Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В связи с резким падением производства в стране, в том числе и в текстильной промышленности, встал вопрос о возможностях и перспективах возрождения текстильных предприятий. Одним из возможных путей решения возникших проблем может быть создание новых и возрождение старых технологий для выработки конкурентно способной продукции с высокими потребительскими характеристиками. В частности, для текстильных предприятий Костромской области таким видом продукции могут стать тонкие чисто льняные ткани, например, льняной батист. При наличии сырья достаточно высокого качества такая продукция может выпускаться и, по данным маркетинговых исследований, пользоваться большем потребительским спросом как на внутреннем так и на внешнем рынках.
Однако кроме сырьевой проблемы здесь возникает проблема высокой себестоимости чисто льняной пряжи высоких весовых номеров, в частности, - высокой ее трудоемкости из-за низкой производительности существующего на данный момент прядильного оборудования.
Ограниченные перспективы значительного увеличения производи тельности традиционного кольцепрядильного оборудования связаны со сложностью дальнейшего повышения скорости бегунков, увеличения размеров паковок и т. п. Поэтому возникает необходимость в развитии так называемых новых способов прядения. Одним из них является аэродинамический , или пневмовьюрковый. Данный метод формирования волокнистого продукта уже используется в саиокруточном прядении. Кроме тог< он может быть использован для выработки достаточно широкого спектра продукции, в том числе для получения чисто льняной пряжи высоких номеров. Полученная пряжа незначительно отличается по своим характеристикам от пряжи кольцевого способа прядения и при ткачестве может быть использована в качестве уточной нити.
В качестве крутильных органов в пневмовьюрковом способе прядения используются аэродинамические крутильные устройства (АКУ), что позволяет значительно повысить производительность оборудования за счет увеличения скорости выпуска как минимум в 5 - 10 раз в сравнении с традиционным кольцевым. Этот факт, а так же возможность наработки пряжи в бобины может дать значительное снижение трудоемкости готовой продукции. При переработке короткого волокна таким способом процесс прядения может осуществляться из ленты, тем самым устраняя ровничный переход.
Работы, проводимые в этом направлении в ЦНИИЛВ, а так же Костромским СКБТМ и КНИЛПом показали, что при решении ряда проблем данный метод может дать значительные результаты в направлении повышения производительности прядильного оборудования. Одной из основных проблем здесь является достаточно большая энергоемкость готовой продукции за счет использования дорогостоящего сжатого воздуха.
Отсутствие на настоящий момент достаточной теоретической базы усложняет дальнейшие проектно - конструкторские изыскания в этой области. Затруднено проектирование новьа и усовершенствование существующих конструкций АКУ из - за невозможности прогнозирования основных технологических параметров процесса.
Данная работа выполнялась в соответствии с программой "Русский лен".
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работы является исследование и математическое описание процессов, происходящих в аэродинамическом крутильном устройстве при взаимодействии волокнистого продукта, находящегося в камере АКУ и создаваемого в ней воздушного вихря, а так же создание методики расчета основных технологических параметров работы АКУ и рекомендаций по выбору оптимальных конструктивных параметров и режимов работы.
Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- проведен патентный поиск и анализ существующих технологических
процессов прядения с использованием АКУ, разработана их
классификация с точки зрения структуры вырабатываемого волокнистого
продукта; разработана классификация существующих конструкций АКУ
по ряду признаков;
- сделана оценка экономической целесообразности использования
аэродинамических процессов прядения в современных условиях;;
произведен анализ существующих теоретических работ по математическому описанию процессов, происходящих в АКУ;
- сделано математическое описание аэродинамических процессов в камере
АКУ, а именно:
а) получены и проанализированы уравнения, описывающие пол скоростей и поле давления в поперечном сечении вихревой камеры АКУ:
б) получены и проанализированы уравнения для определения частоты
вращения воздушного вихря в камере АКУ, расхода воздуха через
тангенциальные сопла АКУ;
в) получено уравнение для определения величины крутящего момента,
действующего на волокнистый продукт в вахревой камере АКУ, с учетом
реальных характеристик волокнистого продукта;
- для проверки адекватности полученных теоретических зависимостей были проведены следующие экспериментальные исследования: а) исследовано и описано поведение нити в АКУ;
б) исследовано влияние некоторых характеристик волокнистого продукта и ряда конструктивных параметров и режимов работы АКУ на его крутильную способность;
- разработана методика расчета основных технологических параметров работы АКУ и даны рекомендации по выбору оптимальных конструктивных параметров, предложены пути усовершенствования существующих конструкций АКУ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ . Работа содержит анализ отечественной и иностранной научно - технической н патентной литературы, теоретические и экспериментальные исследования.
