Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор исследований посвященных получению короткоштапельного льняного волокна, методов и конструкций машин для его получения и очистки .. 14
1.1. Методы получения короткоштапельного льняного волокна
1.2. Технологические линии для производства короткоштапельного льняного волокна. Анализ их конструкций 16
1.3. Основные этапы получения короткоштапельного льняного волокна. 25
1.4. Устройства, обеспечивающие протрепывание зажатой бородки волокна 28
1.5. Основные способы уменьшения длины текстильных волокон 31
1.5.1. Конструктивные схемы машин для штапелирования резанием... 32
1.5.2. Конструктивные схемы машин для штапелирования методом разрыва 34
1.5.2.1. Машины для штапелирования методом разрыва при продольном нагружении волокон жгута 34
1.5.2.2. Машины для штапелирования методом разрыва при поперечном нагружении волокон жгута (ленты) 39
1.5.3. Исследования, посвященные вопросам штапелирования текстильных волокон 44
1.6. Способы очистки волокна и некоторые типовые конструкции очистителей 46
1.7. Анализ теоретических и экспериментальных исследований процесса очистки 66
1.8. Задачи исследования 69
2. Разработка новой штапелирующеи установки для получения короткоштапельного льняного волокна 72
2.1. Анализ взаимодействия волокна с рабочими органами при контролируемом разрыве с поперечным приложением нагрузки 73
2.2. Экспериментальные исследования предлагаемой схемы штапелирования 76
2.3. Влияние трения штапелирующего диска на распределение волокон по длине при штапелировании разрывом 83
2.4. Штапелирующая установка с контролируемым разрывом волокна при поперечном приложении нагрузки 86
2.5. Штапелирующая установка с контролируемым разрывом и очисткой волокна 90
2.6. Исследование взаимодействия рабочих органов с волокно в новой штапелирующеи установке
2.6.1. Выбор основных параметров игольчатой (колковой), зубчатой гарнитуры 92
2.6.2. Обеспечение условий захвата и затягивания волокна в питающей паре 98
2.6.3. Определение необходимого усилия при разрыве волокна и усилия для зажатия волокна 100
2.6.4. Обоснование силовых характеристик взаимодействия прижимных педалей с питающим валом 103
2.6.5. Исследование динамической системы «питающий валик -волокно - педаль» с целью выбора рациональных
параметров системы 105
2.7. Выводы 114
3. Исследование взаимодействия рабочих органов с волокном в новой штапелирующей установке 116
3.1. Взаимодействие зажатой бородки волокна с рабочим органом... 116
3.2. Определение ударной нагрузки отбойного органа, действующей на волокно при обработке консольно зажатой пряди 121
3.3. Разработка линейной модели процесса ударного взаимодействия пряди волокон с рабочим органом 129
3.4. Разработка нелинейной модели процесса ударного взаимодействия пряди волокон с колосником
3.5. Взаимодействие пучка волокон с рабочим органом при протрепывании зажатой бородки 144
3.6. Теоретические и экспериментальные исследования процесса дробления комплексов льняного волокна
3.6.1. Экспериментальные исследования процесса дробления комплексов льняного волокна при взаимодействии с плоским колосником 151
3.6.2. Модель процесса дробления комплексов льняного волокна при механических воздействиях 155
3.6.3. Многостадийная модель накопления повреждений 163
3.7. Выводы 168
4. Развитие теории очистки волокнистого материала 170
4.1. Влияние интенсивности воздействия на волокно в процессе 7П очистки на изменение засоренности
4.2. Повышение способности волокнистого материала к очистке 175
4.3. Выделение крупных сорных примесей из волокнистого материала при его разряжении 180
4.4. Выделение сорных примесей из волокна при перемещении слоев материала относительно друг друга 186
4.5. Взаимодействие с волокном рабочего органа движущегося поперек его оси 189
4.6. Экспериментальные исследования нагружения волокна при взаимодействии с подвижным рабочим органом 193
4.7. Взаимодействие прядки волокна с колосником в пильных волокноочистителях 196
4.8. Совершенствование пильных волокноочистителей. Исследования процесса взаимодействия волокна с делителем холстика 200
4.9. Экспериментальный пильный волокноочиститель с делителями холстика и исследование его работы 208
4.10. Выводы 215
5. Экспериментальные исследования процесса получения и очистки короткоштапельного льняного волокна 217
5.1. Экспериментальные исследования процесса получения короткоштапельного льняного волокна с применением новой установки для штапелирования 217
5.2. Обработка короткоштапельного льняного волокна с помощью очистителя с делителями 225
5.3. Предлагаемая схема очистителя - котонизатора для короткоштапельного льняного волокна 2 5.4. Совершенствование питателя к волокноочистителю ОН-6-3 233
5.5. Сравнительная оценка штапельного состава короткоштапельного льняного волокна 234
5.6. Предлагаемый состав технологической цепочки для получения короткоштапельного льняного волокна 236
5.7. Выводы 239
6. Общие выводы 241
Библиографический список
- Технологические линии для производства короткоштапельного льняного волокна. Анализ их конструкций
- Влияние трения штапелирующего диска на распределение волокон по длине при штапелировании разрывом
- Определение ударной нагрузки отбойного органа, действующей на волокно при обработке консольно зажатой пряди
- Взаимодействие с волокном рабочего органа движущегося поперек его оси
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время текстильная промышленность России переживает кризис. Еще больший кризис и упадок охватил смежные с текстильной промышленностью отрасли, в частности текстильное машиностроение.
