Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы получения и переработки шелка-сырца и шелковых тканей 20
1.1 Анализ современной технологии получения коконов и шелка-сырца 25
1.1.1 Замаривание и сушка коконов на базах первичнойобработки 30
1.1.2 Очистка оболочки коконов от ваты- сдира 33
1.1.3 Запаривание коконов и подыскивания концов коконных нитей 35
1.1.4 Размотка коконов 41
1.1.4.1 Замочка (эмульсирование) шелка-сырца 50
1.1.4.2. Перематывание нитей шелка-сырца при кокономотании 52
1.2 Обоснование выбора базового ассортимента тканей для экспериментальных исследований 54
1.3 Перематывание нитей шелка-сырца в ткацком производстве и параметры процесса 58
1.4 Снование шелка-сырца и параметры процесса 59
1.4.1 Натяжения нитей шелка-сырца при сматывании с вращающихся катушек 59
1.4.2 Натяжения нитей шелка-сырца при сматывании с неподвижных паковок 66
1.4.3 Натяжения нитей шелка-сырца после натяжных приборов 72
1.4.4 Натяжения снующихся нитей по глубине и высоте сновальной рамки
1.4.5 Влияние неровноты нитей шелка-сырца на их натяжение 78
1.5 Анализ процесса выработки тканей из натурального шелка 80
1.6 Анализ состояния утилизации отходов шелкомотального производства 83
-1.7Цель и задачи исследования 87
Глава 2 Совершенствование технологии получения нитей натурального шелка . 89
2.1 Совершенствование технологии приемки коконов 89
2.1.1 Исследование и анализ процесса приемки коконов, поступающих на заготовительные пункты 89
2.1.1.1 Разработка методики экспресс- контроля влажности коконов при их приемке на заготовительных пунктах 92
2.2 Разработка мероприятий по снижению деформированности оболочки коконов при очистке их от ваты-сдира 96
2.2.1 Исследования процесса отделения коконов от шлицевого валика на сдиросдиральном автомате СА-70 99
2.2.2 Модернизация механизма отражателей автомата СА-70 и теоретическое обоснование его конструктивно-технологических параметров 104
2.2.3 Производственная апробация усовершенствованного сдиросдирального автомата СА-70 111
2.3 Совершенствование процессов запаривания коконов и подыскивания концов коконных нитей 113
2.3.1 Исследование вымываемости серицина с оболочки коконов при их запаривании 117
2.3.2 Исследование вымываемости серицина в процессе подыскивания концов коконных нитей 125
2.3.3 Разработка щадящего режима запарки коконов и подыскивания концов коконных нитей 129
2.3.4 Производственная апробация рекомендуемого режима запарки коконов 131
2.4 Разработка способов снижения неровноты шелка-сырца по линейной плотности 132
2.4.1 Совершенствование процесса подыскивания концов коконных нитей 133
2.4.2 Совершенствование процесса размотки коконов 140
2.4.2.1 Определение рационального скоростного режима при раздельной размотке коконов 145
2.4.2.2 Экономическая оценка эффективности предлагаемой технологии разматывания коконов 146
Глава З. Совершенствование технологии перематывания нитей натурального шелка 153
3.1 Разработка мероприятий по снижению структурной неровноты нитей шелка-сырца 153
3.1.1 Совершенствование процесса перематывания нитей шелка-сырца при кокономотании 155
3.1.2 Модернизация перемоточно-сушильной машины системы Масузава 160
3.1.3 Разработка конструкции и параметров баллонообразующего кольца 162
3.1.4 Исследование параметров перематывания предварительно трощеных нитей шелка-сырца 167 3.2 Разработка мероприятий по снижению неровноты ткацких
нитей, полученных из предварительно трощеных нитей шелка сырца 171
3.2.1 Модернизация бобинажно-перемоточной машины Поликон 171
3.2.2 Разработка способов обеспечения цельности ткацких нитей 173
3.2.3 Разработка рецепта эмульсии и параметров
эмульсирования предварительнотрощеных нитей шелка-сырца 177
3.2.4 Исследование неровноты ткацких нитей полученных на МТАПоликон 180
3.2.5 Исследование физико-механических свойств эмульсированных ткацких нитей 182
3.2.6 Исследование натяжение ткацких нитей, полученных по предложенной технологии 197
3.2.6.1 Создание экспериментального стенда для изучения процессов перематывания и снования нитей в динамических условиях 199
3.2.6.2 Методика экспериментальных исследований 201
3.2.7 Натяжения ткацких нитей после различных натяжных приборов 203
3.2.7.1 Натяжение трощеных нитей натурального шелка после гребенчатого натяжного прибора с воздушным демфером 204
3.2.7.2 Натяжение трощеных нитей натурального шелка после пластинчатых натяжных приборов 206
3.2.7.3 Натяжение трощеных нитей натурального шелка после дисковых натяжных приборов 208 3.2.7.4 Исследование влияния узлов на неравномерность натяжения нитей при их подготовке к ткачеству 211
Глава 4 Совершенствование технологии снования нитей натурального шелка 220
4.1 Особенность подготовки основ из нитей натурального шелка 220
4.2. Исследование технологии снования нитей натурального шелка для национальных шелковых тканей 221
4.2.1 Теоретический анализ изменения натяжения при сматывания нити с вращающейся катушки 222
4.2.1.1.Изменение натяжения при сматывании упругой нити с вращающейся катушки 222
4.2.1.2Изменение натяжения при сматывании вязкоупругой нити с вращающейся катушки 234
4.2.2 Экспериментальное исследование натяжения нитей при сновании с вращающихся катушек 241
4.2.2.1 Экспериментально-статистическая модель натяжения нити с вращающейся катушки 247
4.3 Исследование параметров снования трощеных нитей с неподвижных паковок 248
4.3.1 Разработка параметров снования нитей приготовленных по усовершенствованной технологии 249
4.3.1.1 Методика экспериментальных исследований 251
4.4 Исследование натяжения нитей натурального шелка по зонам сновальной машины 254
4.4.1 Натяжение трощеных нитей в баллоне сматывания 254
