуя), ОАО «Фа-текс» (г. Иванове), ОАО «Текстиль-Сервис» (г. Кинешма) и др. [39,40,42,43]. Инженер фирмы Rieter М. Бюльманн сделал сообщение по двум вопросам. Первый доклад был посвящен наиболее важным технологическим переходам приготовительно-прядильного производства и проходил под девизом: «Разрыхлительно-очистительное оборудование фирмы Rieter - лучший ответ на высокие цены хлопка». Успех или неудача предприятия зависят от разницы затрат на закупленный материал и цены произведенной пряжи на миро 22 вом рынке. Предприятие не может оказать влияние на стоимость сырья и цену пряжи на мировом рынке. Затраты на закупку волокна составляют в среднем более 50% от общих издержек на производство пряжи. В отличие от последующих ступеней технологического процесса прядения расходы по содержанию персонала в современном приготовительно-прядильном производстве не играют столь значимой роли.
Самый важный фактор экономичности - рациональное использование сырья, гибкость и надежность работы всей технологической цепочки оборудования. В зависимости от состава применяемого оборудования и вида сырья потери прядомого волокна после внедрения современных разрыхлительно-очистительных машин фирмы Rieter могут быть снижены на 0, 5 - 3%. Только в результате этого фактора при производительности линии 1000 кг/ч ежегодная экономия составит от 100000 до 500000 долл.
Высокая гибкость производства приобрела особо важное значение в последнее десятилетие в связи с непрерывно ухудшающимся качеством хлопка. Одновременно требования к качеству пряжи и готовым изделиям должны повышаться.
Разрыхлительно-очистительное оборудование в сочетании с чесальными машинами фирмы Rieter в сложившейся ситуации дают возможность выдержать производителям пряжи конкуренцию на мировом рынке. Надежность и эффективность машин фирмы Rieter позволяют при минимальном количестве машин в линии, простоте их обслуживания и хорошо налаженном техническом сервисе обеспечивать непрерывную работу производства в течение 24 часов в сутки при КПВ 95 - 98%. Экономия электроэнергии также имеет существенное влияние на экономику производства, тем более, что тарифы на электроэнергию будут постоянно расти.
Фирма Rieter - старейшая и наиболее известная машиностроительная фирма, осуществляющая разработку, изготовление и поставку технологического оборудования для выработки пряжи из хлопкового волокна, химволо-кон, котонизированного льноволокна и их смесей.
Расчет сил, действующих на клочок волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана в зоне открытой поверхности
Ряд разрыхлителей подготовительного и чесального производства имеют узлы, состоящие из вращающихся пильчатых барабанов, оснащенных конструкциями для волокноочистки и аэродинамического съема волокон. В качестве объектов для моделирования были выбраны процессы движения клочков волокон в разрыхлителе. Рассматривается решение теоретической задачи по моделированию как процесса удержания клочков волокон на зубе в период их движения в зонах соровыделения, так аэродинамического сброса клочков волокон с зуба гарнитуры пильчатого барабана разрыхлителя. Процесс аэросъема зависит от интенсивности снимающего воздушного потока. Поэтому аэродинамика зон аэросъема волокон представляет значительный интерес. В связи с этим в настоящей главе ставятся и решаются следующие задачи, связанные с изучением механики поведения клочков волокон в процессах его обработки на текстильном оборудовании [87.. .105].
На рис. 2.1 представлена схема, иллюстрирующая механическое состояние клочка волокон массой m на зубе в зоне открытой поверхности пильчатого барабана чесальной машины. Пусть ОБ - центр окружности пильчатого барабана, a RK - его радиус. Центр масс клочка обозначим через М. Угол при вершине зуба обозначим через Р, угол наклона рабочей грани - а. Пусть g - ускорение свободного падения.
