На правах рукописи ЧЕРНЫШЕВ Михаил Александрович
advertisement
На правах рукописи ЧЕРНЫШЕВ Михаил Александрович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИНЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОРОТКОШТАПЕЛЬНОГО ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА Специальность: 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кострома 2006 2 Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете. Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Корабельников Андрей Ростиславович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Телицын Анатолий Алексеевич кандидат технических наук, доцент Гаврилова Алла Борисовна Ведущая организация: ОАО «ЦНИИМАШдеталь» (Центральный научноисследовательский институт технологической оснастки текстильного оборудования), г. Москва Защита состоится «29» июня 2006 г. в «12» часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: г. Кострома, ул. Дзержинского, 17 ауд. Б-106. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Автореферат разослан «26» мая 2006 г. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Рудовский Павел Николаевич 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы Развитие и расширение ассортимента продукции легкой промышленности, увеличение объемов ее выпуска в значительной мере зависят от решения проблемы обеспечения предприятий сырьем и от освоения новых видов натурального волокнистого сырья. Россия не имеет собственной сырьевой базы хлопкового волокна, но имеет оборудование для производства пряжи из него. Ряд хлопкоперерабатывающих предприятий переориентируют часть своих производств на выпуск пряж и ткани из смеси хлопка с химическими волокнами и льном. Это позволит использовать низкосортное льноволокно (доля которого составляет 75 % всей массы льняного волокна) для производства высококачественной пряжи. Для переработки льняного волокна в хлопчатобумажной промышленности его необходимо соответствующим образом подготовить, т.е. максимально приблизить его свойства к свойствам хлопкового волокна, в первую очередь по штапельному составу, линейной плотности и засоренности, т.е. преобразовать его в короткоштапельное льняное волокно. Известно несколько способов получения короткоштапельного льняного волокна (котонина). Наибольшее распространение, как более технологически простой и экологически чистый, получил механический способ подготовки льняного волокна, который в общем случае состоит из трех этапов: укорочение, утонение и очистки волокна. Укорочения длины льняных волокнистых комплексов достигают двумя способами: разрывом и резанием. Методом разрыва (АО “Ивчесмаш”, АО “Кардотекс”, Институт химии растворов РАН (г. Иваново), ЗАО “Завод ТверьМаш” (г. Тверь), ВНИИПЛК (г. Кострома)), чаще всего перерабатывают неориентированное волокно в массе. Метод резания (ЦНИИЛКА (г. Москва), “Лярош” (Франция), “Темафа” и “Трючлер” (Германия), “Ритер” (Швейцария)), чаще применяют для ориентированного волокна в ленте. Все предлагаемое оборудование для уменьшения длины волокна и получения короткоштапельного льняного волокна характеризуется целым рядом недостатков: высокая энергоемкость, большие габариты, высокая стоимость и различные конструктивные недостатки, которые снижают качество получаемого волокна. В Костромском государственном технологическом университете (КГТУ) разработана новая установка для уменьшения длины комплексов льняного волокна из ленты, сформированной из короткого волокна, которая предусматривает применение принципа контролируемого разрыва волокон поперечной сосредоточенной силой. Применение этого метода позволяет, сохранив волокна, получаемые методом разрыва, повысить их равномерность по длине. Методам проектирования и анализу процессов, протекающих в такой установке, посвящен ряд работ. Однако, ряд вопросов, связанных с причинами образования длинных волокон и путями снижения их количества, влиянием 4 кинематических и силовых параметров на штапельный состав волокна, с конструкцией узла питания установки и другие остаются не исследованными. Данная работа посвящена совершенствованию установки для получения короткоштапельного льняного волокна и анализу процессов протекающих в ней. Цель и задачи исследования Целью диссертационной работы является повышение качества короткоштапельного льняного волокна путем совершенствования оборудования для уменьшения длины волокна и совершенствования технологического процесса его получения. Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие задачи: проведен анализ процесса укорочения комплексов льняного волокна методом контролируемого разрыва, в результате которого определены факторы, влияющие на равномерность длины льняного волокна, основными из которых является расстояние между тумбочками, сила прижима, скорости рабочих органов; определены зависимости, связывающие геометрические параметры рабочих органов штапелирующей установки с качеством получаемого волокна; получены модели, позволяющие установить взаимосвязь кинематических и силовых параметров работы установки со штапельным составом волокна, его линейной плотностью, засоренностью; определены причины образования длинных волокон и пути снижения их количества; теоретически и экспериментально показано влияние конструкции рабочих органов на штапельный состав и линейную плотность волокна; разработан узел питания установки для укорочения комплексов льняного волокна; проведены экспериментальные исследования новой установки и другого оборудования, входящего в состав технологической цепочки для получения короткоштапельного льняного волокна, в ходе которых выявлено влияние параметров рабочих органов, участвующих в процессе получения короткоштапельного льняного волокна, на штапельный состав, линейную плотность, засоренность и прочность волокна. Методы исследования При выполнении диссертационной работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились с применением общих методов теоретической механики, сопротивления материалов, теории вероятности и математической статистики. Применялись современные методы планирования и автоматизации экспериментальных исследований. Результаты экспериментов обрабатывались на ЭВМ с использованием прикладных пакетов Excel, MathCAD и MATLAB. 5 Научная новизна работы Научная новизна работы заключается в том, что в результате исследований впервые: разработаны модели раскрывающие влияние геометрических и скоростных характеристик рабочих органов штапелирующей и очистительной установок на штапельный состав волокна, линейную плотность и очистительный эффект; разработаны научные обоснования выбора разволокняющих рабочих органов, обеспечивающих белее равномерный штапельный состав волокна и более равномерную линейную плотность; определены основные закономерности процесса затягивания ленты под тумбочки питающего вала штапелирующей установки; установлены закономерности изменения прочности волокна в процессе получения короткоштапельного льняного волокна. Практическая значимость В результате выполненных исследований: установлены рациональные режимы работы штапелирующей и очистительной установки при переработке льняного волокна в котонин; предложены конструкции и разработан узел питания новой штапелирующей установки, осуществляющий предварительную подготовку ленты к переработке; созданы экспериментальные стенды для исследования процесса взаимодействия обрабатываемого волокна с рабочими органами штапелирующей установки; разработаны рекомендации по совершенствованию оборудования и технологического процесса, которые могут быть использованы при проектировании новых и совершенствовании существующих установок, управлении технологическим процессом; предложены способы обработки волокна и оборудование для их осуществления, которые позволяют повысить качество короткоштапельного льняного волокна. Апробация результатов работы Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку: – на заседаниях кафедры ТММ и ПТМ КГТУ (2002 – 2006 гг.); на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен 2002, 2004) г. Кострома; на межрегиональной научно-методической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс 2005) г. Иваново; на всероссийской научно-технической конференции «Текстиль XXI века» 2005 г. Москва; 6 на международной конференции «Волокнистые материалы XXI век» 2005 г Санкт-Петербург. на всероссийском семинаре по теории машин и механизмов Российской академии наук (Костромской филиал) 2006г. Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ, из них 1 статья в журнале «Известия Вузов. Технология текстильной промышленности», 7 статей в научных сборниках, 8 тезисов докладов на конференциях. Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературных источников и 5 приложений. Работа содержит 40 рисунков и 35 таблиц. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цели и задачи исследования, сформулированы защищаемые научные положения, отмечена научная новизна и практическая ценность работы. В первой главе приведена история развития котонизации льняного волокна, проведен анализ методов получения короткоштапельного льняного волокна, рассмотрены существующие промышленные технологические линии для получения короткоштапельного льняного волокна. Проанализированы исследовательские работы в области получения короткоштапельного льняного волокна. Проблемами получения и использования короткоштапельного льняного волокна занимались такие ученые, как Л.Н. Гинзбург, В.В. Живетин, В.П. Петров, Е.П. Лаврентьева, Л.С. Ильин, Л.Б. Карякин, Б.Н. Фридман, И.С. Шевелева, Е.Л. Пашин, Т.Ю. Смирнова, С.Н. Разин, Р.В. Корабельников, А.В. Ширяев, А.Р. Корабельников, А.П. Морыганов, В.Г. Стокозенко, С.М. Губина, И.Ю. Ларин, Н.Н. Труевцев, Г.И. Легезина, Л.М. Аснис, А.Ф. Плеханов, А.Н. Гребенкин, А.В. Чешкова, Б.Н. Мельников, B.C. Стрельцов, Т.Н. Кудрявцева, С.В. Исламова, И.Н. Бакина и др. Работы ученых, занимавшихся проблемами получения короткоштапельного льняного волокна, в основном были направлены на исследование отдельных процессов в одной созданной ими установке, что создает трудности в их обобщении, при этом ряд вопросов остался неизученным. Процесс получения короткоштапельного льняного волокна состоит из трех главных процессов: укорочения волокнистых комплексов, их утонения и очистки волокна. Существуют два основных способа укорочения волокон – штапелирование путем резания волокна на заданную длину и методом разрыва. Каждый из этих способов имеет свои недостатки и преимущества. Так, при резании льняного волокна кончики комплексов получаются неразволокненными. На последующих технологических переходах происходит образование большого количества коротких волокон, что плохо сказывается на 7 процессе прядения. При уменьшении длины волокна разрывом происходит разрушение межволоконных связей, что позволяет снизить линейную плотность получаемого волокна. Однако получаемое разрывом волокно имеет высокую неравномерность по длине, что ухудшает процесс дальнейшей переработки волокна. Способом, позволяющим уменьшать длину волокнистых комплексов, обеспечивая при этом ее высокую равномерность и хорошие прядильные свойства волокна, является метод контролируемог о разрыва. Следует отметить, что во многих существующих конструкциях машин это метод реализован неэффективно. В КГТУ была разработана Рис.1. Конструктивная схема установки для получения установка, короткоштапельного льного волокна работающая по принципу контролируемого разрыва (рис.1). Слой волокнистого материала подается по наклонному лотку 2. Далее материал захватывается тумбочками 1 питающего вала и затягивается в зазор между педалью 3 и тумбочкой 1. Педали установлены на рычаги 4 и прижимаются к питающему валу пружиной 6. На зажатое волокно воздействует рабочий орган 5. После обработки короткоштапельное волокно выводится из машины по лотку 7. Методам проектирования и анализа такой установки посвящены работы А.В. Ширяева, Р.В. Корабельникова, А.Р. Корабельникова. Однако ряд вопросов остается неизученным. В частности: необходимо установить взаимосвязь кинематических и силовых параметров установки со штапельным составом волокна, его линейной плотностью и засоренностью; определить вид гарнитуры разволокняющих рабочих органов, при которой получаемое волокно будет иметь наилучшие качественные показатели; определить причины образования длинных волокон; разработать конструкцию узла питания установки; провести экспериментальные исследования работы новой установки и другого оборудования, входящего в состав технологической цепочки для получения короткоштапельного льняного волокна. На основании проведенного анализа в главе сформулированы цели и задачи исследования. 