Одной из причин этого является то, что Россия, имеющая большое количество хлопкоперерабатывающих предприятий не имеет собственной сырьевой базы, это негативно влияет на управление себестоимостью выпускаемой отечественными текстильными предприятиями продукции и ухудшает ее конкурентоспособность на мировом рынке.
Другая причина - исторически сложилось так, что 70 процентов выпускаемой текстильными предприятиями России продукции составляют ткани бязевой группы. Предприятия, выпускающие льняные ткани, практически не производят ткани других групп. Спрос на ткани этой группы за рубежом в настоящее время упал, а на российском рынке предложение превышает спрос.
Отечественные текстильные предприятия смогут усилить конкурентоспособность своей продукции, за счет расширения ее ассортимента, освоения вьтуска тканей других групп, трикотажа, а также снижая себестоимость продукции, используя технологии глубокой переработки отечественного сырья.
Традиционным, отечественным источником натуральных волокон для российской текстильной промьппленности считается лен. Использование сырья в отечественной льноперерабатывающей промьппленности находится на крайне низком уровне. На сегодняшний день для производства пряжи используется только 25 % всей массы льняного волокна, что связанно с техническими и технологическими проблемами в области переработки льна Короткое льняное волокно, некондиционный лен применяются для изготовления веревок, канатов, строительных материалов и других изделий, часть этого сырья вообще не используется. Однако, известно, что такое сырье может использоваться для производства короткоштапельного льняного волокна, которое может перерабатываться по хлопковой технологии для получения смесовых пряж низкой линейной плотности, для производства нетканых материалов, для производства различных композитных материалов, Горохов, бумаги и др. Льняное волокно имеет некоторые природные свойства (гигроскопичность, антисептичность и др.), которые делают его привлекательным именно при использовании, в бельевом трикотаже и легких сорочечных тканях. Поэтому наиболее эффективно применять короткоштапельное льняное волокно для получения пряжи, это позволит расширить ассортимент выпускаемой хлопкоперерабатывающими предприятиями продукции и снизить ее себестоимость.
РОС. НАЦИОНАЛ БИБЛИОТЕК СПел «9
Расширение ассортимента выпускаемой текстильной промышленностью продукции непосредственно связано с заменой устаревшего оборудования на новое, более совершенное, обеспечивающее получение широкого ассортимента продукции. В условиях усиленной конкуренции со стороны зарубежных производителей оборудования, перед отечественными машиностроителями стоит задача освоения современного, конкурентоспособного на мировом рынке, качественного и надежного оборудования, обеспечивающего более полную переработку отечес
Оборудование для производства короткоштапельного льняного волокна на мировом рынке представлено несколькими западными фирмами («Ларош», «Темафа», «Ритер») и несколькими опытными образцами, разработанными отечественными предприятиями. Все предлагаемое оборудование характеризует целый ряд недостатков: высокая энергоемкость, большие габариты, высокая стоимость и различные конструктивные недостатки, которые снижают качество получаемого волокна. Отечественным производителям текстильного оборудования необходимо обратить внимание на линии для получения короткоштапельного льняного волокна. Производство таких линий позволит отечественным машиностроителям выйти на мировой рынок и иметь стабильный спрос на свою продукцию на внутреннем рынке.
На сегодняшнем этапе требуется разработка новых технологий и создание более совершенного оборудования для производства короткоштапельного льняного волокна. Для этого необходимо провести исследования процесса получения короткоштапельного льняного волокна, определить рациональный состав технологических цепочек и основные параметры оборудования для его производства и очистки.
Получение короткоштапельного льняного волокна относится к направлениям, которые включены в перечень важнейших критических технологий утвержденный Президентом РФ 30 марта 2002 г
В силу всего вышесказанного, работа, посвященная развитию теории и технологии получения короткоштапельного льняного волокна, является актуальной, ее результаты могут быть использованы для проектирования технологического процесса получения короткоштапельного льняного волокна и нового оборудования.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является создание нового оборудования для получения короткоштапельного льняного волокна, повышение эффективности существующего очистительного оборудования, а также повышения качества получаемого волокна.
Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие важнейшие задачи и получены новые результаты:
-
Проведен анализ существующих методов получения короткоштапельного льняного волокна и оборудования для их осуществления, а также очистительных установок в результате которого выявлены их основные недостатки и намечены пути дальнейших исследований;
-
Предложен метод укорочения длины льняных волокнистых комплексов до заданной длины, который обеспечивает повышенную равномерность штапельной длины волокна, проведен его теоретический и экспериментальный анализ, созданы научно-обоснованные методики проектирования оборудования для его осуществления, благодаря которым создано устройство для получения короткоштапельного льняного волокна;
-
Разработаны теоретические модели, позволяющие изучить процесс взаимодействия волокна с рабочими органами в новой штапелирующей машине, модели описывающие процесс ударного взаимодействия волокна с рабочими органами очистительных машин и машин для уменьшения линейной плотности
комплексов короткоштапельного льняного волокна, рассмотрены явления разрежения слоя волокна при его очистке и явления огибания волокном рабочего органа;
-
Разработаны методические подходы к созданию моделей по прогнозированию дробленности волокна в зависимости от интенсивности воздействия на волокно и модель позволяющая прогнозировать степень дробленности волокнистых комплексов в зависимости от интенсивности механических воздействий на волокно;
-
По результатам теоретических исследований разработаны экспериментальные установки для получения и очистки короткоштапельного льняного волокна, проведены экспериментальные исследования процесса получения короткоштапельного льняного волокна.
Материалы диссертации соответствуют паспорту специальности научных работников 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)», по областям исследования 1 «Разработка научных и методологических основ проектирования и создания новых машин, агрегатов и процессов....» и 6 «Исследование технологических процессов, динамики машин, агрегатов, узлов...». Часть материалов соответствует паспорту специальности 05.19.02 «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», по областям исследований: 1 «Способы осуществления основных технологических процессов получения волокон....» и 10 «Способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов при изготовлении текстильного сырья...».
Методы исследования
При выполнении диссертационной работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились с применением общих методов теоретической механики, методов динамики машин, дифференциального и интегрального исчисления, общей теории дифференциальных уравнений, механики разрушений, теории вероятности.
Решение и анализ уравнений проводился аналитическим путем и численными методами с использованием ЭВМ и математических пакетов MathCAD и MATLAB.
При проведении экспериментальных исследований применялись современные методы планирования эксперимента, современные устройства для автоматизации экспериментальных исследований, серийные и специально разработанные программы для аналого-цифрового преобразования и статистического анализа.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
разработана концепция процесса получения короткоштапельного льняного волокна как последовательности или совмещения трех главных процессов: уменьшение длины комплексов льняного волокна до заданной длины, утонения этих комплексов и отделения сорных примесей (очистки);
созданы модели, позволяющие прогнозировать получение волокна с заданными параметрами по длине и равномерности;
- созданы математические и физические модели, описывающие взаимосвязь па
раметров новой машины с перерабатывающим материалом в результате ана
лиза которых:
определены основные закономерности, позволяющие определить параметры питателя новой машины из условия требуемой производительности и равномерности подачи сырья на рабочий орган;
разработана методика выбора основных параметров гарнитуры рабочего органа из условий обеспечения захвата волокна и его разрыва;
определены основные зависимости процесса взаимодействия питающего вала с волокном и прижимными рычагами, что позволяет выбрать необходимые параметры пружин с учетом динамики процесса;
- разработаны математические модели процесса динамического взаимодействия
рабочего органа с волокном в процессе механических воздействий:
линейная модель ударного взаимодействия рабочего органа с волокном, позволившая установить, что прядь волокна следует рассматривать как упругий элемент, имеющий массу, причем приведеная масса составляет 1/3 массы прядки;
нелинейная модель процесса ударного взаимодействия прядки волокон с рабочим органом, позволяющая определить параметры нелинейной механической характеристики и более полно описывающая процесс ударного взаимодействия пряди с рабочим органом;
установлена зависимость прироста дробленности комплексов льняного волокна от скорости взаимодействия и массы пучка волокон;
разработана модель, позволяющая прогнозировать дробленность короткошта-пельного волокна при его протрепывании при различных скоростях и времени воздействия. Установлено, что прирост дробленности льняного волокна подчиняется классической кривой накопления повреждений.
По-новому раскрыта механика процесса очистки волокна путем разработки теоретических положений:
обосновывающих необходимость многоступенчатой очистки с переходами различной интенсивности для повышения эффективности очистки;
раскрывающих влияние разрежения слоя волокна на его очистительную способность;
описывающих кинематику процесса огибания прядкой волокна рабочего органа (диска, колосника);
показывающих связь динамики процесса выделения сорных примесей со степенью разрежения слоя волокна, показано, что эффективность выделения сорных примесей будет расти по мере приближения массы пучков волокна к массе сорных примесей.