Прямоугольная система координат ОБХБУІ; (рис. 2.1) связана с неподвижной осью барабана, а система координат Оху с центром О в основании рабочей грани зуба. Пусть высота зуба гарнитуры равна h, а угол при вершине зуба равен р. Тогда угол наклона рабочей грани зуба равен сс = 0,5л-р. Угол между радиусом МОБ и отрицательным направлением оси ОХБ обозначим через у. То есть величина у характеризует угловое положение точки М - центра тяжести кочка волокон. Пусть нижняя точка рабочей грани зуба будет в дальнейшем обозначаться через О. Свяжем с рабочей гранью зуба ось Ох, которую направим параллельно этой грани. Ось Оу направим перпендикулярно рабочей грани зуба. Пусть прямая MQ ( рис. 2.1) совпадает с направлением оси Ох. Обозначим через 8 угол между вертикалью и отрицательным направлением оси Ох через 8. Очевидно, что Р +5 = 0,5тт - у, Тогда 8 = а - у. Обозначим через g ускорение свободного падения. На клочок волокон массы т действуют следующие силы (рис. 2.1) [3]: mg - сила тяжести; Fu - центробежная сила; FTP - сила трения между клочком и рабочей гранью зуба; N - сила нормального давления; Fa - аэродинамическая сила.
Ранее [3] анализ механики клочка на зубе ограничивался изучением влияния только вышеперечисленных сил. Однако, расчеты показывают [14, 87, 88], что учет только этих сил приводит к серьезным противоречиям с экспериментальными данными. Поэтому в дальнейшем примем, что на клочок волокон действует некоторая дополнительная удерживающая сила FYn (рис. 2.1), направленная противоположно оси Ох. При этом, следуя [82], пренебрежем действием кориолисова ускорения.
Согласно второму закону Ньютона механическое состояние удерживающегося на зубе гарнитуры клочка волокон может быть описано векторным уравнением ma = mg + Fu+FTP+N + Fa+F , (2.1) где a - ускорение клочка волокон в системе координат Оху с центром О в основании рабочей грани зуба . Угловая скорость вращения пильчатого барабана сок определяется по формуле: (2.2) ЛП, Б 30 где пБ- частота вращения пильчатого барабана. Тогда Fu=m»B2RE= , (2.3) где VB = япБЯЕ /30 - окружная скорость пильчатого барабана. Величина силы трения задается формулой FTp = UN, (2.4) где ц = 0,36 - коэффициент трения между клочком волокон и рабочей гранью зуба. Обозначим через vBHT скорость витания частицы массой т. Тогда величина аэродинамической силы определяется формулой [ 32, 83...86]: F. - -y. (2-5) V вит где va - скорость воздушного потока, сопутствующего вращению барабана на уровне центра масс клочка волокон. Спроектируем уравнение (1) на оси Ох и Оу: d2x m —j = mg cos 5 + Fu cos P - Fa cos a - FTI, - Руд, d2y m—r- = mgsin5-F„ sinB-Fsina + N . dt2 ц " Уравнения механики клочка преобразуем к следующему виду [87]: d2x m—r = mgcos5 + Fllcosp-Fa cosa-.iN-F . (2.6) dt" d2y m—2" = mgsin5-Fusinp-Fasina + N . (2.7)
Уравнения (2.6) и (2.7) являются базовыми дифференциальными уравнениями для дальнейшего моделирования следующих процессов [87...89]: - удержания клочков волокон на зубьях гарнитуры пильчатого барабана в зоне открытой поверхности перед сороотбойным ножом; - аэродинамического съема клочков волокон с зубьев гарнитуры пильчатого барабана в зоне окна сброса.
Расчет сил, действующих на клочок волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана в зоне открытой поверхности Рассмотрим процесс удержания клочков волокон на зубьях гарнитуры пильчатого барабана в зоне открытой поверхности перед сороотбойным ножом. Расположим прямую ОБ М так, чтобы на ней находилась нижняя точка рабочей грани питающего столика. Образованный в данном случае угол у обозначим через уст- Следовательно, 5СТ = ос - уст-Будем полагать, что аэродинамическая сила FaK. определяется по следующей формуле: F..K= 2 і2 8) а,к вит V где va.K - скорость воздушного потока на уровне кончиков зубьев в зоне открытой поверхности пильчатого барабана. При этом из физических соображений полагаем, что в этом случае а = 0, и получаем следующую систему уравнений [87, 88]:
Оптимизация технологических и технических параметров разрыхлителя-очистителя Р-О-3
В данном разделе при исследовании процесса разрыхления и очистки волокнистого материала на разрыхлителе-очистителе Р-О-3 не ставилось целью полное математическое описание механизма изучаемого явления. Был выбран экспериментальный путь для выявления воздействия различных параметров разрыхлителя-очистителя Р-О-3 на процессы разрыхления и очистки волокнистого материала. Для быстроты обработки экспериментальных данных и выполнения исследований был выбран метод планирования эксперимента [106, 107], так как использование теоретических методов не представляется возможным из-за сложности изучаемых процессов разрыхления и очистки волокнистого материала на разрыхлителе-очистителе Р-О-3.