4.4.2. Изменение натяжения трощеной нити по мере уменьшения диаметра намотки 257
4.4.3 Влияние высоты баллона на неравномерность натяжения трощеных нитей 260
4.4.4 Изменение натяжения трощеных нитей от скорости сматывания нити 261
4.4.5 Экспериментально-статистическая модель натяжения трощеной нити в вершине баллона сматывания 263
4.4.6 Влияние натяжных приборов на неравномерность натяжения снующихся нитей натурального шелка 264
4.4.6.1 Натяжение нити после пластинчатых натяжных приборов 265
4.4.6.2 Натяжение нитей после гребенчатых натяжных приборов с воздушным демпфером 268
4.4.6.3 Натяжение нитей после шайбовых натяжных приборов 269
4.4.6.3.1 Влияние вращения тормозных шайб, на неравномерность натяжения снующихся нитей 275
4.4.6.4 Разработка конструктивно-технологических параметров натяжного прибора с учетом особенностей нити натурального шелка 279
4.4.7 Оценка влияния некоторых технологических параметров на неравномерность натяжения трощеных нитей 281
4.5 Влияние структурной неровноты нитей шелка-сырца на неравномерность натяжения трощеных нитей 287
4.6 Изменение натяжения снующихся нитей от различного расположения их в сновальной рамке 290
4.6.1 Разработка математических моделей натяжения ткацких нитей по глубине и высоте шпулярника 296
4.6.2 Разработка конструктивно-технологических параметров устройства для выравнивания натяжение одновременно снующихся нитей 298
4.7 Оценка эффективности технологии получения основ из предварительно трощеных нитей шелка-сырца 304
Глава 5 Совершенствование технологиипроцессов выработки тканей и утилизации отходов из натурального шелка 307
5.1 Обоснование выбора ассортимента тканей для экспериментальных исследования 307
5.2 Теоретический анализ условий сматывания уточных нитей с фланцевых катушек 311
5.3 1 Совершенствование процесса сматывания уточной нити с фланцевых катушек 317
5.3.2 Разработка конструктивно-технологических параметров ремизной рамы для выравнивания натяжения основных нитей при зевообразовании 322
5.3.3 Разработка конструктивно-технологических параметров рапиры для пневморапирных станков 325
5.4 Внедрение механизированного пробирання и автоматического узловязания для основ из натурального шелка 328
5.5 Экономическая оценка эффективности мероприятий по совершенствованию технологии подготовки нитей из натурального шелка к ткачеству 329
5.6 Разработка методов и способов использования отходов шелкомотальных производств
5.6.1 Природа образования, классификация, технологические и биологические свойства ваты сдира 334
5.6.2 Классификация сдира 335
5.6.3 Разработка способовочистки ваты-сдира от посторонних примесей 339
5.6.4 Разработка способов получения пряжи из очищенных волокнистых масс ваты-сдира. 346
5.6.5 Разработка способов получения клеящего материала из неиспользуемыхотходов ваты-сдира 351
5.6.5.1 Механизированный способ получения клеящего материала из неиспользуемых шелковых отходов 351
5.6.5.2 Способы приготовления шлихты из экстракта серицина 357
5.7 Изыскание путей использования ваты-сдира снимаемой с автоматов СА-70 360
5.7.1 Модернизация механизма сдироснимателя автомата СА-70 360
5.7.2 Повышение надежности захвата нитей ваты-сдира шлицевыми валиками 363
5.7.3 Обеспечение равномерной подачи коконов в зону
очистки ваты-сдира сдиросдирального автомата СА-70 366
Общие выводы и рекомендации 371
Список использованной литературы
- Запаривание коконов и подыскивания концов коконных нитей
- Разработка мероприятий по снижению деформированности оболочки коконов при очистке их от ваты-сдира
- Исследование физико-механических свойств эмульсированных ткацких нитей
- Исследование параметров снования трощеных нитей с неподвижных паковок
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Актуальность темы обусловлена требованиями предприятий шелковой промышленности Республики Таджикистан по их обеспечению, в необходимом объеме, качественным сырьем – натуральным шелком, используемым для выработки легких, гигиенических и красивых тканей, которые, вследствие своей структуры, неповторимого колорита и своеобразного рисунка пользуются большим спросом в республиках Средней Азии и далеко за её пределами. Вместе с тем, в последние годы в шелковой отрасли наблюдается снижение объемов производства и качества коконов, шелка-сырца и шелковых тканей.
Для исправления сложившейся ситуации в Республике Таджикистан принято постановление Президента от 30 августа 2011 года за №409, об утверждении «Программы развития шелководства и переработки коконов тутового шелкопряда в Республике Таджикистан на 2012-2020 годы». Этим постановлением предусмотрено увеличение объема производства коконов, шелка-сырца и шелковых тканей ежегодно не менее чем на 15-20 %. В связи с этим постановлением вопросы совершенствования технологии переработки натурального шелка приобретают особую актуальность.
В настоящее время на шелкомотальных предприятиях Республики Таджикистан, выход шелка-сырца, не превышает по отрасли 28-30 % при шелконосности оболочки коконов 50-53%. В то же время у японских шелководов, этот показатель составляет 44-46 %. Качество производимого шелка-сырца также низко и не соответствует международным стандартам. Степень использования волокнистых отходов натурального шелка, являющихся ценным текстильным и биологическим сырьем, также остается очень низкой и не превышает 12% от массы коконов, в то время как их фактическое содержание составляет 22-23%. Пытаясь улучшить результаты переработки коконов, многие предприятия предприняли попытку замены отечественного оборудования на импортное. Однако эксплуатация этого оборудования при использовании местного сырья пока не оправдывает материальных затрат на его приобретение.