8 Вторая глава. В работе Ширяева А.В. проведен анализ схемы штапелирования льняного волокна методом контролируемого разрыва при поперечном приложении нагрузки. Из которой теоретически установлено, что на величину среднеквадратического отклонения длины будет влиять зазор между соседними зажимными тумбочками. Однако полученная теоретическая модель не учитывает многих факторов. На штапельный состав волокна могут оказывать влияние ширина тумбочек и глубина проникновения разволокняющего рабочего органа в зазор между тумбочками питающего вала, штапельный состав исходного волокна. Для моделирования процесса контролируемого разрыва льняного волокна в новой штапелирующей установке был разработан и изготовлен экспериментальный стенд. Стенд состоит из рамы с вертикальной стойкой. На раме устанавливается вал в опорах с укрепленным на нем диском. Разрывной диск приводится во вращение от электродвигателя. Над диском к вертикальной стойке консольно крепится ось, на которой шарнирно устанавливается двойное коромысло с зажимами. Расстояние между зажимами может меняться и фиксируется при помощи шпильки. Нами изучалось влияние параметров зажима волокна на содержание прядомого волокна (длинной 15-45 мм). Для определения рациональных параметров проведен полнофакторный эксперимент, критериями оценки в котором были Y1 (процентное содержание волокон длиной 15 – 30 мм с правой стороны от места приложения нагрузки), Y2 (процентное содержание волокон длиной 15 – 30 мм с левой стороны от места приложения нагрузки), Y3 (процентное содержание волокон длиной 30 – 45 мм с правой стороны от места приложения нагрузки), Y4 (процентное содержание волокон длиной 30 – 45 мм с левой стороны от места приложения нагрузки). Из-за неодинаковых условий фиксации волокна в левых и правых зажимах экспериментального стенда получаемые результаты рассмотрены независимо друг от друга, с разных сторон от штапелирующего диска. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены модели Y1 = 33,0 – 4,4X1 – 5,6X2 + 9,7X3 – 10,1X12 + 13,3X13 – 21,2X23 + 0X123 Y2 = 39,9 – 0,6X1 – 6,5X2 + 17,1X3 – 1,8X12 + 18,1X13 – 13,2X23 + 0,8X123 Y3 = 33,7 + 6,2X1 + 17,5X2 – 5,1X3 + 21,8X12 + 1,9X13 + 6,6X23 – 9,8X123 Y4 = 25,8 – 0,6X1 + 10,9X2 – 1,4X3 + 13,9X12 – 6,8X13 – 0,9X23 – 7,4X123 где Х1 – наличие или отсутствие вращения разволокняющего органа; Х2 – ширина разводки зажимов, мм; Х3 – глубина врезания разволокняющего органа в материал, мм. (1) (2) (3) (4) Ошибка аппроксимации для полученных зависимостей не превышает 5%. В результате анализа полученных моделей можно сказать, что наибольшее влияние на содержание волокон прядомой группы оказывает ширина разводки зажимов и глубина проникновения разволокняющего органа в материал. Были определены следующие рациональные параметры: глубина проникновения разволокняющего органа в волокно – 30 мм; для образования максимального 9 количества волокон длиной 15 – 45 мм ширина разводки зажимов должна составлять 20 мм. Опираясь на исследования распределения контактных напряжений в волокне при его взаимодействии с рабочим органом, проведенные Бурнашевым Р.З. мы сравнили эквивалентные напряжения при наличии скольжения рабочего органа по волокну и без него и сделали вывод, что чем больше коэффициент трения, тем больше напряжение при скольжении рабочего органа по волокну отличается от случая со статическим приложением нагрузки. Эта теория подтверждена опытно на разработанном экспериментальном стенде. Проведенные исследования показывают, что в случае штапелирования рабочим органом, скользящим по волокну, вероятность разрыва волокон в зоне контакта больше, в результате чего волокно будет иметь меньший разброс по длине. На качество получаемого волокна оказывает влияние целый ряд других параметров, таких как частота вращения разволокняющего диска, частота вращения питающего вала, усилие зажима волокна между тумбочками питающего вала и рычагами клавишного типа. Основными показателями качества короткоштапельного льняного волокна являются содержание волокна, длиной 15-45 мм, средняя линейная плотность и степень очистки получаемого волокна. Был спланирован и проведен полнофакторный эксперимент с матрицей 23, критерием оценки в котором были Y1 (содержание прядомого волокна длиной 15 – 45 мм) и Y2 (средняя линейная плотность волокна). Параллельно определены основные факторы, влияющие на очистительный эффект штапелирующей установки Y3. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены модели Y1 = 44,38 + 1,38X1 – 1,13X2 + 3,88X3 – 2,13X12 – 1,63X13 – 2,63X23 + 0,88X123 (5) Y2 = 4,33 – 0,05X1 – 0,83X2 + 0Х3 + 0,1X12 + 0,23X13 – 0,15X23 – 0,33X123 (6) Y3 = 47,6 + 6,3X1 – 10,24X2 + 1,75Х3 + 4,96X12 – 5,8X13 + 4,04X23 – 1,3X123 (7) где X1 – частота вращения разволокняющего диска, об/мин; X2 – частота вращения питающего вала, об/мин; X3 – усилие зажима волокна, Н. Анализируя эти модели, можно сказать, что содержание прядомого волокна длиной 15 – 45 мм сильно зависит от усилия прижима волокна педалью к тумбочке питающего вала, средняя линейная плотность волокна и очистительный эффект штапелирующей установки зависят от скоростных режимов обработки. Для получения качественного короткоштапельного льняного волокна на штапелирующей установке можно рекомендовать следующие параметры: частота вращения разволокняющего рабочего органа, Vр = 1000 об/мин, частота вращения питающего вала, Vп = 20 об/мин, усилие прижима волокна, P = 300 Н. Третья глава. В процессе проведения экспериментальных исследований, при переработке короткого льняного волокна в котонин образуется достаточно большое количество длинных волокон, длиной более 45 мм, которые ухудшают процесс прядения с хлопковым волокном. Нами были проанализированы 10 причины образования длинных волокон, из которых можно выделить несколько основных: недостаточно высокие напряжения, создаваемые в волокне разволокняющими органами, недостаточная параллелизация волокна в ленте и неравномерность зажима отдельных комплексов волокон. Эти причины приводят к тому, что часть волокон не разрушается разволокняющими органами, а вытягивается из зажима. Исключить это явление можно различными способами: увеличить усилие прижима педалей к тумбочкам питающего вала, снизить прочность волокнистых комплексов перед обработкой, использовать разволокняющие рабочие органы которые в месте контакта их с волокном, создавали бы значительные напряжения, разрушающие волокнистые комплексы. Еще один способ – уменьшить толщину слоя волокна, зажатого между педалью и тумбочкой питающего вала, таким образом улучшив равномерность фиксации отдельных волокнистых комплексов. Увеличение усилия прижима педалей к тумбочкам не целесообразно, т.к. приводит к увеличению габаритов установки и увеличению энергоемкости процесса получения волокна. Нами проведены теоретические исследования по определению рациональной конструкции рабочего органа штапелирующей установки, которая обеспечивала бы более равномерный штапельный состав и наименьшую линейную плотность получаемого волокна. В качестве разволокняющих рабочих органов можно использовать гладкие диски (рис.2а), пильчатые диски (рис.2б) и диски с колками (рис.2в). а б в Рис.2. Различные виды разволокняющих органов Одним из параметров влияющих на равномерность штапельного состава является концентрация напряжений в зоне контакта волокна с разволокняющими рабочими органами. Как показал наш анализ, применение различных рабочих органов изменяет контактные напряжения в волокне. В результате проведенного анализа установлено, что контактные напряжения при использовании дисков, имеющих пильчатую гарнитуру q0пил=14660 кг/см2, а при использовании гладких дисков и дисков с колками равны соответственно q0 =10004 кг/см2. Полученные положения были проверены в ходе экспериментальных исследований. Нами было получено волокно при использовании всех трех 11 видов рабочих органов. Результаты штапельного анализа