Предложена концепция технологической цепочки для получения коротко-штапельного льняного волокна.
Практическая значимость В результате выполненных исследований:
предложен новый способ получения короткоштапельного льняного волокна методом контролируемого разрыва. В основе способа лежит нагружение зажатого волокна поперечной силой. Разработана новая установка для получения короткоштапельного льняного волокна методом контролируемого разрыва. Изготовлен экспериментальный образец такой установки;
предложены методики определения основных параметров рабочих органов установки и технологического процесса;
определен структурный состав сорных примесей короткоштапельного льняного волокна;
разработана конструкция очистителя волокна с делителями холстика, очистительный эффект которого составляет более 60%;
предложена конструкция валичного очистителя-котонизатора, предназначенного для уменьшения линейной плотности короткоштапельного льняного волокна и его тонкой очистки;
получено короткоштапельное льняное волокно с долей прядомых волокон ( с длиной от 15 до 45мм ) более 65% и малым содержанием волокон пуховой группы (около 2%);
предложен примерный состав технологической цепочки для получения короткоштапельного льняного волокна;
разработаны рекомендации по модернизации существующих очистительных машин.
Апробация результатов работы Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на:
международных и всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен 2000, 2002, 2004) г. Кострома; «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс 2001, 2002, 2003, 2004, 2005) г. Иваново; «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2001, 2002, 2003, 2004) г. Москва; «Проблемы производства и переработки льна» г. Вологда, 2001.. .2004.
научных межвузовских конференциях КГТУ, МГТУ им. Косыгина, ИГТА.
международной конференции «Волокнистые материалы XXI век», Санкт-Петербург, 2005 г.
республиканской научно-технической конференции «Современные проблемы механики», Ташкент, ИМ УзАН, 2001 г.;
всероссийском семинаре по теории машин и механизмов Российской академии наук (Костромской филиал) 2003, 2005гг.;
- профессорском семинаре КГТУ (г. Кострома 2003, 2005 гг.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 2 моногра
фии, 17 статей в журнале «Известия Вузов. Технология текстильной промышлен-
ности», 2 патента РФ на изобретения, 13 статей в научных сборниках, 23 тезиса докладов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных литературных источников. Диссертационная работа изложена на 255 страницах машинописного текста, содержит 40. рисунков и 19 таблиц, список литературы включает 141 источник.
Технологические линии для производства короткоштапельного льняного волокна. Анализ их конструкций
Интерес к производству короткоштапельного льняного волокна возник достаточно давно. Первые документально засвидетельствованные попытки получения короткоштапельного льняного волокна относятся к XVII веку. С тех пор производство короткоштапельного льняного волокна интересовало множество исследователей: Кальвини (1780), Бертолле (1807), Гей Люсак (1807), Клаусен (1849) [1]. В начале прошлого века в Германии занимался котонизацией льна и конопли Э. Гминдер, а в России - В.М. Шевелин (1910) [1]. В тридцатых годах прошлого века в СССР существовала котонинная промышленность, которая в год выпускала до 26 тыс. тонн котонина различного назначения. Тогда же было проведено большое количество исследований, посвященных этой теме. Вопросами котонизации занимались такие ученые как Р.О.Герцег [2], И.В.Архангельский [2], И.В.Крагельский [3], В.П.Добычин [2], А.К.Ирхен [4], В.Г.Шапошников [5], Л.Е.Эфрос [5], И.И.Рябов [5] и др.
Большинство ранних исследований процесса котонизации льняного волокна были связаны с его варкой и химической обработкой. Более поздние опыты были посвящены совмещению механической обработки льняного волокна с его химической обработкой, в результате которой и получался котонин. По этому принципу и работали промышленные установки того времени. Тогда же проводились опыты по разработке полностью механической технологии получения котонина. Однако в 40-х годах интерес к производству котонина угас.
До 80-х годов прошлого столетия к проблеме котонизации льняного волокна практически никто не возвращался. Возникший в настоящее время интерес к получению короткоштапельного льняного волокна связан с высокой стоимостью волокнистого сырья, увеличением спроса на натуральное волокнистое сырье, исследованиями полезных свойств натурального льняного волокна, достижениями в области текстильного машиностроения и текстильной науки, а также модой на изделия из натурального льняного волокна.
