Содержание к диссертации
Аннотация и общая характеристика работы 5
1. Аналитический обзор 11
1Л Классификация и анализ отжимных устройств 11
1.2 Структура и особенности конструкций валов модулей 18
1.3 Обзор работ по исследованию процесса отжима текстильных материалов 31
1.4 Постановка цели и задач исследований 43
1.5 Выводы по главе 45
2. Исследование механики валковых отжимных устройств 46
2.1 Математические модели форм слоя обрабатываемого материала 46
2.2 Основы процесса взаимодействия валов в модулях 52
2.3 Анализ напряженного состояния в зоне контакта валов 55
2.4 Силовой анализ валковой пары отжима промывной машины 59
2.5 Выявление оптимальных условий захвата материала в жале валов 64
2.6 Особенности захвата валами деформируемого материала 69
2.7 Влияние неровности слоя на тяговую способность модуля 70
2.8 Влияние динамических факторов на работу модулей 74
2.9 Выводы по главе 77
3. Основы теории процесса отжима материалов 78
3.1 Анализ процесса обезвоживания материалов 78
3.2 Определение параметров модели валкового отжима 81
3.3 Гидродинамическая модель течения жидкости 85
3.4 Анализ изотропной модели слоя шерсти 90
3.5 Исследование слоистой модели волокнистой массы 92
3.6 Определение скорости движения жидкости и материала з
3.7 Дифференциальные уравнения движения жидкости в областях входа в зо-не контакта модуля 101
3.8 Определение давления жидкости в области входа в жало и контакта валов модуля 104
3.9 Выводы по главе 108
4. Исследование и разработка отжимных устройств для первичной обработки шерсти 109
4.1 Состав и особенности работы линии для промывки шерсти 109
4.2 Анализ конструкции валкового отжима 112
4.3 Расчет прогиба валов с опорами рубашки по торцам 115
4.4 Разработка математических моделей упругих характеристик 118
4.5 Определение вида покрытия вала по комбинированным графикам 123
4.6 Обоснование и сущность разработки конструкции отжимного вала 127
4.7 Исследование жесткости на изгиб вала с дисками .130
4.8 Определение нзгибных колебаний составного вала 139
4.9 Исследование крутильных колебаний составного вала 1 4.10 Оценка эффективности внедрения отжимного устройства 153
4.11 Выводы по главе 157
Y 5. Экспериментальное и аналитическое исследование валкового отжима промывной линии 158
5.1 Основные деформационные характеристики слоя шерсти 158
5.2 Технические средства для исследования деформации шерсти 160
5.3 Обоснование выбора тензометрических датчиков 164
5.4 Экспериментальное определение зависимости модуля деформации шерсти от плотности ее массы 1
5.5 Разработка математической модели упругой характеристики обрабатывае-А мого материала 171
5.6 Оценка погрешностей результатов экспериментальных исследований... 176
5.7 Зависимость влажности материала после отжима от технологических фак торов 177
5.8 Влияние факторов на потребную приводом отжимного устройства мощность 183
5.9 Определение потребной мощности на деформацию слоя шерсти 188
5.10 Расчет мощности на деформацию покрытия вала 193
5.11 Разработка рекомендаций по проектированию валковых отжимов для шерсти 194
5.12 Выводы по главе 199
Результаты работы, общие выводы и рекомендации 200
Библиографический список используемой литературы 202
Приложения 2
Введение к работе
Актуальность темы. Опыт эксплуатации действующего валкового отжимною оборудования в составе промывных линий показал, что процесс отжима шереги в них отличается высокой и неравномерной остаточной влажностью, значительными затратами воды и электроэнергии, низким КПВ отжимных устройств. Теоретические вопросы механики валковых модулей, предназначенных для отжима влаги из шерсти, изучены недостаточно
Перспективным направлением в области промывного оборудования для шерсти является разработка экономичных устройств, обеспечивающих получение минимальной остаточной влажности материала и ее неравномерности по ширине слоя, снижение затрат нергоресурсов на технологический процесс. Выбор темы обусловлен необходимостью проведения теоретических исследований процесса отжима шерсти в валковых модулях и разработки новой экономичной конструкции отжимного устройства, отвечающей требованиям технологического процесса.
