Введение к работе
Основными направлениями экономического развития страны остаются повышение производительности и качества, расширение ассортимента выпускаемой продукции, увеличение доли инновационных проектов во всех областях промышленности.
В настоящее время стратегический источник волокнистого сырья России — лён - перерабатывается не в полной мере. Льняное волокно в прядении используется на 20-30%. Отходы трепания, некондиционный лен, короткое льняное волокно используются крайне мало. В связи с этим, очень важны проблемы совершенствования технологических процессов и создания нового высокопроизводительного оборудования для глубокой переработки льняного волокна. Продуктом глубокой переработки в льняной отрасли является -короткоштапельное льняное волокно, которое может быть использовано в прядении, и позволит значительно расширить ассортимент выпускаемой текстильной промышленностью продукции.
Котонин - это льняное волокно, по своим технологическим свойствам, приближенное к хлопковому волокну. Технологический процесс котонизации сводится к уменьшению длины и линейной плотности льняного волокна, очистке от костры и пыли.
Мировыми лидерами в производстве оборудования для котонизации и очистки льняного волокна являются зарубежные фирмы «Ритер», «Ларош». Отечественное оборудование представлено лишь отдельными опытными образцами. В состав этих линий входит модернизированное оборудование, изначально предназначенное для переработки' 'хлопкового 'волокна и регенерации текстильных отходов. Принцип формирования технологических линий на основе модернизации известного оборудования приводит к появлению целого ряда недостатков в качественных показателях волокна и увеличивает его стоимость. В современных условиях, когда решающим критерием технологических процессов является фактор экономичности, использование для переработки короткоштапельного льняного волокна модернизированного оборудования хлопкопрядильного производства, нельзя считать рациональным.
Поэтому актуальны разработки новых технологий и создание специализированного оборудования для производства короткоштапельного льняного волокна. В КГТУ разрабатывается технология для получения котонина. Предлагаемая нами линия содержит ряд специализированных устройств, которые укорачивают, очищают и утоняют комплексы льняного волокна. Введение в линию разработанного нами очистителя-котонизатора, позволило уменьшить линейную плотность получаемого волокна, однако дальнейшее его использование требует дополнительных исследований, введения дополнительных устройств, изучение влияния основных параметров рабочих органов на качество получаемого котонина.
В силу всего вышесказанного, работа, посвященная обоснованию и выбору рациональных параметров оборудования для получения короткоштапельного льняного волокна, является актуальной, ее результаты могут быть использованы для проектирования нового оборудования и технологических линий для получения короткоштапельного льняного волокна.
Цель и задачи исследования
Цель диссертационной работы - создание новых конструкций рабочих органов и обоснование основных параметров очистителя-котонизатора, которые позволят обеспечить повышение качества короткоштапельного льняного волокна.
Для достижения указанной цели исследования в диссертации решены следующие задачи:
-
Проведен анализ существующих конструкций технологических машин для котонизации, волокноочистки, подготовки волокна к прядению, технологий получения котонина и анализ работ, посвященных совершенствованию технологического процесса, получения котонина и очистки короткоштапельных материалов (хлопковое, льняное короткоштапельное волокно), который позволил определить пути совершенствования конструкций рабочих органов очистителя-котонизатора.
-
Разработан новый способ очистки короткоштапельного льняного волокна, основанный на обработке волокна в устройстве протрепывающем зажатую бородку волокна гарнитурой установленной на рабочем барабане.
-
Обоснованы параметры конструкции нового очистителя -котонизатора, такие как устройство педального зажима, питающего и протрёпывающего барабанов. Предложены методики выбора некоторых параметров давильных валов.
-
Проведен анализ процессов затягивания и удержания волокна в питающую пару очистителя-котонизатора, определены условия затягивания и удержания волокна. Предложены конструкции питающих устройств.
-
Экспериментально подтверждены теоретические модели, описывающие применение податливой гарнитуры на протрепывающем барабане очистителя - котонизатора. Установлено, что использование такой гарнитуры позволит снизить ударную нагрузку на волокнистую прядь, тем самым, снизив вероятность образования коротких волокон.
-
Проведены экспериментальные исследования, в результате которых установлены взаимосвязи между скоростями вращения питающего и протрёпывающего барабанов и штапельным составом и линейной плотностью получаемого волокна. Определены, основные параметры режима работы очистителя - котонизатора.
Методы исследования
Диссертационная работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования проводились с применением методов теоретической механики, теории колебаний. Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов планирования, автоматизированного сбора данных и их анализа. Теоретические и экспериментальные исследования проводились с применением ПЭВМ, прикладных программ AutoCad, MathCad, Microsoft Excel, Autodesk Inventor и оригинальных программных разработок на языке программирования C++.
Научная новизна
Научная новизна работы заключается в том, что, впервые: - разработан и теоретически обоснован новый способ очистки и получения короткоштапельного льняного волокна, позволивший создать новую конструкцию очистителя-котонизатора;
разработаны модели, описывающие взаимосвязь между основными параметрами очистителя-котонизатора такими как, скорость вращения питающего и протрепывающего барабанов, усилие прижатия педального зажима и параметрами получаемого волокна (линейной плотностью, штапельным составом и засоренностью);
разработана методика определения необходимого усилия зажима волокна в зоне протрепывания в зависимости от скорости протрепывания, при многократных силовых воздействиях на волокнистую прядь;
получена зависимость, позволяющая определить конструктивные параметры питающего устройства, состоящего из транспортирующего барабана и педального зажима с учетом условия возникновения жгутов при входе волокнистого слоя в него.
Практическая значимость Практическая значимость работы заключается в том, что: -предложен новый способ очистки и утонения короткоштапельного льняного волокна, для интенсификации процесса утонения волокна за счет использования новых устройств, обеспечивающих равномерный зажим волокна и предварительное нарушение связей между волокнами в комплексах;
установлены рациональные режимы работы очистителя-котонизатора и очистительной установки с делителями холстика при переработке котонина;
созданы экспериментальные стенды для исследования процесса взаимодействия обрабатываемого волокна с рабочими органами очистителя-котонизатора;
разработаны рекомендации по совершенствованию оборудования и технологического процесса, которые могут быть использованы при проектировании новых установок, управлении технологическим процессом.
Апробация результатов работы
Основные результаты работы были представлены и получили положительную оценку:
на заседаниях кафедры ТММ и ПТМ КГТУ (2004 - 2009 гг.);
на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен 2006, Лен 2008) г. Кострома;
на международной научно-практической конференции «Наука, сельское хозяйство и промышленность - пути развития и ожидаемые результаты» г. Вологда, 2006, 2008;
на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс 2005, 2007) г. Иваново;
на всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2006, 2007, 2008) г. Москва;
на всероссийском семинаре по теории машин и механизмов Российской академии наук (костромской филиал) 2008,2009 гг.
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 14 работ, из них 1 статья в журнале, включенном в перечень ВАК, 4 статьи в научных сборниках, 1 патент на изобретение и 8 тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем работы