При выработке тканей из натурального шелка производительность труда ткачей при обслуживании станков СТБ остается самой низкой, по сравнению с выработкой тканей из химических нитей, так как типовая зона обслуживания ткача составляет 2,0-3,0 станка. Дальнейшее повышение зоны обслуживания ткача тормозится высоким уровнем обрывности основных нитей, время на ликвидацию, которой составляет около 70% загруженности ткача. Комплексный анализ существующей технологии производства коконов, первичной обработки и подготовки из них нитей к ткачеству показал, низкую технико-экономическую эффективность современного состояния шелковой отрасли республики. Появилась необходимость, в совершенствовании существующих и создании новых технологий переработки натурального шелка, в большей степени адаптированных к особенностям поступающего на кокономотальные фабрики сырья, что обуславливает актуальность настоящей работы.
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является повышение эффективности использования коконного сырья, качества шелка-сырца и шелковых тканей за счет совершенствования технологических параметров получения и подготовки нитей натурального шелка к ткачеству.
Для достижения этой цели поставлены и решались следующие основные задачи:
– разработка инструментального метода контроля и усовершенствование методики определения влажности коконов на заготовительных пунктах при приемке;
– исследование закономерности изменения технологических показателей оболочки коконов при их подготовке к размотке и усовершенствование режимно-температурных параметров запаривания и растряски для снижения вымываемости серицина из оболочки коконов;
– разработка методов и способов снижения деформированности оболочки коконов при очистке их от ваты-сдира на сдиросдиральных машинах;
– разработка методов и способов снижения неровноты шелка-сырца по линейной плотности путем дифференцированного способа размотки коконов;
– разработка рекомендаций по снижению структурной неровноты нитей шелка-сырца путем их совместного трощения;
– разработка математической модели процесса разматывания шелка-сырца и трощеных нитей натурального шелка при сматывании с различных входящих паковок;
– разработка рекомендаций по снижению неравномерности натяжения нитей натурального шелка при перематывании и сновании с вращающихся и неподвижных паковок;
– изыскание возможности более полного использования отходов шелкомотального производства для получения пряжи в смеси хлопковым волокном;
– создание новых рецептов шлихты, позволяющих исключить процесс расшлихтовки тканей перед крашением с целью снижения трудоемкости и себестоимости получения тканей.
Объектами исследования являются технологические процессы подготовки нитей натурального шелка к ткачеству и получения ткани.
Предметом исследования являются существующие и предлагаемые технологические процессы кокономотания, выработки тканей из натурального шелка, переработки отходов шелкомотального производства.
Методика исследований
В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В теоретических исследованиях использовались положения теоретической механики, теории механических колебаний, механической технологии волокнистых материалов, методы математического планирования эксперимента, математической статистики, теории массового обслуживания. В экспериментальных исследованиях применялись микроскопические методы анализа, тензометрический метод измерения натяжения нити, методы фотосъемки. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований проводились с применением ПЭВМ, на основе общепринятых методов оценки и интерпретации при доверительной вероятности не ниже 0,95.
Научная новизна работы заключается в развитии теории процессов получения и подготовки нитей натурального шелка к ткачеству, на основе комплексного подхода к сохранению их природных свойств, а также в создании моделей взаимодействия нитей с рабочими органами технологических машин, обеспечивающих повышение эффективности ткацкого производства.
При этом впервые получены следующие научные результаты:
–предложена концепция оценки эффективности технологических процессов переработки шелка на основе учета степени их влияния на качество конечного продукта. Суть концепции заключается в оценке качества выполнения каждой операции по сохранению структурных параметров исходного сырья, определяющих его пригодность к разматыванию, с минимальным повреждением волокна, максимально возможным содержанием серицина в шелке-сырце и минимальной обрывностью нитей по всем переходам ткацкого производства;
–предложена новая организационно - технологическая структура кокономотального производства, создающая наилучшие условия для нахождения концов коконных нитей и разматывания различных слоев оболочки коконов с целью снижения неровноты шелка-сырца по линейной плотности;
–разработана методика инструментального контроля влажности коконов на заготовительных пунктах, а также оборудование для ее реализации, позволившие существенно сократить сроки приемки и исключить снижение качества коконов из-за несвоевременной приемки;
–сформулированы условия бездеформационного прохождения коконов через механизм отражателей сдиросдирального автомата СА-70;
–проведен теоретический анализ условий сматывания нитей шелка-сырца с вращающейся катушки в переходных режимах работы машины, предложены рекомендации по стабилизации натяжения;
–обоснована эффективная двухстадийная технология очистки ваты-сдира от сорных примесей;
– разработана методика выделения экстракта серицина из отходов кокономотальных фабрик и предложен рецепт шлихты на его основе, позволивший существенно снизить себестоимость х/б тканей за счет исключения операции расшлихтовки;
–разработана и теоретически обоснована конструкция ремизной рамы обеспечивающая, равномерное натяжение основных нитей при зевообразовании;
–– разработана и апробирована рапира к пневморапирным ткацким станкам обеспечивающая, повышение надежности прокладывания уточных нитей.
Наряду с указанными новыми научными результатами, в работе определены перспективы дальнейшего развития теории процессов получения и переработки нитей натурального шелка.
На защиту выносятся: теоретические положения и результаты практической реализации перспективной технологии выработки тканей из предварительно трощеных нитей натурального шелка:
-
Технология получения и подготовки ткачеству трощеных нитей шелка-сырца и выработка из них тканей, позволяющая существенно повысить производительность станков в шелкоткачестве и качество тканей;
-
Теоретические положения, раскрывающие механизм неравномерности натяжения нити при сматывании с вращающихся и неподвижных паковок;
-
Эмпирические зависимости, связывающие технологические параметры шелка-сырца с изменением натяжение нити натурального шелка, при его сматывании с вращающихся и неподвижных катушек;
-
Метод экспресс-контроля влажности коконов на заготовительных пунктах при их приемке, позволяющий обеспечить ритмичную работу и исключить снижение качества шелко-сырья из-за несвоевременной приемки;
-
Метод расчета конструктивно-технологических параметров устройства, выравнивающего натяжение снующихся нитей по глубине и высоте сновальной рамы в зависимости от места расположения входных паковок, позволяющее снизить процент брака в виде полосатости ткани;
-
Математические модели, описывающие изменение натяжения нитей натурального шелка от технологических параметров процесса снования, позволяющие обоснованно подходить к их выбору;
-
Разработанные и апробированные в производственных условиях методы очистки оболочки коконов от ваты-сдира и получения клеящего материала из отходов кокономотальных производств;
-
Разработанные и апробированные в производственных условиях способы: раздельной размотки коконов, очистки волокнистой массы и получения из них хлопкошелковой пряжи;
-
Разработанные, изготовленные и внедренные в производство устройства: выравнивания натяжение снующихся нитей в зависимости от месторасположения входных паковок в шпулярнике и натяжного прибора для нитей натурального шелка.