и оценки линейной плотности получаемого волокна приведены на рис.3. Линейная плотность 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Текс % Диаграмма распределения длин волокон 0-15 15-30 30-45 45-75 св.75 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0-15 мм гладкие диски с пильчатой гарнитурой 15-30 30-45 45-75 св.75 мм с колковой гарнитурой гладкие диски с пильчатой гарнитурой с колковой гарнитурой Рис.3. Диаграмма распределения длин волокон и линейной плотности при использовании различной гарнитуры рабочего органа Полученные данные подтверждают теоретические исследования и позволяют сказать, что наилучшее по качеству волокно получается при использовании рабочих органов с пильчатой гарнитурой. Нами проводились исследования кончиков волокна под микроскопом. В случае применения рабочего органа в виде колковых дисков наблюдается разрывы цельных волокон в комплексах, в результате чего образуются грубые комплексы. В случае применения гладких дисков и дисков с пильчатой гарнитурой такое явление не наблюдается. Концы комплексов волокон получаются распушенными, разволокненными, что благоприятно сказывается при дальнейшей переработке такого волокна. Из проведенных исследований можно сделать вывод, что применение пильчатых рабочих органов дает наилучшее по качеству волокно, за счет более интенсивного воздействия, и именно такие рабочие органы можно рекомендовать для использования в подобных установках. Четвертая глава. Как показала практика работы на устройстве, при подаче материала по лотку в виде слоя, наблюдается нестабильный процесс захвата слоя ленты и подачи его в зону разволокнения. Нами было определено условие затягивания волокна под тумбочки (Рис.4 проекция на ось х): F1 F2 cos N K sin (8) где F – сила трения; NВ – реакция со стороны Рис. 4 Схема взаимодействия ленты с вала; питающими тумбочками 1 – питающие тумбочки; 2 – наклонный лоток, NК – реакция со стороны по которому подают ленту; 3 – лента радиуса r наклонного лотка; 12 μ1 – коэффициент трения льняного волокна о рифли питающего вала; μ2 – коэффициент трения льняного волокна о наклонный лоток. Определен угол, при котором происходит затягивание волокна: 2 . arctg 1 (9) 1 1 2 Рекомендуемое значение угла β составляет 15-250 при коэффициентах трения μ1 = 0,6 0,9 и μ2 = 0,3. Если использовать другие углы наклона лотка затягивание волокна в зону обработки не происходит. Определена критическая толщина ленты, при которой она будет 1 cos затягиваться: . rR 1 cos (10) При радиусе ленты r больше допустимого значения, лента не затягивается в зону обработки. В этом случае, как показали наблюдения, лента будет скручиваться вокруг своей оси, пока ее радиус не уменьшится. Для того чтобы лента стабильно затягивалась в зазор всеми тумбочками питающего вала необходимо выравнивать толщину ленты, таким образом, чтобы она не превышала допустимого значение. Этого можно добиться, применив предварительную обработку ленты, что в свою очередь приведет к снижению толщины слоя волокна, зажатого между прижимающими педалями и тумбочками, и снижению прочности комплексов волокна. Были предложены конструкции узлов питания штапелирующей установки, в которых предварительную обработку ленты можно производить перед подачей ее в штапелирующую установку, так и непосредственно в узле питания установки. Нами были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния предварительной обработки на штапельный состав волокна. Для этого ленту перед штапелированием обрабатывали в гладких вальцах с регулируемой силой зажима. Результаты штапельного анализа, получаемого волокна, говорят о том, что такая обработка оказывает положительное воздействие: количество прядомого волокна становится выше, а количество волокон длиннее 45 мм и средняя линейная плотность резко уменьшаются. Это объясняется тем, что при предварительной обработке льняной ленты межволоконные связи комплексов ослабляются и при дальнейшем взаимодействии с разволокняющим рабочим органом штапелирующей установки волокна легче отделяются от комплекса. Это в свою очередь приводит к снижению количества волокон