В последние десятилетия было проведено много исследований, посвященных получению короткоштапельного льняного волокна. Проблемами получения и использования короткоштапельного льняного волокна занимались такие ученые, как Л.Н. Гинзбург [6, 7, 8, 9, 10 и др.], В.В. Живетин [7, 8, 11 и др.], В.П. Петров [12], Е.П. Лаврентьева [13, 14, 15, 16, 17, 18], Л.С. Ильин [13, 19, 41], Е.Л. Пашин [20 - 31], Т.Ю. Смирнова [5, 25, 29], С.Н. Разин [24, 25, 31], Р.В. Корабельников [32, 33], АЛ. Морыганов [34 - 40], В.Г. Стокозенко [36, 37], Н.Н. Труевцев [42, 43], А.В. Ширяев [44, 45], А.Ф. Плеханов [46], А.Н. Гребенкин [47] и др. Все существующие способы производства короткоштапельного льняного волокна можно разделить на следующие группы: - получение короткоштапельного льняного волокна механическим методом; - получение короткоштапельного льняного волокна с применение химической обработки; - получение короткоштапельного льняного волокна с использованием биологических технологий; - получение короткоштапельного льняного волокна с применением методов ультразвуковой обработки, обработки паром, воздействия на волокно гидравлическим ударом и других физических и физико-химических методов. Получение короткоштапельного льняного волокна химическим или биологическим методом связано с высокими энергетическими затратами, которые сопутствуют жидкостным обработкам, сушкам и очистке стоков. При интенсивной химической обработке теряется вес волокна, исчезает естественная окраска волокон, снижается прочность элементарных волокон.
После любой жидкостной обработки и последующей сушки волокна склеиваются, и их приходится подвергать интенсивному механическому рыхлению, в ходе которого волокна повреждаются, дробятся. Штапель такого волокна оказывается очень неравномерным, с большим содержанием длинных и коротких волокон. За счет применения интенсивного механического рыхления возрастают энергоемкость процесса получения и стоимость волокна.
При использовании ферментативной обработки волокна применяются различные биологически активные препараты, стоимость которых достаточно высока.
Однако следует отметить, что одновременно с этим при биологической и химической обработке повышается способность волокна к дробле 16 нию, значительно снижается его линейная плотность, при обработке на последующих переходах волокнистые комплексы лучше дробятся.
Ввиду всего вышесказанного применение химической обработки для получения короткоштапельного льняного волокна возможно в том случае, когда это волокно будет использовано для производства ваты и других изделий, для которых очень важен химический состав волокна. Применение же ферментативной или биологической обработки волокна требует дополнительных исследований с целью снижения себестоимости получения такого волокна и повышения его качества.
Способы получения короткоштапельного льняного волокна ультразвуковыми методами, методами гидравлического удара и другими физическими и физико-химическими методами изучены гораздо хуже, чем все остальные. Они сопряжены с жидкостной обработкой, сушкой, последующим рыхлением и очень часто с химической обработкой. Поэтому волокно, получаемое этими методами, обладает теми же недостатками, что и волокно, получаемое методами химической и биологической обработки, то есть высокой стоимостью, неравномерным штапельным составом, невысокой прочностью волокна. Однако эти методы следует считать перспективными с точки зрения производительности, малой материалоемкости, более интенсивного дробления волокна. Поэтому они требуют дополнительных исследований.
Механический способ получения короткоштапельного льняного волокна в настоящее время наиболее распространен. Волокно, полученное этим способом, имеет сравнительно низкую себестоимость, удовлетворительное качество, процесс его получения менее энергоемок. Поэтому этот способ наиболее перспективен для широкого промышленного использования. Более подробно достоинства и недостатки механического способа получения короткоштапельного льняного волокна, а также основные конструкции применяемых на предприятиях линий для его реализации рассмотрены ниже.
Влияние трения штапелирующего диска на распределение волокон по длине при штапелировании разрывом
Опыт показывает, что при любом транспортировании волокнистого материала (хлопка-сырца, волокна, линта и др.) от одного технологического перехода к другому выделяется сор. Поэтому при аэродинамическом способе транспортирования стремятся максимально использовать его возможности для очистки. Для этого служат аэродинамические очистители волокна. В аэродинамических волокноочистителях очистка волокна происходит благодаря резкому изменению направления движения воздуха, несущего волокно, в месте перегиба трубопровода. При этом тяжелые сорные примеси выделяются из общей волокнистой массы и попадают в бункер для сора. Аэродинамические волокноочистители не имеют движущихся рабочих органов, и это их качество, несмотря на сравнительно низкий очистительный эффект (8 -г- 15% на одной ступени очистки), является основанием для их применения. Наиболее часто они применяются в очистительных линиях США и Германии. До настоящего времени американские фирмы "Платт", "Люммус" и "Континенталь Мосс-Гордин" выпускают такие очистители для хлопкоочистительной промышленности. Отсутствие воздействия механических органов на волокно, в аэродинамических волокно-очистителях, сохраняет его физико-механические свойства, что очень важно для текстильной промышленности. Простота конструкции аэродинамического волокноочистителя делает его привлекательным для текстильщиков.