Практическая значимость работы
Работа доведена до практической реализации технологии приготовления основ из предварительно трощеных нитей шелка-сырца. Предложенная технология позволяет значительно повысить скоростной режим оборудования по всем технологическим переходам ткацкого производства. В частности производительность ленточных сновальных машин может быть увеличена в 2,5-3,0 раза.
Разработаны и освоены технические решения по совершенствованию технологических операций приготовления основ из предварительно трощеных нитей (А.с. СССР: №№644882,1252408, 1763527), Патенты РФ на полезные модели (№121309, решение о выдаче патента на полезную модель по заявке 2012115898/12 (023968) от 19.04.2012). Патенты на полезные модели Республики Таджикистан (№№ TJ 122, TJ 421, TJ 400, TJ 459 , а также решение о выдаче патента на полезную модель по заявке №1100603 от 29.03.2012) позволили обеспечить выработку ткани крепдешин арт.11022 с высокой производительностью в сновании и ткачестве за счет возможности использования автоматического основонаблюдателя, проборки и привязки. Предложены новая методика и устройство для измерения влажности коконов непосредственно при приемке на заготовительных пунктах позволили обеспечить ритмичную приемку сырья, поступающего от сдатчиков и устранить снижение его качества из-за вынужденного ожидания. Мероприятия внедрены на Худжандском ООО СП «ВТ-СИЛК», Душанбинском шелковом ООО СП «ВТ-Рохи абрешим» и Душанбинском хлопчатобумажном ООО «Таджик текстиль» с общим экономическим эффектом на 458531 сомони или 3056874 руб.
Работа выполнена согласно тематическим планам Министерства промышленности и энергетики Республики Таджикистан (РТ), Республиканской целевой программы номер госрегистрации 0109.ТД 777.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в Технологическом университете Таджикистана (ТУТ) и используются в ходе работ над дипломными проектами по специальности технология текстильных изделий.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры механической технологии волокнистых материалов и профессорском семинаре КГТУ в 2012 году. Доклады по материалам работы были заслушаны: на международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования», ТУТ (2006–2008) Душанбе; на международной научной заочной конференция «Современная техника и технология: исследования и разработки» Липецк, 2011 г.; на международной научно-технической конференции к 90-летию М.С. Осими, ТТУ, Душанбе, 2010; на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности» (ЛЕН-2010), КГТУ, Кострома; на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС-2012), ИГТА Иваново; на Общероссийском семинаре «Технология текстильных материалов», КГТУ, Кострома, 2012 г; на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий (ЛЕН-2012)», КГТУ, Кострома, 2012 г; на международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2012), МГТУ им. А.Н.Косыгина Москва.
Публикации
Основные результаты выполненных исследований представлены в 84 печатных работах, в том числе 3 монографиях, 20 статьях в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК РФ, 25 статьях опубликованных научно-технических журналах и сборниках научных трудов, 4 депонированных рукописях, 2 учебниках, 5 - учебных пособиях. Остальные публикации в материалах научно-практических конференций и выставок. Содержание 10 патентов на изобретения и полезные модели представлены в бюллетенях Роспатента РФ и Таджикпатента РТ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов по работе, библиографического списка и приложений. Основное содержание изложено на 426 страницах, содержит: 136 рисунков, 76 таблиц. Библиографический список включает 240 источников.
Запаривание коконов и подыскивания концов коконных нитей
Результаты анализа современного состояние вопроса показали, что в настоящее время на шелкомотальных предприятиях Республики Таджикистан, выход шелка-сырца не превышает по отрасли 28-30 % при шелконосности оболочки коконов 50-53 %. В то же время для узбекских и японских шелководов, этот показатель составляет 32-35 % и 44-46 %. соответственно. Качество производимого шелка-сырца также низко и не соответствует мировому уровню. Степень использования волокнистых отходов натурального шелка, являющихся ценным текстильным и биологическим сырьем, также находится на низком уровне. Степень их практического использования не превышает 54-55 %, в то время как их объем достигает до 22-23 % массы коконов [6, 7, 8].
По результатам анализа установлено, что показатели шелковой отрасли РТ за последнее десятилетие существенно ухудшились. Как видно из диаграммы (рис. 1.1), за это время произошло снижение производства коконов более чем в 1,5 раз (кривая 1), шелка-сырца в 1,4 (кривая 3)и тканей более чем в 10 раз (кривая 2)).
Кроме этого в течение последних лет в республике наблюдается систематическое снижение не только объемов производства и переработки коконов тутового шелкопряда, но и качества коконов поступающих на заготовительные пункты. На диаграмме (рис. 1.2) приведен средний сортовой состав коконов за последний 10 лет. Большую часть составляют коконы 2 и 3 сорта. Полученный из них шелк-сырец не будет соответствовать международным требованиям.
Такое положение шелководческой отрасли, потребовало срочного вмешательства Правительства Республики, путем принятия специального «ПОСТАНОВЛЕНИЯ Правительства Республики Таджикистан от 30 августа 2011 года за №409», об утверждении «Программы развития шелководства и переработки коконов тутового шелкопряда в Республике Таджикистан на 2012-2020 годы» [9].
