Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технологических операций в зоне формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине . 12
1 1.Основы теории баллонирования нити на кольцевой прядильной машине. 12
1.2. Анализ работы элементов крутильно-мотального устройства кольцевой прядильной машины . 18
1.3. Натяжение нити между бегунком и паковкой в условиях трения скольжения крутильно-мотальной пары кольцо-бегунок. 23
1.4. Аналитический обзор научных разработок в области экспериментального исследования натяжения нити в зоне бегунок-паковка. 30
1.4.1 .Основные аспекты экспериментального исследования натяжения нити. 30
1.4.2. Анализ методов и устройств измерения натяжения нити. 32
1.5. Основные направления совершенствования крутильно-мотального устройства кольцевой прядильной машины. 39
1.6. Выводы по главе. 40
2. Аналитическое исследование крутильно-мотальных устройств кольцевой прядильной машины. 45
2.1. Методика аналитического исследования работы крутильно-мотального устройства кольцевой прядильной машины. 45
2.2. Алгоритм расчёта натяжения нити в зоне бегунок-паковка, создаваемого крутильно-мотальным устройством кольцевой прядильной машины. 48
2.3. Зависимость величины натяжения нити в зоне бегунок-паковка от частоты вращения веретён, радиуса намотки и массы бегунка. 50
2.4. Зависимость величины натяжения нити в точке наматывания от её высоты на паковке (в сравнении с методикой определения натяжения нити предложенной профессором Павловым Н.Т.). 60
2.5. Выводы по главе. 63
3. Экспериментальное исследование технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине. 65
3.1. Методика и устройство измерения натяжения нити в точке наматывания при выработке пряжи на кольцевой прядильной машине 65
3.1.1. Тарировка датчика натяжения нити 71
3.2. Эксперименталыюе исследование технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине. 73
3.3. Зависимость натяжения нити в точке наматывания от радиуса намотки и частоты вращения веретён. 74
3.4. О форме нити на участке между бегунком и паковкой. 83
3.5. Зависимость натяжения нити в точке наматывания от массы бегунка. 84
3.6. Зависимость натяжения нити в точке наматывания от различных сочетаний типов колец и бегунков. 91
3.7. Экспериментальное определение зависимости величины натяжения нити в точке наматывания от её высоты. 97
3.8. Экспериментальное определение плотности намотки пряжи. 99
3.9. Параметры крутильно-мотального устройства и частоты вращения веретён, обеспечивающие рациональное осуществление технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине. 101
3.10. Выводы по главе. 102
4. Исследование технологических параметров и физико-механических свойств пряжи, выработанной на кольцевой прядильной машине. 104
4.1 Экспериментальное определение крутки пряжи в баллоне. 104
4.1.1. Методика определения крутки пряжи в баллоне. 104
4.1.2. Устройство для отбора образца пряжи с участка баллонирования. 105
4.1.3. Исследование параметров крутки пряжи в баллоне. 108
4.2. Физико-механические свойства х/б пряжи, выработашюй на кольцевой прядильной машине в условиях рационального режима работы крутильно-мотального устройства 110
4.3. Выводы по главе. 115
5 Анализ экономической эффективности совершенствования технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине. 116
5.1. Расчёт экономической эффективности достигнутой в результате совершенствования технологических операций формирования и наматывания пряжи. 116
5.2. Выводы по главе. 119
6. Общие выводы по работе. 120
7. Список использованной литературы. 123
8. Приложение. 135
- Анализ работы элементов крутильно-мотального устройства кольцевой прядильной машины
- Алгоритм расчёта натяжения нити в зоне бегунок-паковка, создаваемого крутильно-мотальным устройством кольцевой прядильной машины.
- Эксперименталыюе исследование технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине.
- Физико-механические свойства х/б пряжи, выработашюй на кольцевой прядильной машине в условиях рационального режима работы крутильно-мотального устройства
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Важнейшей задачей, стоящей перед отечественными текстильщикаміі, является повышение производительности оборудования и вместе с тем создание качественных, конкурентно-способных тканей. Эта задача осложняется тем, что в условиях жесточайшей конкурентной борьбы за рынок сбыта готовой продукции, техническая политика, по существу, не предусматривает перспективу развития отрасли. В этой связи огромное, определяющее значение имеет качество выпускаемой продукции и её себестоимость, причём на каждом технологическом переходе текстильного производства. Это вызывает необходимость создания новой техники и технолопш, а также модернизации работающего оборудования.