Теоретическая часть диссертации выполнена с использованием методов дифференциального и интегрального исчисления, теории дифференциальных уравнений в часгньк производных, которые направлены на рассмотрение аэродинамических процессов, происходящих в камере АКУ, а так же на описание динамики кручения волокнистого продукта в камере АКУ под действием воздушного вихря. Решение и анализ уравнений осуществлялось аналитическим путем и численными методами с использованием ЭВМ (системы MACHCAD). Так же создан алгоритн расчета основных технологических параметров работы АКУ, который может быть реализован в виде программного продукта.
Достоверность всех основных результатов выполненных теоретических исследований проверена экспериментально на специально разработанном стенде в лабораторных условиях. При испытаниях использовалась видео съемка. .
Были изготовлены и испытаны около 20 типоразмеров аэродинамических вьюрков, из которых были составлены конструктивные ряды. Испытания проводились на образцах волокнистого продукта различного качества и линейной плотности.
a.
Для определения характеристик продукта использовался метод световых проекций, определение жесткости на кручение осуществлялось по стандартной методике с использованием крутильного маятника И.С.Павлова.
Так же использовались экспериментальные данные ранее проводимых работ. Использовались методы планирования и анализа эксперимента.
разработаны классификации аэродинамических процессов прядения и применяемых в них АКУ;
описан характер поведения волокнистого продукта в вихревой камере АКУ;
получены и проанализированы уравнения, описывающие поле скоростей и поле давления в поперечном сечении вихревой камеры АКУ;
получены уравнения для определения частоты вращения воздушного вихря в камере АКУ, расхода воздуха через тангенциальные сопла, а так же величины крутящего момента, действующего на волокнистый продукт в камере АКУ с учетом его реальных характеристик;
установлено влияние баллонирования нити в канере АКУ на величину крутящего момента;
- разработан экспериментальный стенд и методика косвенного
определения величины крутящего момента через замеряемые крутки
насыщения в первой или второй зонах кручення АКУ;
- разработана научно - обоснованная инженерная методика расчета и
проектирования АКУ, позволяющая дать рекомендации по выбору
оптимальных конструкций АКУ и режимов его работы при заданных
характеристиках готового продукта, обеспечивающих снижение расхода
сжатого воздуха;
- предложены пути усовершенствования существующих конструкций
аэродинамических вьюрков, не требующие значительных капитало
вложении и позволяющие достичь экономии сжатого воздуха до 20 %.
Методика расчета и проектирования АКУ принята к использованию в конструкторских разработках КБ Костромского завода Текмаш. Разработанные в соответствии с данной работой методические указания рекомендованы для использования в ходе процесса обучения по
6.
дисциплине 'Тепло- массо-обиенные процессы" для специальности 17.07 в Костромском государственном технологическом университете.
ПУБЛИКАЛИИ. В результате выполненной работы имеется II публикации, в том числе 4 статьи н 6 тезисов докладов на всероссийских и международных научно - технических конференциях.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на /^ страницах машинописного текста, состоит из введения , четырех глав, заключения , общих выводов и списка литературы из наименований и приложения, а гак же включает 44 рисунка и 7 таблиц.