Для решения задач, заложенных в этой программе, необходим тщательный анализ существующей в республике технологии производства и переработки коконов, выявление причин вызывающих снижение количества и качества производимой продукции и разработка мероприятий по увеличению производства и повышению качества коконов
Комплексный анализ существующей технологии производства коконов, их первичной обработки и получения шелка-сырца, а также подготовки нитей к ткачеству показал низкую эффективность шелковой отрасли. Появилась необходимость в совершенствовании существующих и создании новых технологий переработки натурального шелка, в большей степени адаптированных к особенностям поступающего на кокономотальные фабрики сырья.
В период существования СССР сложился ряд научных школ, которые занимались разработкой и совершенствованием технологических процессов переработки натурального шелка и получения продукции из него. К сожалению, имелась определенная ведомственная разобщенность, которая отрицательно сказалась на общем развитии отрасли. Так в трудах: Е.Н Михайлова [10], В. В. Линде и П. А. Осипова [11], Г. Н. Кукина [12], В. А. Усенко [13], Э. Б. Рубинова [14, 15, 16], М. М. Мухамедова [5, 6], Алимовой Х.А. [8], а также в трудах отраслевых НИИ: ЦНИИШелка [17], ВНИИПХВ [18], ЦНИИГШНШ, Республиканской опытной станции шелководства сельскохозяйственной Академии Республики Таджикистан [19], рассматривались вопросы, связанные со свойствами, структурой коконов, как исходного сырья для подготовительных операций, включая операции, реализуемые в полевых условиях при выращивании и уборке коконов и вопросы кокономотання.
Однако, полученные в этих работах рекомендации практически не учитывали требования к шелку-сырцу со стороны специалистов -текстильщиков.
Наиболее значимые научные результаты изучения процессов подготовки нитей из натурального шелка к ткачеству, принадлежат ученым: ЛИТЛП им. С,М. Кирова(СПГУТД), МТИ (МГТУ им. А.Н. Косыгина), ИвТИ (ИГТА), ТИТЛП и др. В рамках научных школ, руководимых В.А. Гордеевым, С.Д. Николаевым, Е.Д. Ефремовым, Э.Б. Рубиновым, Х.А. Алимовой, Э.Ш. Алимбаевым, и др., были созданы научно-технические основы, изучены и решены многие задачи указанной проблемы.
В шелководстве закладываются все основные технологические, физико-механические и иные свойства коконов и коконной нити. Особое значение на этом этапе производства играет проблема получения высокошелконосных равномерных по технологическим характеристикам коконов с длинной, тонкой и равномерной по толщине коконной нитью и сохранение всех положительных качеств, при первичной обработке.
В исследованиях Е.Н. Михайлова, В. В. Линде, и П. А. Осипова, М.М. Мухамедова, Э.Б. Рубинова, Х.А. Алимовой, А.В. Корабельникова, И.З. Бурнашева [10, 11, 5, 6, 8, 20, 21] и др. убедительно доказано, что многие причины снижения технологической ценности коконов, связаны с этапами агропромышленного производства коконов. Однако исследование этих этапов производства выходит за рамки настоящей работы.
Одним из основных процессов подготовки коконов к размотке является их заготовка на заготовительных пунктах. От качества, работы которых, зависят показатели коконов, поступающих на шелкомотальные фабрики для дальнейшей переработки.
Коконы тутового шелкопряда, производимые в многочисленных мелких фермерских хозяйствах, являются сезонным продуктом. Заготовительные пункты, для их приема создаются при шелкомотальных фабриках и в центрах районов насыщенного шелководства с радиусом действия от 1 до 50 км [26].
Прием живых коконов от хозяйств, производится в соответствии с государственным стандартом [35], только в дневное время и начинается с внешнего осмотра коконов, при котором определяют: степень очистки от ваты-сдира; правильность рассортировки коконов по цвету; наличие брака в сортовых коконах; степень зрелости коконов; наличие искусственного увлажнения. Все вышеперечисленные операции производятся на устаревшем оборудовании, по устаревшим методикам. Из-за чего время приема коконов от сдатчиков длится до 2 суток, что категорически запрещается ГОСТ 21061-87, так как за это время качественные показатели живых коконов, могут значительно измениться [37].
Согласно «Типовой технологической карты производства шелка-сырца» [26], при отсутствие на заготовительных пунктах технологического оборудования для первичной обработки, коконы должны быть отправлены на базы первичной обработки в течение 24 часов. Однако из-за длительности проведения анализов это условие не выполняется.
Производство коконов в мелких фермерских хозяйствах создает определенные проблемы в работе заготовительных пунктов. Так как, партии коконов, поступающие от фермеров невелики и составляют 25-100 кг [28]. Они имеют большой разброс по качественным показателям и влажности. При приемке должна оцениваться влажность каждой из поступивших партий, в результате этого создается высокая нагрузка на лабораторию, которая не успевает провести необходимое количество анализов. Такая ситуация приводит к нарушению ритмичности работы заготовительных пунктов.
Анализ работы заготовительных пунктов показывает, что ежедневно производится прием коконов в среднем из 50 - 60 хозяйств. В «пиковые» дни это количество может увеличиваться до 100 хозяйств.
Коконы, произведенные в мелких хозяйствах и имеющие существенный разброс в качественных показателях, из-за неритмичной работы заготовительных пунктов могут еще ухудшать свои качества вследствие биологических изменений куколки. Для оценки изменения качества коконов нами, совместно ООО СП «ВТ-Силк» [39], проводился анализ сортового состава коконов поступивших на Худжандский шелковый комбинат из различных районов Республики.