Известно, что в нашей стране, начиная с 70-х годов прошлого столетия, приоритет в производстве пряжи был отдан пневмомеханическому способу прядения взамен традиционному кольцепрядению. Однако в стремлении за ростом производительности прядильной машины и производительности труда не придавалось внимания тому, что пряжа пневмомеханического способа прядения имеет ограниченный ассортимент по линейной плотности и пониженную прочность, что приводит к узкому ассортименту выпускаемых тканей. Учитывая и то, что в течение последних полутора десятка лет парк пневмомеханических машин практически не обновлялся, а запасные части не поступали, то совершенно очевидно, что оборудование пришло к полному физическому износу. Не лучше обстоят дела и с кольцепрядильными машинами, которые в нашей стране практически не выпускаются с начала 80-х годов прошлого столетия. Использование в прядильном производстве морально и физически устаревшего оборудования привело к резкому спаду производительности труда и росту затрат электроэнергии на производство едшшцы готовой продукции, повышение себестоимости ткани при её
5 очевидном ухудшении качества. Всё это неизбежно привело к снижению спроса на ткань у потребителей, а вследствие этого к затовариванию готовой продукцией и закрытию производств или отдельных технологических цепочек.
Для решения сложнейшей проблемы связанной с производством пряжи и ткани, которые могли бы успешно конкурировать с продукцией зарубежного производства необходимо найти решение целого ряда задач. Важнейшими, из которых являются: снижение себестоимости пряжи и ткани при значительном улучшении их качества. Решение этих задач невозможно без научных исследовании в области совершенствования технологии и оборудования.
Данная работа посвящена традиционному, кольцевому способу прядения. Предпочтение кольцевым прядильным машинам отдано потому, что они способны вырабатывать пряжу широчайшего ассортимента для различного вида тканей. Причём, параллельное расположение волокон в пряже увеличивает суммарную прочность одиночных волокон и эластичность пряжи. Анализ научных работ, посвященных различным способам прядения, показывает, что кольцевому прядению уделяется большое внимание. Кольцевая прядильная машина ушшерсальна и применима для всего диапазона лишенных плотностей пряжи, для разнообразнейших видов волокнистого материала различных длин и тонины и их смесей. Однако и она не лишена недостатков. Несовершенство рабочей пары кольцо-бегунок ограничивает скорость вращения веретён, что, в свою очередь, не позволяет повысить производительность оборудования.
Технологические операции формирования и наматывания пряжи на паковку выполняет на кольцевой прядильной машине крутильно-мотальное устройство. Рабочая пара кольцо-бегунок создает натяжение нити при наматывании её на паковку. Величина и характер натяжения влияют на уровень обрывности нити, структуру вырабатываемой пряжи и плотность получаемой паковки. Поэтому, натяжение нити является важнейшим технологическим параметром, определяющим в конечном итоге качество готовой продукции и производительность оборудования. Определение факторов, влияющих на натяжение нитей, а также самой величины натяжения, его регулирование и оптимизация имеют большое практическое значение.
Широко известна методика и устройства для экспериментального определения натяжения нити на кольцевых прядильных машинах в зоне выпускной цилиндр - нитепроводник, а также в верхней и нижней частях баллона Однако, вопрос определения натяжения нити в зоне бегунок-паковка, где натяжешіе в большей степени определяет плотность паковки, не достаточно изучен. Устройства, которые предлагаются для измерения натяжения нити в этой зоне, сложны и не позволяют определить его с достаточной степенью точности.
Решение обозначенной проблемы, т.е., определение натяжения нити в зоне бегунок-паковка, его регулирование и оптимизация является начальным звеном большой научной работы по усовершенствованию кольцевой прядильной машины, модернизации её отдельных узлов, в частности крутильно-мотального механизма. Такая работа уже ведётся. В [112] и [113] представлены варианты крутильно-мотальных устройств, принципиально отличающихся от традиционного тем, что в отличие от рабочей пары кольцо-бегунок, где используется трение скольжения, авторы предложили заменить механизмом, работа которого основана на действии сил трения качения. Основываясь на том, что при действии сил трения качения износ материала трущейся пары меньше, чем при трении скольжения, авторы предполагают, что это даст возможность в 2-3 раза увеличить частоту вращения веретён и тем самым повысить производительность кольцевых прядильных машин. Совершенствование классического и создание принципиально новых крутильно-мотальных устройств, являются наиболее перспективными направлениями развития кольцевого способа прядения, поэтому требуют глубоких аналитических и экспериментальных исследований.