В качестве первого фактора Xi выбираем разводку, с которой устанавливается сопло по отношению к барабану, а в качестве второго Х2 - частоту вращения пильчатого барабана. Обозначим через Xi и х2 кодированные значения факторов X] и Х2 [106, 107].
Для получения полиноминальной регрессионной модели второго порядка проводим рототабельный центральный композиционный эксперимент /89,118/. Интервалы и уровни варьирования представлены в табл. 3.1, а матрица планирования - в табл.3.2.
Так как расчетное значение критерия Фишера Fpac., = 5,78 меньше табличного значения того же критерия FTa6.T = 6,26, то считаем, что полученная модель с доверительной вероятностью 0,95 адекватна [106, 107].
Зависимость (3.4) задает поверхность отклика в пространстве Х х2 Y. Проекции линии равного отклика на плоскость Xj х2, представляющие собой согласно (3.4) параболы, приведены на рис. 3.11. Выбираем минимальное значение разводки, равное 7 мм. Согласно (3.4) величина Y имеет минимальное значение в зависимости от х2. Оптимальное значение Y достигается в точке х2 = 0,58. Следовательно, оптимальное значение частоты вращения барабана равно Х2 = 1674 мин"1.
Производственные исследования подготовки полуфабриката к пневмопрядению с использованием разработанных разрыхлителей-очистителей
Для повышения эффективности пневмомеханического прядения, расширения ассортимента перерабатываемого хлопкового волокна и повышения эффективности его очистки в производственных условиях ОАО «Камешков-ский текстиль» и ООО «Прядильно-ткацкая фабрика «Ткачество» в технологическую цепочку дополнительно был включен разрыхлитель-очиститель Р-О-З.
Базовый агрегат состоял из четырех автоматических кипных разрыхлителей АПК-3, смесителя непрерывного действия СН-3, наклонного очистителя ОН-6-3, осевого чистителя 40, наклонного очистителя ОН-6-4, пневматического распределителя волокна РВП-2, трепальных машин МТБ.
Контрольный вариант агрегата дополнительно содержал разработанный разрыхлитель-очиститель Р-О-3, установленный после наклонного очистителя ОН-6-4 (рис. 3.12).
Волокнистый материал с базового и контрольного вариантов агрегата подвергался тщательному анализу на засоренность ручным разбором согласно ГОСТ 5159-78, а также на приборах ПЗС и АХ-М с целью определения пороков по видам. Состав сортировки, средневзвешенные показатели волокна представлены в таблице 3.3 (в производственных условиях ОАО «Камеш-ковский текстиль»).
Технологические испытания разрыхлителя-очистителя Р-О-3 проводились при различных вариантах скоростных режимов. Кинематическая схема разрыхлителя-очистителя Р-О-3 представлена на рис. 3.13. Скоростные режимы рабочих органов машины разрыхлителя-очистителя Р-О-3 при различных комбинациях сменных элементов сведены в таблицах 3.4, 3.5 (в производственных условиях ОАО «Камешковский текстиль»).
Описание принципа работы нового узла дискретизации пневмомеханических прядильных машин
Волокна, испытавшие столкновение с ограждением 16, группируются в комплексы, которые в дальнейшем поступают в прядильный ротор и могут спровоцировать обрыв, что является дополнительной причиной ухудшения качественных показателей пряжи, либо отделившиеся волокна попадают в сороотводящий канал 7. Следовательно, разработка метода снижения группируемое волокон в транспортирующем канале пневмомеханического прядильного устройства представляет собой актуальную задачу.