В процессе анализа проводилась рассортировка пробных образцов коконов, урожая 2010 года, массой 500 г, которые отбирали из каждой партии коконов, поступившей на заготовительный пункт. По результатам анализа определяли: влажность коконов, сортовую смесь и долю
Разработка мероприятий по снижению деформированности оболочки коконов при очистке их от ваты-сдира
Заморенные и высушенные коконы перед разматыванием проходят очистку оболочки от ваты-сдира, запарку и подыскивания концов коконных нитей. При подготовке коконов к размотке также выполняются операции по: укрупнению партий несортированных коконов путем смешивания исходных партий; обеспыливание и рассортировка по размерам, а также рассортировка калиброванных коконов по внешним признакам и жесткости [64, 65, 66, 67].
Очистка коконов от ваты-сдира, образующейся при первичной обработке, транспортировке и хранении коконов, является вынужденным технологическим процессом, который необходим для разъединения коконов с целью облегчения их рассортировки по размерам и внешним признакам, а также для удаление пылевидных примесей из оболочки коконов [66].
В настоящее время на шелкомотальных фабриках в основном применяются сдиросдиральные машины системы УзНИИШП и автоматы СА-70, работающие на принципе отделения нитей ваты-сдира намоткой ее на вращающиеся цилиндрические или конические валики. На этих машинах коконы взаимодействуют с вращающимися рабочими органами в течение 15...60с. От интенсивного трения между оболочкой кокона и поверхностью вращающегося валика и из-за несовершенства отдельных узлов машины возможно возникновение значительных нагрузок, приводящих к деформации оболочки, сопровождающейся разрушением ее структуры.
Сравнительные испытания различных систем сдиросдиральных машин показали, что практически все машины повреждают коконы, при этом содержание коконов с деформированной оболочкой после операции сдирания увеличивается на 10%, вызывая сокращение длины непрерывно разматываемой коконной нити на 9,5-И 0% и снижая выход шелка-сырца на 0,65-0,73% [67].
Намотавшийся на валики сдир, вращаясь совместно с барабаном, поступает в следующую зону, где валики останавливаются и под действием копира утапливаются внутрь барабана. Вата-сдир в виде моточков отцепляется и падает в емкость для ее сбора. Сдиросдиральный автомат СА-70 системы ЦНИИШШШ имеет ряд преимуществ по сравнению с машинами других конструкций: - с рабочими органами взаимодействуют только те коконы, на оболочке которых имеется вата-сдир; - взаимодействие рабочих органов с коконами носит кратковременный характер.
Это способствует созданию благоприятных условий процесса съема ваты-сдира и сохранности структуры оболочек коконов.
Данные приведенные в работе [65] о поврежденности оболочек коконов показывают, что в технологических операциях снятия сдира, происходит процесс, приводящий к деформации оболочек коконов на: - сдиросдиральной машине системы Уз. НИИШП до 5,25%; - сдиросдиральном автомате СА-70 до 4,11%; - сдиросдиральной машине системы ЦПКТБ до 7,2%.
Как видно, из приведенных данных, не смотря на ряд преимуществ автоматов СА-70, перед другими машинами, количество деформированных коконов после обработки на этих автоматах, остается почти на том же уровне.
Результаты предварительных экспериментов показали, что если в целом, при обработке коконов на сместительно-сдиросдирально-колибровочных агрегатах количество деформированных коконов составляет 9-10%, то на долю сдиросдиральных машин приходится 4-5%. В результате этого ухудшаются технологические характеристики коконной оболочки, приводящей к возрастанию обрывности нитей при размотке. Поэтому однойиз основных задач нашей работы является снижение деформированности оболочки в процессе очистки коконов от ваты-сдира на сдиросдиральных автоматах СА-70.
При существующей конструкции сдиросдиральных автоматов СА-70 вата-сдир с шлицевых валиков снимается в виде моточек, из которых без предварительного выпрямления невозможно вычесывать волокно так как из них быстро образуются не разматываемые комки. Поэтому для дальнейшей их переработки необходимо изменить форму снимаемого продукта путем совершенствование конструкции механизма сдиросбрасывателя, что является следующей задачей в нашей работе.
Результаты анализа причин относительно низкой производительности автоматов СА-70 по сравнению с машинами системы УзНИИШП показали, что одной из них является, неравномерность захвата волокон ваты-сдира с оболочек коконов различными шлицевыми валиками, из-за не достаточной шероховатости их поверхностей.
Анализ работы сортировочных цехов шелкомотальных фабрик показывает, что при подготовке коконов к размотке не учитывается содержание ваты-сдира на оболочках коконов различных партий и устанавливается одинаковый технологический режим для всех коконов. В результате чего коконы, сцепляясь друг за друга образуют гроздья, что приводит к неравномерной подаче их из бункера смесительных машин к зону очистки от ваты-сдира сдиросдиральных автоматов. В работе ставится задача проведения комплексной модернизации сдиросдирального автомата СА-70 с целью повышения эффективности его работы.
Исследование физико-механических свойств эмульсированных ткацких нитей
Барабан 1 состоит из двух фланцев - правого и левого, сидящих на одном валу и соединенных между собой по периметру пятнадцатью блоками. При вращении барабана сдироснимающие валики 2 под действием копиров 3 перемещаются в осевом направлении, за счет чего вводятся в рабочую зону и выводятся из нее. Проходя через рабочую зону, и вращаясь вокруг своей оси, шлицевые валики 2 наматывают на себя вату-сдир, очищая от него коконы. Валики 2 имеют, имеют конусообразную форму.
Выведенные в рабочую зону валики наматывают на себя вату-сдир, снимая ее с коконов, а при утоплении сбрасывают намотавшуюся вату-сдир в сборник 8. Шлицевые валики, очищающие коконы от ваты-сдира, имеют конусообразную форму и четыре продольные канавки для захода выступов шлицевой втулки. Барабан вращается от редуктора через цепную передачу, а шлицевые валики - через ременную передачу 10.
В верхней части машины между барабаном и приемным бункером под углом 15-18 к горизонту установлено три ряда отражателей 12 для отделения коконов от валиков (рис.2.4,6). Отражатель 12 свободно сидит на оси сектора 11. Между сектором и верхним концом валиков, отражателем и валиком, кромкой отражателя и поверхностью барабана имеются зазоры (3-4 мм). Зазоры и силу давления отражателя на зацепившийся кокон регулируют с помощью винта 10 и пружины 13.