На основании этого считаем, что тема настоящей диссертационной работы, посвященная совершенствованию технологических операции формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине и,
7 направленная на повышение её производительности и улучшение качества выпускаемой продукции, является весьма актуальной. Цель и задачи исследования
Цель диссертационной работы состоит в повышении производительности кольцевой прядильной машины и улучшении качественных показателей выпускаемой пряжи.
В соответствии с поставленной целью в работе решены следующие задачи: исследованы технологические операции формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине, определены важнейшие факторы, влияющие на качество пряжи, и причины, ограничивающие проюводительность оборудования; применена уточнённая методика аналитического определения натяжения нити в зоне бегунок-паковка кольцевой прядильной машины, позволившая по-новому решить проблемы совершенствования технологических операций формирования и наматывания пряжи;
3. разработана и впервые применена методика экспериментального исследования технологических операций формирования и наматывания пряжи крутильно-мотальньши устройствами прядильных машин;
4. разработаны и применены для экспериментальных исследований датчик натяжения нити в точке наматывания и приспособление для отбора образца пряжи с участка баллонирования на работающей кольцевой прядильной машине;
5. применена новая методика экспериментального определеїшя крутки пряжи в баллоне кольцевой прядильной машины.
Научная новизна работы
В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты: разработана методика аналитического и экспериментального определения крутки пряжи в баллоне, определена степень влияния на её величину конструктивных параметров крутильно-мотальных устройств; уточнена методика аналитического определения натяжения пряжи, создаваемого крутильно-мотальным устройством, учитывающая непрямолинейность участка пряжи между бегунком и паковкой; экспериментально определена зависимость натяжения нити в точке наматывания от высоты этой точки на паковке, частоты вращения веретён, массы бегунка, радиуса намотки, сочетаний различных типов колец и бегунков, что позволило установить и выполнить необходимые мероприятия для совершенствования технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине; для исследования технологической операции наматывания пряжи на паковку предложен метод экспериментального определения объёмной плотности намотки початков; в результате аналитического и экспериментального исследований технологических операций формирования и наматывания пряжи, выполненных по предложенным методикам, определены конструктивные параметры крутильно-мотальных устройств и скоростной режим работы прядильной машины, позволяющие повысить производительность оборудования, снизить обрывность и улучшить качество продукции. Методика исследовании При выполнении работы были применены теоретические и экспериментальные методы исследований. В теоретических исследованиях использовались теория дифференциального и интегрального исчислений, теория приближённых вычислений, теория трения и износа, разделы текстильного материаловедения, методы оптимизации и математической статистики.
В экспериментальных исследованиях применён тензометрический способ измерения натяжения нити, метод фотосъёмки, метод планирования эксперимента. Использовались вновь разработанные способы определения натяжения нити в точке наматывания на паковку и определения крутки пряжи в баллоне на работающей прядильной машине. Технические и качественные
9 характеристики пряжи определялись при помощи современных лабораторных приборов.
Научный результат, полученный лично автором - на основании применённых методик аналитического и экспериментального исследования крутильно-мотальных устройств удалось совершенствовать технологические операции формирования и наматывания пряжи на паковку, выполняемые классическим крутильно-мотальным устройством, в результате чего повышена производительность прядильной машины и снижен уровень обрывности пряжи; - применение вновь разработанной методики определения натяжения нити в зоне бегунок-паковка кольцевой прядильной машины позволило экспериментальным путём определить натяжение нити в точке наматывания и получить зависимость величины натяжения нити от частоты вращения веретён, диаметра намотки, высоты баллона и массы бегунка, сочетания различных типов бегунков и колец; - разработанное приспособление и технология отбора проб нити с участка её баллонирования позволили получать образцы для исследования, без разрушения структуры и с сохранением параметров вырабатываемой пряжи, что дало возможность точно определить её физико-механические свойства; - использование разработанной методики определения крутки пряжи в баллоне позволило экспериментально получить зависимость крутки пряжи от различных технологических факторов и конструктивных параметров крутильно-мотальных устройств.