При использовании разработанного нами узла для дискретизации бородка волокнистого материала 6 больше проникает в гарнитуру 8 благодаря отсосу воздуха, прочесывание осуществляется на большей длине. Влияние отсоса прекращается, когда волокна покидают сектор с углом при вершине от 60 до 90. Однако они продолжают двигаться более закономерно и, проходя мимо, не испытывают столкновения с ограждением. Волокна также не группируются в комплексы, а равномерно поступают в дальнейшем в прядильный ротор.
Поверхности 13, 14 полости 11 неподвижного цилиндра 10 выполнены таким образом, чтобы были созданы условия для оптимального движения сорных примесей, оказавшихся в полости 11. Величина угла Р равна 10-30 и выбрана таким образом, чтобы создать наименьшие препятствия по пути движения сорных примесей.
Соотношение длины окружности неподвижного цилиндра 10 к длине дуги, заключающей в себе полость 11 равно, 4:1 и является оптимальным, так как при увеличении длины дуги, заключающей в себе полость 11, происходит изменение направления движения потока всасываемого воздуха в канале со-роудаления 7, а при уменьшении длины дуги происходит снижение эффективности работы узла дискретизации пневмомеханической прядильной машины.
Выделение в щели 12 загрязнений в прямом полете после удара зубьев гарнитуры и одновременного действия отсасывающих потоков исключает попадание сорных и прочих частиц вовнутрь ротора, в результате чего значительно снижается опасность периодических помех пряжи, избегается преждевременный износ ротора, а также всех плоскостей и кантов, с которыми соприкасается волокнистый материал 6 во время транспортировки его к ротору.
Удаление сорных примесей из зоны дискретизации благоприятно влияет на работу пневмомеханических прядильных машин в целом, а именно уменьшается забивание желоба ротора загрязнениями, микропылью, снижается обрывность, улучшаются условия формирования волокнистой ленточки в прядильном роторе, повышается качество выпускаемой пряжи.
Кроме того, данные узлы устраняют возможность группировки в комплексы волокон, испытавших столкновение с ограждением дискретизирую-щего барабанчика в области верхней границы соровыделения.
В зоне между корпусом и дискретизирующим барабанчиком образуется всасывающий факел. При движении волокон во всасывающем факеле к вытяжному отверстию одиночные волокна распрямляются за счет того, что движение осуществляется при возрастающей скорости потока воздуха. Воздушные потоки как бы подталкивают одиночные волокна, что является дополнительным импульсом в зоне действия всасывающего факела. За счет всасывания технологического потока воздуха вышесказанный эффект усиливается, так как распрямление волокон осуществляется более закономерно. Нет какого-либо существенного отставания отдельных волокон по сравнению со скоростью дискретизирующего барабанчика, что объясняется увеличением прижима волокон к поверхности дискретизирующего барабанчика. Это также является преимуществом разработанного узла, так как обычно в зоне дискретизации скорость отдельного волокна значительно меньше скорости дискретизирующего барабанчика в виду воздействия центробежных сил. Второй закон Ньютона для сорной частицы массой тс записывается в общей форме [27] mc(ae + аг+ акор) - Fa , где Fa - аэродинамическая сила, действующая на сорную частицу массой тс со стороны воздушного потока со скоростью V0I; ае - переносное ускорение; аг - относительное ускорение; акор - кориолисово ускорение. Величина аэродинамической силы определяется по формуле [27] = mcgV0,H(\T-V:)/VBHT2, (4.1) где VOT - скорость воздушного потока, направленная под углом п - р к радиальному направлению (рис. 4.7); V0TI, - модуль вектора скорости частицы относительно воздушного потока; VK=(uK,vK); VOTH = ((-V„T cosp - uK)2 + (V0T sin[3 - vK)2)0 5; uK, vK - проекции скорости сорной частицы на оси полярной системы координат, с центром на оси барабанчика; VBHT - скорость витания сорной частицы. Спроектируем векторное соотношение (4.1) на направление S вектора