В США запатентована схема двухступенчатого волокноочистителя аэродинамического принципа [70], представляющего собой двухколенный участок волокнопровода с системой сороотбойных устройств и транспортных средств для вывода из очистителя посторонних примесей (рис. 1.27).
Этот волокноочиститель имеет очистительный эффект 10-15%, что ниже уровня, получаемого на одноступенчатых пильных волокноочистителях прямоточного типа. Аэродинамические волокноочистители в основном выделяют крупные примеси, масса которых значительно превышает массу прядок волокна , а также свободный, не связанный прочно с волокном, сор.
Аэродинамические волокноочистители не нашли применения на отечественных текстильных предприятиях, что, видно, не совсем оправдано, т.к. надо использовать все возможные способы очистки, особенно при транспортировании волокнистого материала от одной машины к другой. Рассмотрим типовые очистители, основанные на механическом и аэромеханическом способе очистки. В основе механического способа лежит воздействие на волокно ножевых, колковых и пильчатых рабочих органов. Рис. 1.27. Двухступенчатый аэродина Ножевые и колковые барабаны мический волокноочиститель являются хорошими разрыхлителями, вследствие этого их применение целесообразно там, где необходимо интенсивное разрыхление массы волокна. Ножевые и колково-планчатые волокноочистители более эффективны, чем аэродинамические, так как они более активно воздействуют на волокно, выбивая из него посторонние примеси. Однако, вследствие того, что ножи и колки не могут удерживать на себе прядки волокна, просветы между колосниками делают небольшими, а это затрудняет выделение посторонних примесей. Процесс очистки здесь осуществляется как за счет ударов ножей и колков по волокну, так и за счет протрепывания волокна по колосникам. Фирма "Континенталь Мосс-Гордин" (США) использует на заводах валичного джи-нирования батарейный волок-ноочиститель многократного действия (рис. 1.28) [71]. Основными рабочими ор ганами волокноочистителя яв ляются колково-планчатые ба рабаны (7 шт.) и круглые ко- Рис. 1.28. Батарейный многоступенчатый волокноочиститель фирмы "Континенталь лосники в колосниковых ре- Мосс-Гордин": 1- приемный барабан; 2 - колково-нланчатые ба-шетках, расположенные под рабаны; 3 - колосниковые решетки; 4 - щеточный -. - барабан; 5 - сорная камера каждым барабаном. Вследствие невысокого очистительного эффекта волокноочистители с ножевыми и колковыми рабочими органами применяются только там, где использование пильных цилиндров противопоказано, т.е. при переработке тонковолокнистых сортов хлопка.
Среди всех волокноочистителей наиболее эффективными являются волокноочистители пильной группы. По габаритам они меньше машин ножевого и колкового типа, что также является их преимуществом.
Исследованиями, проведенными в США лабораторией джинирования и очистки в Стоунвилле, было установлено, что наиболее перспективной машиной является пильный волокноочиститель. Поэтому многие машиностроительные фирмы США избрали в основном этот тип волокноочистителей, внося индивидуальные особенности в конструкцию машин.
Наилучшие результаты пильный цилиндр проявляет при работе с колосниковой решеткой, поэтому все без исключения пильные волокноочистители непременно имеют колосниковую решетку. Вопрос количества колосников и шага их расстановки на каждой отдельной машине решается в зависимости от конструктивных и технологических особенностей того или иного волокноочистителя [72].
Вследствие этого на практике встречаются машины с самым разнообразным количеством колосников. Все пильные волокноочистители подразделяются на прямоточные, инерционные, с зажимными валиками и питающим столиком. Прямоточный способ самый простой среди них, так как волокно подается к пильному цилиндру воздухом без участия каких-либо вспомогательных устройств. В волокноочистителях прямоточного типа очищенное и неочищенное волокно транспортируется одним и тем же воздушным потоком. Несколько сложнее инерционные волокноочистители [73]. Они содержат конденсорные барабаны, съемные устройства и пильчатые рабочие органы. Несколько подробнее рассмотрим очистители с зажимными рабочими органами. Наличие зажимных органов вызвано желанием улучшить расчес волокна в процессе его очистки. Это создает благоприятные условия для выделения посторонних примесей. Однако повышение очистительного эффекта не обходится без отрицательных последствий. Пильный цилиндр при взаимодействии с зажимными рабочими органами частично повреждает волокно и обрывает его кончики. Это приводит к укорочению волокна и к снижению его крепости. Наиболее ярким представителем очистителя с зажимным устройством является питающее устройство шляпочной чесальной машины [74], которое одновременно является и Рис. 1.29. Питающий столик шляпочной очистителем. чесальной машины: тт 1 - питающий столик; 2 - питающий ци На рис. 1.29 показана схема линдр; 3 - приемный барабан зоны питания чесальной машины, которая состоит из питающего столика 1, питающего цилиндра 2 и приемного пильчатого барабана 3. Профиль столика выполнен так, чтобы зазор между ним и питающим цилиндром уменьшался по мере продвижения холстика, чтобы обеспечить нужный зажим волокна и расчесывание его пильчатым барабаном.