Практическая новизна и реализация результатов работы - разработанная методика экспериментального определения натяжения нити в зоне бегунок-паковка кольцевой прядильной машины, позволяющая установить рациональные условия наматывания нити, рекомендована для использования при модернизации традиционного и конструировании новых крутильно- мотальных устройств;
10 - разработанная методика определения крутки пряжи в баллоне, позволяющая определить величину крутки, а также влияния на её величину различных факторов, рекомендована для использования при проектировании оборудования; практическая значимость методики и устройства для определения іютяжения нити в точке наматывания на вращающуюся паковку и баллонирующей вокруг неё нити подтверждена Патентом РФ № 2202662. - разработанная методика позволила экспериментально исследовать технологические процессы формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине с традиционно-мотальной парой кольцо-бегунок и может быть использована при исследовании крутильно-мотальных устройств других конструкций.
В результате аналитического и экспериментального исследования проведено совершенствование технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине с крутильно-мотальной парой кольцо-бегунок. Это позволило добиться повышения производительности прядильной машины на 12% и снижения уровня обрывности пряжи в прядении на 8,1%.
Практическая значимость диссертационной работы подтверждена наличием свидетельства РФ на изобретение и свидетельства РФ на полезную модель, актов о внедрении научно-исследовательских работ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:- научном семинаре ИГТА по проблемам повышения эффективности технологических процессов текстильной и лёгкой промышленности; заседании кафедры прядения ИГТА; межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности» (Поиск-2000), Иваново, 2002г;
11 - межвузовской научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности» (Прогресс-2002), Иваново, 2002г.
1 Международной научно-технической конференции «Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и лёгкой промышленности» (Пиктел-2003), Иваново,2003г.
Международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности» (Прогресс-2004), Иваново, 2004г.
Анализ работы элементов крутильно-мотального устройства кольцевой прядильной машины
Важнейшими элементами крутильного аппарата кольцепрядильных машин являются кольца и бегунки. Качество их изготовления и эксплуатация в значительной степени определяют (ограничивают) скорость веретён. При использовании лучших образцов колец и бегунков можно иметь такую скорость веретена, что бегунок будет двигаться по кольцу со скоростью до 40 метров в секунду. При увеличении скорости бегунков по кольцу одного и того же диаметра бегунки изнашиваются быстрее, срок работы их сокращается, а дефекты, допускаемые в их изготовлении, проявляются быстрее. Например, при увеличении скорости веретён на 1000 об/мин при работе бегунка по кольцу d =57 мм срок службы бегунков сокращается почти в два раза [4].
Вращаясь, веретено натягивает нить и вызывает движение бегунка по кольцу. При вращении бегунок прижимается к кольцу центробежной силой, превышающей его вес в 2-3 тысячи раз и движется со скоростью 28-40 м/с. Большое удельное давление (до 2600-103 Па и более), высокий коэффициент трения о кольцо (0,1 - 0,3) и большой путь совершаемый им при работе (до 15000 км. за 120 часов), приводят к сильному разогреву ножки бегунка (до 360-500 С) [5]. Вследствие этого углерод стали окисляется — бегунок «сгорает», то есть перетирается и вылетает с кольца, вызывая обрыв нити [106],[107]
Масса бегунка во многом обуславливает натяжение нити. Подбирая номер бегунка, а значит его массу, стремятся получить достаточно плотную намотку пряжи на паковку при минимальной обрывности.
В работах [10,13,15,17,19,24,25] и др. рассматривались вопросы работы пары кольцо - бегунок влияние различных параметров на натяжение нити и её обрывность. Известно, что масса бегунка [108J должна уменьшаться обратно пропорционально квадрату частоты вращения бегунка (веретена).