Цель и задачи исследований. Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование проектирования новой конструкции валкового отжимного устройства для обработки шерсти, позволяющей снизить се остаточную влажность и неравномерность по ширине слоя.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные щдачи:
- предложена классификация валковых отжимных устройств, включающая их конструкции для отжима волокнистых материалов;
- проведен анализ научно-исследовательских работ связанных с процессами отжима текстильных материалов, и выявлены основные направления повышения їффективности зі их процессов;
- рассмотрены особенности механики валковых модулей с одним и двумя приводными валами в установившемся движении при обработке волокнистой массы шерсти;
- разработана физическая модель валкового отжимного устройства, определены ее параметры для расчета остаточной влажности шерсти после отжима;
- экспериментально установлены упругие характеристики покрытий валов из резины, полиуретана и шерстяной бумаги,
- предложен теоретически обоснованный метод определения изгибной жесткости составного вала и получены дифференциальные уравнения его изгибных и крутильных колебаний;
- определены деформационные характеристики слоя (грубой и тонкой) и зависимости ее остаточной влажности после отжима or технологических факторов;
- выявлена зависимость потребной мощности на привод валковых модулей от условий обработки шерсти и получены выражения для расчета составляющих энергозатрат;
- на основе проведенных исследований разработаны новая конструкция со ставного вала с резиновыми армированными дисками и рекомендации по проектированию валковых отжимных машин для шерсти, определена экономия от внедрения разработок.
Методы исследований. Задачи, поставленные в работе, решались теоретическими и экспериментальными методами.
В теоретических исследованиях применены методы математического моделирования, интегрального и дифференциального исчислений, теоретической механики и сопротивления материалов. Явления в зоне контакта валов модулей описывались с использованием законов механики жидкости и закона Дарси Для разработки конструкции отжимного устройства применялись методы теории механизмов машин и учитывались особенности технологии процесса отжима влаги в валковых модулях.
Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных стендах с использованием современной электронной измерительной аппаратуры как с целью применения их результатов в теоретических расчетах, так и для определения адекватности разработанных моделей. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с использованием ЭВМ-Достоверность предложенных научных разработок, выводов и рекомендаций подтверждена результатами производственного эксперимента и актом внедрения результатов исследований.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны физическая модель отжимного усфойства и математические зависимости движения жидкости в областях контакта его валов для определения параметров, влияющих на остаточную влажность шерсти;
- получены степенные математические зависимости упругих характеристик-покрытий отжимных валов с твердостью от 50 до 95 усл. ед (по Шору А), обеспечивающие научно обоснованный выбор технологических и конструктивных параметров (удельного давления на слой шерсти, диаметров валов и вида покрытия);
- предложен метод аналитического определения изгибной жесткости составного вала, учитывающий продольные усилия и упругие деформации, действующие на пакет дисков, силы трения между дисками и их толщину,
- получены дифференциальные уравнения изгибных и крутильных колебаний составных валов, позволяющие рассчитать на этапах проектирования их динамические характеристики с учетом влияния усилий сжатия пакета дисков, де-планаций и инерции поворота поперечных сечений;
- установлено влияние технологических факторов и конструкции отжимного устройства на остаточную влажность шерсти после отжима;
- получены зависимости потребной мощности отжимного валкового модуля от технологических факторов и разработаны рекомендации для его проектирования с учетом результатов исследований. Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты исследований особенностей механики, зоны контакта валов отжимных устройств, деформационных характеристик их покрытий и слоя шерсти, зависимости влажности волокнистого материала после отжима и потребной мощности на привод от технологических факторов позволяют принимать рациональные решения при проектировании валковых устройств для отжима шерсти.
Полученные математические выражения используются для расчетов изгиб-ной жесткости и круговой критической частоты вращения составных дисковых валов по дифференциальным уравнениям их изгибных и крутильных колебаний. На основании проведенных исследований при личном участии автора разработана конструкция отжимного устройства с дисковым составным валом, новизна которого подтверждена патентом на полезную модель Разработаны рекомендации для проектирования отжимных устройств, работающих в составе промывных линий для шерсти.
Результаты рабогы в виде технических решений и рекомендаций внедрены в АО "Монино" (Московская и используются при проектировании валкового отжимного оборудования в Ивановском НИЭКМИ. Внедрение полученных результатов по сравнению с результатами, полученными на базовом отжимом уст-роистве, обеспечило снижение остаточной влажности шерсти после отжима в среднем с 80% до 60% и ее неравномерности по ширине слоя до 5%, уменьшение энергозатрат в линии на 15%.
Апробация работы. Основные результаты научно-исследовательской работы были доложены и получили положительную оценку на:
- межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск - 2003) г. Иваново, ИГТА, 2003 г.;
- международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (Прогресс - 2004) г. Иваново, ИГТА, 2004 г.;
- межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск - 2004), г. Иваново, ИГТА, 2004 г.;
- техническом совете НИЭКМИ, г. Иваново, 2004 г.;
- расширенном заседании кафедры проектирования текстильного отделочного оборудования ИГТА, г. Иваново, 2004 г.
Публикации. По результатам теоретических и экспериментальных исследований опубликовано десять печатных работ, в і ом числе четыре статьи в журнале «Вестник научно-промышленного общества», одна статья в журнале «Вестник ИГТА», одна статья в журнале «Изв вузов Технология текстильной промышленности», четыре тезиса докладов на международных и межвузовских научно-технических конференциях, получен патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, списка использованной литературы из 153 наименования, 2 приложений. Работа выполнена на 219 страницах, содержит 77 рисунков и 6 таблиц.