Определение ударной нагрузки отбойного органа, действующей на волокно при обработке консольно зажатой пряди
Разволокняющий рабочий орган, может просто перемещаться поперек оси волокна, тем самым, нагружая его, а может и дополнительно скользить по поверхности волокна, поперек его оси, но в плоскости перпендикулярной направлению основной нагрузки.
Рассмотрим особенности процесса штапелирования гладкими дисками, так как в случае применения вращающихся гладких дисков будет наблюдаться их интенсивное скольжение поперек волокна. Эксперименты проводились согласно методике, изложенной нами в работе [98], причем сравнивались результаты при подаче волокна на диски по двум вариантам: с вращающимися дисками, т.е. при наличии скольжения между кромкой диска и волокнами, и с дисками, не имеющими привода (случай, когда отсутствует активное трение). Зазор между зажимами составлял 2/=30 мм.
На рис. 2.7 показана диаграмма распределения и штапельная диаграмма при использовании дисков без привода, а на рис 2.8 - при вращающихся дисках. Из диаграмм видно, что неравномерность длины получаемого волокна во втором случае значительно меньше, чем при неподвижных дисках.
Влияние трения на контактные напряжения в хлопковом волокне обстоятельно рассмотрено Р.З.Бурнашевым [94]. Согласно его исследованиям, при наличии трения максимум эквивалентного напряжение смещается к поверхности трущихся тел, и оно тем больше, чем больше коэффициент трения ц. Касательные напряжения в центре пятна контакта волокна с поверхностью диска можно определить из выражения
Таким образом, показано, что в случае штапелирования подвижным диском вероятность разрыва волокон больше в зоне контакта волокна с диском. Получаемое волокно имеет меньший разброс по длине.
Предлагаемая нами схема получения короткоштапельного льняного волокна позволит производить короткоштапельное волокно с высокой равномерностью по длине и регулировать равномерность длины. При этом сохраняются все технологические и качественные преимущества волокна, полученного методом разрыва, перед волокном, полученным резанием.
Нами разработана конструктивная схема устройства, которое позволит получать волокно методом контролируемого разрыва по рассмотренной нами схеме. Этот метод позволяет объединить достоинства методов резания и разрыва, т.е. позволяет получать волокно с равномерным разбросом по длине. Разрыв и расщепление льняного волокна в этом случае происходит по естественным слабым местам, вследствие чего волокна не повреждаются и на последующих переходах образуется меньше коротких волокон. На рис. 2.10 приведена схема клавишных рычагов, прижимаемых к питающему валу с самоустанавливающимися сегментами. Устройство содержит раму 1, на которой установлены все узлы машины. Узел питания содержит питающий вал 2, наклонный лоток 3 и клавишные рычаги 4. Клавишные рычаги 4 установлены с шагом, равным шагу пазов питающего вала, на общей опорной оси 5, установленной на раме 1. Одно плечо клавишного рычага имеет рабочую цилиндрическую поверхность, которая прижимается к тумбочкам питающего вала 10. К противоположным плечам рычагов крепятся пружины 6, которые и прижимают рычаги к тумбочкам питающего вала. Сила прижима рычагов регулируется винтами 7, изменение положения которых приводит к изменению величины предварительной деформации пружины 6. Параметры пружины 6 можно подобрать так, что прохождение слоя волокна между питающим валом и рычагами не будет резко изменять давление на волокно, обеспечивая в то же время необходимое давление в месте зажима волокна.
Возможно применение клавишных рычагов другой конструкции (рис. 2.10). В этом случае рабочая цилиндрическая поверхность представляет собой самоустанавливающийся сегмент 12, шарнирно закрепленный на рычаге 4. Такая конструкция обеспечит более равномерный прижим волокна.
Взаимодействие с волокном рабочего органа движущегося поперек его оси
Таким образом, известные модели такого процесса требуют уточнения. При разработке модели процесса примем в основу предположение о том, что прядь волокон при взаимодействии с неподвижной поверхностью - колосником плоского сечения - деформируется только частично - деформация затрагивает лишь близлежащие к месту контакта слои.