С уменьшением массы бегунка уменьшается его теплоёмкость и поверхность теплоотдачи, а также площадь пятна контакта бегунка с кольцом, что сопровождается ростом контактного напряжения, угрожающего разрушением бегунка от действия центробежной силы и температурного режима. При определённых условиях пара кольцо - бегунок создают повышенное натяжение нити, которое особенно опасно для зоны треугольника кручения и на участке бегунок - паковка. Негативность повышенного натяжения проявляется в момент наработки гнезда и носика початка [109,110]. На натяжение нити оказывает влияние и диаметр баллонирующей нити. Для снижения натяжения нити используют ограничители баллона, выполненные в виде насадки на веретено [110], либо в виде кольца, разделяющего баллон по высоте [111,112]. Рис. 1.3. Взаимодействие нити с дужкой плоского бегунка В работе [117] подробно рассмотрен вопрос влияния массы бегунка на натяжение нити. Наличие трения нити о дужку бегунка при движении нити сквозь бегунок приводит к увеличению натяжения нити в ветви бегунок — паковка, т.к. эта ветвь является ведущей. Взаимодействие нити с дужкой бегунка (в случае плоского бегунка) представлено на рис. 1.3. где Тх — натяжение нити в точке касания ев с бегунком, Н; Тг — вертикальная составляющая натяжения нити в баллоне, Н; Мн-б - коэффициент трения скольжения нити о бегунок. В случае, когда сечение дужки бегунка представляет собой окружность, радиус кривизны которой больше радиуса кривизны изгиба нити, то связь Ті и Тг будет определяться формулой Эйлера: где у - угол охвата нитью круглой дужки бегунка ( у =90) На основании сделанного допущения, что сопротивление воздуха бегунку равно нулю, а скорость движения бегунка по кольцу постоянная, рассмотрено динамическое равновесие бегунка (причём силой веса бегунка пренебрегаем). Сила трения бегунка по кольцу будет определяться: где Рин - сила инерции бегунка, Н; Мб масса бегунка, кг; со — угловая скорость движения бегунка по кольцу, с1; R - радиус кольца, м; Мб-к - коэффициент трения скольжения бегунка по кольцу. Проецируя все силы, действующие на бегунок, на ось OY, имеем где а — угол между ветвью нити в зоне бегунок-паковка и осью ОХ равный Анализируя последние формулы, видим, что увеличение линейной плотности нити (текс), высоты баллона (паковки) и радиуса кольца (паковки) требует увеличения массы бегунка, что, в свою очередь, приводит к увеличению натяжения нити в баллоне. Формула для определения натяжения нити в зоне бегунок-паковка имеет вид: Зная величину Т можно определить вертикальную составляющую натяжения нити в баллоне Т2 = Тх = Т по следующей формуле: Какова же должна быть масса бегунка для нормального осуществления технолопіческого процесса формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине? Производственный опыт показывает, что чем больше масса бегунка (и натяжение нити), тем выше уровень обрывности. Поэтому для повышения производительности оборудования необходимо уменьшать массу бегунка до той величины, при которой возможен сам процесс прядения. Итак, исходя из приемлемости формы баллона минимально необходимая масса бегунка, согласно формулам 1.18 и 1.19 будет равна: для плоского бегунка Анализ формул (1.18), (1.19), (1.20), (1.21) показывает: - снижение коэффициента трения между бегунком и кольцом Цв.к приводит к увеличению необходимой для устойчивой работы баллона массы бегунка, а это, в свою очередь, увеличивает натяжение нити в баллоне и, следовательно, может привести к повышенной обрывности нити. Увеличение линейной плотности нити Шо, высоты паковки (баллона Н) и радиуса кольца R (паковки Гтах) также приводит к необходимости увеличения массы бегунка и увеличению натяжения нити на кольцевой прядильной машине.
Алгоритм расчёта натяжения нити в зоне бегунок-паковка, создаваемого крутильно-мотальным устройством кольцевой прядильной машины.
Результаты аналитического расчёта натяжения нити в зоне бегунок-паковка представим в , соответствующих таблицах. Графическое изображение зависимости натяжения нити в точке наматывания от радиуса намотки для хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 25 и 50 текс показано на рис.2.2 и 2.4. График зависимости вертикальной составляющей натяжения нити в баллоне от радиуса намотки при выработке хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 25 текс представлен на рис.2.3.
Пояснение к графику: Синим цветом на графике показана зависимость Тн = f(r«i) при условии прямолинейности участка нити между бегунком и паковкой. Красным цветом на графике показана зависимость Ти = f(rn) при условии, что участок нити между бегунком и паковкой не прямолинеен.
Анализируя результаты аналитического вычисления натяжения нити на участке между бегунком и паковкой представленные в таблице 2.1 и 2.2 и на графике рис.2.2 можно сделать вывод о том, что в случае не прямолинейности нити на этом участке в период наработки паковки, натяжение нити в точке наматывания Тн, представляет практически постоянную величину. Так в нашем случае в зависимости от частоты вращения веретён разница натяжения нити в начале и в конце намотки - АТн составляет: При п = 7900 об/мин АТн = 0,0076 Н.
Это доказывает, что крутильно - мотальное устройство кольцевой прядильной машины выполняет функцию частичного сглаживания величины натяжения на участке бегунок паковка.