Сдиросбиватель 9 - четырехлопастный барабан, который служит для окончательной очистки валиков от ваты-сдира. Снятая со шлицевых валиков вата-сдир собирается с помощью лотка в сборнике 8 (рис.2.6,а). Корпус 15 блока шлицевых валиковсодержит пять валиков, которые смещаются по отношению к втулке 16 с помощью двух планок 17, кинематический связанных с направляющими копира. Валики посажены на подшипник 19 и вращаются с помощью шестерни 18, посаженной на шлицевую втулку.
При наличии большого числа захваченных концов нитей и превышении механической прочностью нити прочности оболочки в момент заклинивания под действием нормального давления в точках контакта оболочка деформируется и проходит сквозь щель. При деформации кокона на глубину свыше 2-3 ммна оболочке возникают необратимые деформации - вмятины, снижающие точность калибровки по линейным размерам и разрушающие структуру самой оболочки.
На сдиросдиральном автомате СА-70 торможение кокона достигается введением отражателя, представляющего собой неподвижную пластину 2, установленную на заданном расстоянии от валика 1 (рис. 2.4 )
Взаимодействие коконов с рабочими органами на автомате происходит в основном в зоне отделения коконов от шлицевых валиков. Для отделения коконов от шлицевых валиков на автомате СА-70 установлены три рядаотражателей с шагом 160-170 мм (рис. 2.4). Коконы, не оторванные от шлицевых валиков в первом ряду отражателей, проходят такой же цикл в последующих рядах. Расстояние от нижней кромки первого отражатели до верхней кромки последнего составляет 510 мм.
При частоте вращения барабана 0,42 об/мин, радиусе і?б=470 мм отрезок пути в L=510 мм валик проходит в течение 25 с, т.е. часть коконов, не отделившихся от валиков в 1-2 рядах отражателей, взаимодействуют с поверхностью отражателей и валиком в течение 25-30 с.
При испытаниях сдиросдиральной машины СА-70 на Худжандском шелковом комбинате было переработано 700 кг коконов. По результатам эксперимента, при среднем выходе ваты-сдира 0,18±0,02%, количество коконов, прошедших систему отражателей и попавших в емкость для сбора ваты-сдира, составило 0,24±0,03% от массы всей партии коконов.
Как показали эксперименты, при неоднократном интенсивном отделение ваты-сдира от коконов нарушается целостность оболочки. Вследствие этого уменьшаются выход шелка-сырца и длина непрерывно разматывающейся коконной нити, в результате чего, выход коконного сдира и кратность возвращения коконов в размотку увеличиваются. Влияние интенсивности съема ваты-сдира с коконов на выход шелка-сырца (Вш.с), коконного сдира (Вк.с), кратность возвращения коконов в размотку ( Кр) и длину непрерывно разматывающейся коконной нити (Ьн.р) приведены в табл. 2.3.
Для изучения причин прохода коконов через отражатели рассмотрим более подробно взаимодействие коконов со шлицевыми валиками и отражателем. В этом случае возможно два варианта взаимодействия: - в первом случае, если кокон имеет зацепленный и свисающий со шлицевого валика конец нити (рис. 2.5а), сматываемый с оболочки кокон отстает от валика, прижимается к отражателю и проскальзывает по его плоскости в направлении движения шлицевого валика; - во втором случае (рис. 2.56), когда кокон прижат к поверхности валика за счет намотавшегося сдира, и вращается с ним при взаимодействии спластиной ограничителя. Кокон, ударяясь о грань ограничителя, испытывает нагрузку от натяжения нити и соударения деформируется, часть волокон, связывающих коконов со шлицевым валиком, обрывается, а оставшаяся часть волокон начинает сматываться с оболочки.
Для решения этих задач нами предложен модернизированный механизм отражателей для сдиросдиральной машины СА-70 [77].
В модернизированном механизме (рис.2.6) отражатели представляют собой рычаги, которые могут поворачиваться вокруг осей 15. На одном из плеч этих рычагов закреплены створки 14, а за другое плечо рычага 16 закреплена пружина 17, которая стремится прижать створки 14 друг к другу. Перемещение створок навстречу друг другу ограничивается упором 18 и может регулироваться винтом 19. Плечи 16 рычагов и пружины 17 находятся над барабаном 1 выше рабочей зоны и не взаимодействуют с коконами.
Принцип работы предложенного устройства заключается в следующем. При прохождении валиков 2 через рабочую зону нити сдира наматываются на них, а коконы, на оболочке которых закреплены эти нити, движутся вместе с валиками и поверхностью барабана 1. В случае схода слоя сдира с оболочки, коконы отрываются от валиков, падают в нижнюю зону и удаляются из машины транспортером 7.
При своем движении коконы проходят последовательно три этапа взаимодействия с рабочими органами машины (см. рис.2.7). Первый этап наблюдается в случае отсутствия препятствий. Вращающиеся валики 2, с намотанным на их поверхность слоем сдира, придают вращение коконам 20 относительно оси валика 2. Снятие сдира, т.е. отделение нитей от оболочки, происходит только за счет центробежных сил (рис.2.7а).
Исследование параметров снования трощеных нитей с неподвижных паковок
Анализ диаграммы разрыва трощеной нити шелка-сырца линейной плотности 3,23х2 текс (2/1) подготовленных по существующей и предлагаемой технологии (рис.3.16а и б), дает несколько новых представлений о физической сущности обрыва нитей шелка-сырца.
Например в положении А (см.рис.З.Іб.а) показан момент, когда после обрыва одной из составляющих ткацкой нити, величина разрывной нагрузки несколько падает,затем продолжает повышаться на 200 сН, при этом нить растягивается на 7,6% и обрывается. В положении Б показан момент обрыва ткацкой нити, затем происходит увеличение разрывной нагруки на 40-50 сН, далее деформация на 5-6% и обрыв. В положение В также, но без увеличения разрывной нагрузки. В положении Гзафиксирован самый распространенный момент- одновременный обрыв одиночной и ткацкой нити.