В этом случае процесс может быть представлен как взаимодействие несжимаемой массы т\ с опорой через упругий элемент жесткости с, обладающий массой т2 (рис. 3.5). Для разработки математической модели процесса прежде определим кинетическую энергию системы "масса гп\ - масса т-ї\ имея в виду следующие допущения: 1. Поскольку нарастание нагрузки происходит в течение короткого промежутка времени - около четверти периода собственных колебаний пряди волокон, то демпфирующими свойствами за незначительностью рассеяния энергии пренебрегаем; 2. Жесткость пряди волокон в направлении действия ударной нагрузки принимаем постоянной; 3. Силами тяжести и аэродинамического сопротивления пренебрегаем; 4. Массу упругого элемента будем считать равномерно распределенной по длине. С этой целью рассмотрим следующую схему, описывающую процесс с учетом принятых допущений (рис. 3.6). Кинетическая энергия системы в общем виде Т = ТХ+Т2. (3.43) Кинетическая энергия массы m \ при прохождении положения равновесия будет mV2 т;= ч (3.44) 131 где V0 - скорость взаимодействия в начальный момент времени. Для определения кинетической энергии Т2 упругого элемента воспользуемся методом Релея [118], позволяющим с достаточной для практических целей точностью оценить влияние массы упругого элемента при расчетах параметров процесса ударного взаимодействия. Условно выделим на упругом элементе малый участок длиной dh и массой \xdh (JI - масса единицы длины упругого элемента) (рис. 3.6).
В этом случае, если в положении равновесия системы длина упругого элемента равна Н и расстояние от неподвижной поверхности до малого и h участка п, то максимальное перемещение малого участка составит — х. Н 7П, К Рис. 3.5. Модель процесса взаимодейст- Рис. 3.6. Модель процесса взаимодейст вия частицы волокон с неподвижной по- вия частицы волокон с неподвижной по верхностью верхностью с учетом принятых допуще ний Кинетическая энергия малого участка при прохождении положения равновесия будет dT2=-\xdh 1 Jwrf Н J (3.45) Кинетическая энергия упругого элемента при прохождении положения равновесия определится как rj-V YVA-itfa., (3.46) \Н) где т2 = \\Н 132 Таким образом, кинетическая энергия системы при прохождении положения равновесия из (3.44) и (3.46) согласно (3.46) составит T = Tl+T2=±VQ2(ml+J-). (3.47) Для любого положения системы можно записать: для кинетической энергии Т = ±х\т1+ ); (3.48) для потенциальной энергии П = )-схг. (3.49) Используем уравнение Лагранжа 2-го рода: ±зт_эт+т = 0 dt дх дх дх Продифференцировав правые части (3.48) и (3.49), в соответствии с (3.50) получим дифференциальное уравнение движения системы: щ (тх+— )х + сх = 0, (3.51) где (тг н—-) есть приведенная масса системы. Обозначив частоту собственных колебаний системы через Р= , (3.52) период собственных колебаний системы определим следующим образом 7Я, \mt + Г„= —= 2«f-!—3-. (3.53) р V с Если считать, что нарастание ударной нагрузки происходит за время четверти периода собственных колебаний системы, то можно записать 133 -- 0u (3.54) 2 К с Для силы ударной нагрузки, вернемся к рассмотрению дифференциального уравнения движения системы (3.51), общим решением которого станет х = Asinpt +В cos pt, (3.55) где АиВ - постоянные, которые могут быть определены из начальных условий. Продифференцировав дважды (3.55), из начальных условий (х=0, у x = VQ) постоянные будут равны: В=0 и А = —. Р В результате уравнение, описывающее движение системы, примет вид у х = —sin/tf. (3.56) Р Максимальная деформация упругого элемента, следовательно, запишется как \т, + V Vх -х «=- = - (3-57) р 1 с Для определения силы ударной нагрузки продифференцируем дважды (3.57) и умножим результат на приведенную массу системы, в результат получим: P =K +Y)C (3,58) Сравним результаты расчета с использованием (3.58) (при различных /»! и ті) и результаты экспериментального исследования [116]. Для этого необходимо определить коэффициент жесткости составляющей т2 пряди волокон. 134 Из выражений (3.54) и (3.58) следует: = =— (3-59) Используя результаты экспериментального исследования [116], определим средние арифметические значения коэффициентов жесткости составляющей пі2 для прядей волокон следующих масс: - 60мг-с=1072Н/м; - 80мг-с=1226Н/м; - 100мг-с=1506Н/м. Принимая в выражении (3.58) для составляющих пряди волокон mi и т2 различные значения, отразим графически изменение силы ударной нагрузки от скорости взаимодействия (рис. 3.7). Сравнение графических изображений результатов теоретических исследований и графических изображений результатов экспериментального исследования [96, 116] позволяет сказать, что наилучшее их совпадение наблюдается для случая, когда составляющая т \ в пряди волокон отсутствует.
Похожие диссертации на Развитие теории и практики получения и очистки короткоштапельного льняного волокна