Из графика зависимости вертикальной составляющей натяжения нити в баллоне от радиуса намотки пряжи на паковку Тг = f(rn), представленном на рис. 2.3 видно, что величины натяжения нити Тг при Гта = 0,018 м. в случаях прямолинейной и изогнутой формы участка нити между бегунком и паковкой, отличаются друг от друга менее чем на 10%. А так как в формулах расчёта массы бегунка (1.18) и (1.19) используется значение натяжения нити в нижней точке при максимальном радиусе полного «гнезда», то ошибка при использовании этих формул по нашим расчетам не превышает 8% (причём в сторону уменьшения массы бегунка). Это говорит о том, что расчёт минимально необходимой массы бегунка, обеспечивающей осуществление технологического процесса формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине, выполненный по формуле 1.18, обеспечивает 8 % запас устойчивости работы баллона в наиболее ответственный период - при наработки низшей точки полного «гнезда».
Выполним аналогичный расчёт натяжения нити в зоне бегунок-паковка на кольцевой прядильной машине П-76-5М при выработке хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 50 текс при следующих установочных данных: 1.Частота вращения веретён от 7900 до 12500 об/мин; 2.Радиус кольца 0,02м; З.Бегунок №140 (m = 0,00014 кг); 4. Коэффициент трения бегунка о кольцо цб-к = 0,13; радиуса намотки Тн = f(rn) (для х/б пряжи линейной плотности 50 текс) На рис.2.4 приведён график изменения натяжения нити в точке наматывания в зависимости от радиуса намотки пряжи на паковку для пряжи линейной плотности 50 текс выпрядаемой на кольцевой прядильной машине П-76-5М при различной частоте вращения веретён. Синим цветом изображён график зависимости натяжения в точке наматывания от радиуса намотки пряжи при условии прямолинейности участка между бегунком и паковкой, а красным график той же зависимости, но при условии непрямолинейности участка нити между бегунком и паковкой.
Анализируя график Тн = f(rn) отмечаем следующее. Расчёт, выполненный при условии прямолинейности участка нити между бегунком и паковкой, показывает, что кругильно-мотальный механизм создаёт чрезмерное натяжение нити в точке наматывания, а неминуемо приведёт к росту количества обрывов, а может быть, и к невозможности осуществлять технологический процесс формирования и наматывания пряжи.
Расчёт натяжения нити, выполненный при условии её не прямолинейности между бегунком и паковкой, показывает, что крутильно-мотальное устройство осуществляет технологический процесс формирования и наматывания пряжи на паковку, обеспечивая стабильную, плавно понижающуюся с увеличением диаметра намотки, величину натяжения нити. Это гарантирует устойчивость технологического процесса и обеспечивает низкий уровень обрывности в прядении.
Приведённый аналитический материал позволяет сделать вывод: крутильно-мотальный механизм кольцевой прядильной машины выполняет функцию сглаживания амплитуды колебаний натяжения нити, вызванных изменением диаметра намотки пряжи на паковке, т.е. оптимизирует технологический процесс наматывания. Однако эти утверждения, основанные на результатах применения теории формирования и наматывания пряжи предложенной в [87], [117] требуют практического подтверждения на основе экспериментальных исследований.
Эксперименталыюе исследование технологических операций формирования и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине.
Экспериментальные исследования технологических процессов формирования и наматывания пряжи производились в условиях производства Кинешемской прядильной фабрики и лабораторных условиях кафедры прядения Ивановской государственной текстильной академии [84.85,86,122] на кольцевых прядильных машинах: П-66-5М6 и ІЇ-76-5М при выработке хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 17,4; 25; 50 текс. Впервые для исследования технологического процесса баллонирования и наматывания пряжи было применено устройство и методика измерения натяжения нити между бегунком и паковкой, разработанное на кафедре прядения ИГТА (патент РФ № 2202662). Это устройство (рис.3.1), установленное в гнездо веретена позволило воспринимать перемещения паковки вдоль оси веретена, вызванные колебаниями величины натяжения нити. Информация о происходящих перемещениях паковки передается на электронное устройство, преобразующее их в электрическую величину и, используя измерительную аппаратуру, производится замер величины крутящего момента, создаваемого силой натяжения нити и приложенного к точке наматывания. М= ТнГн
Это позволяет в любой момент времеїш технологического процесса формирования и наматывания пряжи на паковку определить величину натяжения нити в точке наматывания, разделив показания прибора на радиус намотки в момент измерения. Экспериментальные испытания процесса баллонирования и наматывания пряжи на паковку производились при различных технологических параметрах при выработке хлопчатобумажной пряжи различных линейных плотностей. Это позволило определить зависимость натяжения нити в точке наматывания от частоты вращения веретён, радиуса намотки, высоты точки наматывания, сочетания различных типов колец и бегунков, массы бегунка. Одной ИЗ задач, которые были поставлены в процессе экспериментальных исследований, была задача по определению влияния частоты вращения веретён кольцевой прядильной машины, на величину натяжения нити в точке наматывания её на паковку.