Необходимо отметить, что описанные выше моменты больше относятся к ткацким нитям, приготовленным по предлагаемой технологии полученным из шелка-сырца линейной плотности 3,23 текс. Как видно из диаграммы разрыва ткацких нитей 3/1, состоящих из шелка-сырца 3,23 текс, приготовленных по рекомендуемой технологии (см. рис.3.16а), кроме положения В, другие моменты встречаются меньше. Такое явление в обрывах нитей может объяснятся повышением целостности нитей приводящей к упрочнению нитей при двойном эмульсирование, положительным эффектом которого является одновременный обрыв одиночных нитей шелка-сырца.
При исследовании разрывных характеристик трощеных ткацких нитей из шелка-сырца, наряду с одновременностью разрыва всех составляющих одиночных нитей, также для процесса ткачества важно разъединеность концов оборванных ткацких нитей. Разъединение концов оборванных ткацких нитей приводит к образованию порока в ткани «подплетина»или к массовому отрыву нитей.
По результатам разрыва нитей установлено , что если среднее значение разрывной нагрузки ткацкой нити 3/1, состоящей из нитей шелка-сырца линейной плотности 3,23текс, приготовленной по существующей технологии, составляет 310,6 сН. Для ткацких нитей 3/1 из шелка-сырца 3,23 текса приготовленных по предложенной технологии, она равняется 405,3 сН, т.е.больше на 30,48% (см табл.3.8). Хотя общее увеличение их толщины при этом, примерно одинаковы, без учета процента привеса (4%) от эмульсирования нитей.
Данный вывод, на практике подтверждается снижением обрывности ткацких нитей, приготовленных по предложенной технологии, на 10-15%. Результаты разрыва нитей шелка-сырца приготовленных по существующей и рекомендуемой технологии Табл.3. Показатели Ед. изм. Кол-во составляющих ткацкой нити 2 3 4 Линейная плотность текс 3,23 6,46 9,69 12,92 Разрывная нагрузка: среднее значение сН 99,2/ 139,0 234,6/ 332,8 310,6/ 405,3 375,0/ 622,2 ср.кв. отклонение сН 8,6/7,51 18,9/16,1 30,8/21,8 23,0/ коэф. вариации % 8,6/5,31 8,0/6,9 9,9/8,3 6,1/ Разрывное удлинение: среднее значение мм 10,4/12,1 12,7/13,5 12,9/13,4 13,0/14,6 ср.кв. отклонение м 2,4/2,4 1,6/1,9 1,2/1,1 1,7/1,6 коэф.вариации % 23,6/21,5 12,5/11,4 9,3/9,1 13,0/12,7 Коэф .целостности % 100/100 59/82 70/73 48/63 Примечание: числитель-существующая; знаменатель-предлагаемая На основании данных таблицы 3.7, построена зависимость разрывной нагрузки, от числа составляющих ткацкую нить для нити шелка-сырца линейной плотности 2,33 и 3,23 текс (рис.3.21).
Результаты анализа данных табл.3.7 показывает, что средние значения разрывной нагрузки с увеличением количества составляющих ее нитей, при существующем, а также в предлагаемом вариантах, не увеличивается пропорционально их числу (рис.3.21). Более того разрывная нагрузка ткацких нитей 3,23 текс, подготовленных по существующей технологии значительно ниже, чем у нитей подготовленных по предложенной технологии. В то же время, закономерность изменения прочности ткацких нитей независимо от способа подготовки, с некоторым отклонением соотсветсвует закону прямой линии 1. Данный вывод подтверждает, разброс результатов измерений (см
На основании проведенных экспериментов установлено, что закономерность рапределение результатов разрывной нагрузки и разрывного удлинения трощеных нитей в пределах одного образца (испытано более 100 образцов) близка к нормальному закону (смрис.3.22а,б,в,г).Для доказательства которого, необходимо проведение глубоких материаловеческих исследований, вне рамки данной работы. Известно, что поведение нитей на ткацких станках также зависит от показателей разрывного удлинения нитей, результаты исследования показывает, что подготовка нитей к ткачеству по новой технологии также положительно влияет на деформационные характеристики. Влияние количества составляющих нитей на разрывное удлинение при существующей технологии подготовки нитей к ткачеству значительнее, чем на рекомендуемом.
Однако, разброс показателей удлинения при существующей технологии подготовки нитей к ткачеству, как это видно, из графика (рис.3.22), значительнее и ее коэффициент вариации составляет от 7,8 до 41,5%, когда этот показатель для нитей подготовленных по предложенной технологии равняется от 12,1 до 20,2% (рис.3.22.г), что является более 2 раза ниже. Последний означает, что ткацкие нити полученные по предложенной технологии в 2,0-2,5 раза равномернее, чем существующие. Если исходить из технологических сображений, то для процесса ткачества более важным является равномерность удлинения нитей [94].
На рис.3.23 приведены закономерности изменения разрывного удлинения трощеных нитей приготовленных по существующей и предлагаемой техногологии. Как видно из графика разрывное удлинение нитей приготовленных по новой технологии более равномерно и на 10-12% выше, чем у нитей приготовленных по существующей технологии.
Число составляющих нитей Рисунок 3.23- Разрывное удлинениетрощеных нитейподготовленных по: 1 - предлагаемой; 2- существующей технологии
Наилучшие прочностные показатели получаются для трощенной нити шелка-сырца 2/1, при этом ее разрывная нагрузка для обоих вариантов, повышается более чем на 2 раза.
Отсуствие единого показателя качества трощенных нитей, прогнозирующего поведение их на оборудовании ткацкого производства, значительно затрудняет работу при разработке новых технологий и параметров к ним. Для этой цели нами предлагается коэффициент целостности нитей определяемый по формуле