При планировании экспериментальных исследований ставилась задача получить результаты измерений высокой степени точности. Для этого производилась оценка погрешностей [79], допущенных при проведении измерений. С целью получения наиболее достоверных результатов измерения натяжения нити был использован критерий Стъюдента, который позволил определить число измерений и опытов, обеспечивающее величину общей ошибки не превышающей 5%. На первом этапе эксперимента вырабатывалась пряжа линейной плотности 25 текс при частоте вращения веретён: 7900 об/мин; 9200 об/мин; 10500 об/мин; 11200 об/мин; 12500 об/мин. При каждой частоте вращения веретён производилась выработка 40 испытуемых паковок. При выработке каждой испытуемой паковки производились 200 измерений величины натяжения нити в точке наматывания. По данным измерений определялось среднее значение натяжения нити для 20 точек наматывания (различные радиусы намотки). Значение средней величины натяжения нити в точке наматывания, полученные в результате проведённых исследований, представлены в таблице 3.1. По данным таблицы 3.1 построены зависимости Тн = f(rn) для различных частот вращения веретён. Средние значения натяжения нити в точке наматывания, полученные по результатам экспериментального исследования при выработке хлопчатобумажной пряжи №40 при разных частотах вращения веретён На кольцевой прядильной машине П-76-5М вырабатывалась х/б пряжа линейной плотности 25 текс. Бегунок №60 Радиус кольца 0,02м.
По результатам средшіх значений измерений строим графики зависимости натяжения нити в точке наматывания от радиуса намотки — Тн = f(rn) пряжи линейной плотности 25 текс на кольцевой прядильной машігае П-76-5М для различных частот вращения веретён. На рисунках изображены: 1 - зависимость Тн = f(rn), полученные на основании аналитического расчёта при условии прямолинейности участка нити между бегунком и паковкой; 2 — зависимость Тн = f(rn), полученные на основании аналитического расчёта, при условии непрямолинейности участка между бегунком и паковкой; 3 — зависимость Тн = film), полученные на основании экспериментальных исследований. Отметим, что аналитические расчёты и экспериментальные исследования по определению натяжения нити в точке наматывания проводились при условии идентичности технологических параметров процесса прядения. Аналш зависимостей Тн = f(rn) показывает: - натяжение нити в точке наматывания имеет максимальное значение при минимальном радиусе намотки и уменьшается по мере наработки паковки; - величина натяжения нити в точке наматывания имеет прямую зависимость от частоты вращения веретён — чем выше частота вращения веретён, тем больше величина натяжения нити; наибольшую амплитуду колебания величины натяжения нити в точке наматывания, в зависимости от радиуса намотки, (в начале и в конце наработки паковки, а также при намотки послойно от минимального радиуса к максимальному) имеют кривые зависимости Тн = f(rn), полученные аналитически, при условии прямолинейности участка нити между бегунком и паковкой, причём, чем выше частота вращения веретён, тем больше амплитуда:
Совершенно очевидно, что при такой амплитуде колебаний натяжения нити в точке наматывания неизбежна её повышенная обрывность; - наименьшая амплитуда колебания натяжения нити наблюдается при условии того, что участок нити между бегунком и паковкой не прямолинеен. В этом случае разница натяжения нити в точке наматывания в зависимости от радиуса намотки минимальна: - зависимости Тн = f(rn), полученные па основании экспериментальных исследований лежат между кривыми, полученными аналитически при условии прямолинейности участка нити между бегунком и паковкой и кривыми, полученными также на основании расчетов, но при условии непрямолинейности участка нити между бегунком и паковкой: Разница величин натяжения нити в точке наматывания при минимальном радиусе намотки, полученных экспериментально и расчётным методами (при условии непрямолинейности участка нити между бегунком и паковкой) составляет 10-М2%, а при условии прямолинейности этого участка 120-180%. При такой большой разнице величины натяжения нити в точке наматывания технологический процесс формирования и наматывания нити невозможен, поскольку нить будет обрываться. На основании этого считаем, что участок нити между бегунком и паковкой не прямолинеен, а крутильно-мотальное устройство обладает функцией частичного сглаживания натяжения нити в процессе формирования и наматывания её на паковку. Фото 1. Участок нити между бегунком и паковкой при выработке пряжи линейной плотности 25 текс С целью определения формы участка нити между бегунком и паковкой нами были сделаны с помощью цифровой фотокамеры, обладающей высокой скоростью съёмки и разрешающей способностью, фотоснимки процесса наматывания пряжи на паковку. Фотографии выполнены в лабораторных условиях кафедры прядения ИГТА при выработке хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 25 Текс. Частота вращения веретён изменялась от 9200 до 1І200 об/мин. Результаты фотосъёмки представлены на фото 1, на которой видно, что нить между бегунком и паковкой имеет некоторую кривизну, т.е. не является прямой.
Физико-механические свойства х/б пряжи, выработашюй на кольцевой прядильной машине в условиях рационального режима работы крутильно-мотального устройства
Для сравнения свойств пряжи, полученной на кольцевой прядильной машине до и после проведения мероприятий по совершенствованию технологических операций формирования и наматывания пряжи были проведены испытания образцов, в ходе которых определяли следующие физико-механические показатели: линейную плотность, неровноту по линейной плотности, разрывную нагрузку, разрывное удлинение и крутку. Количество паковок и проб для проведения испытаний, а также методы проведения испытаний осуществлялись в соответствии с ГОСТами. Для сравнения были отобраны образцы хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 25 текс (№40), выработанной на кольцевой прядильной машине П-76-5М. Для выработки пряжи использовалась ровница, полученная из сортировок представленных в таблицах 4.1 и 4.2.
Выработка пряжи производилась при частоте вращения веретён 12000об/мин, а после проведения мероприятий по совершенствованию технологических опраций формирования и наматывания пряжи, при 13800 об/мин. Результаты испытаний представлены в таблице 4.3.
Анализ результатов испытаний образцов пряжи показывает, что пряжа, полученная после проведения комплекса мероприятий по оптимизации технологического процесса формирования и наматывания пряжи, имеет прочность пряжи на 1% выше, чем у пряжи полученной ранее. Это объясняется тем, что в результате совершенствования технологических операций формирования и наматывания пряжи более рационально выбраны параметры крутильно-мотального устройства и режим работы машины. Процесс формирования и наматывания пряжи проходил более плавно и стабильно, так как амплитуда колебания натяжения нити в точке наматывания была незначительной. С целью прогнозирования поведения выработанной пряжи в ткачестве и последующей эксплуатации ткани, были проведены исследования одноцикловых и многоцикловых характеристик при растяжении пряжи.
Одноцикловые испытания пряжи на растяжение проводились на релаксометре РМ-5 при следующих условиях: Зажимная длина образца пряжи составляла 50мм, предварительная нагрузка — 15% от разрывной нагрузки пряжи, время нагружения — 1час, время отдыха — 2часа.
Многоцикловые испытания при истирании пряжи были выполнены на приборе ТКИ с частотой движения галев 200 цикл/мин, предварительной нагрузкой образца 15% от разрывной нагрузки пряжи и углом изгиба нити в галеве 45 градусов. Анализируя результаты исследований пряжи представленные в таблице 4.4 делаем следующие выводы: при испытании на истирание пряжа, выработанная на прядильной машине после оптимизации технологического процесса, выдержала до разрушения 2162 цикла. Это выше аналогичного показателя для пряжи, выработанной до проведения оптимизации технологического процесса на 2,9%. Из этого следует, что при использовании такой пряжи в качестве основы обрывность в процессе зевообразования на ткацком станке сократится.
Применение методов оценки механических свойств пряжи многократным растяжениям хорошо отражают изменения структуры текстильных материалов при многократных силовых воздействиях. Так, нити основы при выработке ткани на ткацком станке подвергаются тысячам циклов растяжения. Выносливость пряжи, выработанной на прядильной машине после оптимизации технологического процесса, превышает выносшшость пряжи, полученной на кольцевой прядильной машине с обычным крутильно-мотальным механизмом на 3,6%. Это позволяет прогнозировать, что при использовании такой пряжи в качестве основы, обрывность на ткацком станке будет меньше.