длиннее 45 мм и линейной плотности. При предварительной обработке также происходит дробление сорных примесей, что способствует более легкому их удалению при дальнейшей переработке. Пятая глава. Для того чтобы котонин можно было использовать для смешивания с хлопком его необходимо подвергнуть дополнительному утонению и очистке. Была разработана очистительная установка с делителем холстика и питающим устройством. В питающем устройстве производится протрепывание зажатой волокнистой бородки пильными дисками. Подобное 13 воздействие применяется в современных линиях для получения короткоштапельного льняного волокна и обеспечивает эффективное утонение и очистку волокна. Для определения параметров очистительной установки проведен полнофакторный эксперимент, критериями оценки которого стали штапельный состав волокна Y1 (содержание прядомого волокна 15 – 45 мм) и средняя линейная плотность Y2. Параллельно определены основные факторы, влияющие на очистительный эффект очистительной установки Y3. Y1 = 43,1 + 2,97X1 + 3,69X2 + 0,78Х3 – 3,28X12 – 4,2X13 – 2,2X23 + 0,6X123 (11) Y2 = 4,13 + 0,7X1 – 0,19X2 + 0,04Х3 + 0,08X12 + 0,16X13 + 0,22X23 – 0,05X123 (12) Y3 = 50,5 + 0,8X1 + 8,3X2 – 15,0Х3 – 3,2X12 + 2,5X13 + 5,0X23 – 4,1X123 (13) где Х1 – частота вращения пильных дисков, об/мин; Х2 – частота вращения питающих валов, об/мин; Х3 – расстояние между дисками, мм. Анализируя эти модели, можно сказать, что содержание прядомого волокна длиной 15 – 45 мм и средняя линейная плотность волокна зависят от скоростных режимов обработки. Очистительный эффект установки достигает 70% и зависит от расстояния между рабочими органами. Волокно длинной 15 – 45 мм и низкой линейной плотностью можно получать при следующих параметрах: частота вращения пильных дисков, Vп = 2000 об/мин, частота вращения питающих валов, Vпит = 4 об/мин, расстояние между рабочими органами, h = 270 мм. В процессе переработки льняного волокна в котонин на всех его этапах происходит механическое воздействие на волокна, вследствие чего их прочность снижается. Проведены исследования изменения прочности льняного волокна в процессе переработки его в котонин. Прочность волокна после обработки на штапелирующей установке снижается. После воздействия разволокняющих органов комплекс имеет ослабленные связи, но структура его полностью не разрушена, поэтому при разрыве он расползается по ослабленным связям. После обработки в очистительной установке прочность снова возрастает. Это связано с тем, что ослабленные связи окончательно разрушаются в очистительной установке. Дальнейшее воздействие рабочих органов не оказывает влияния на прочность получаемого волокна. Из полученного волокна в лаборатории КГТУ была выработана пряжа, пневмомеханическим способом на машине БД-200 с линейной плотностью 45 текс, удельной разрывной нагрузкой 7,4 сН/текс. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Одним из наиболее эффективных методов, позволяющих уменьшать длину волокнистых комплексов, обеспечивая при этом ее высокую равномерность и хорошие прядильные свойства волокна, является метод контролируемого разрыва. 14 2. Метод контролируемого разрыва смоделирован на экспериментальном стенде. Анализ волокна, полученного на нем, показал, что коэффициент вариации по длине волокна составляет не более 25 %. 3. Установлено, что наибольшее влияние на содержание волокон прядомой группы оказывает ширина свободной длины между зажимами и глубина проникновения разволокняющего органа в материал. Были определены следующие рациональные параметры: глубина проникновения разволокняющего органа в волокно – 30 мм, ширина между зажимами 20 мм. 4. Подтверждено экспериментально, что равномерность длины получаемого волокна обеспечивается не только геометрическими параметрами зон зажима и разволокнения, но и типом движения рабочего органа. Разволокняющий рабочий орган, который скользит по волокну, обеспечивает большую вероятность разрыва волокон в зоне контакта, в результате чего волокно будет иметь меньший разброс по длине. 5. Получены модели, позволяющие установить взаимосвязь кинематических и силовых параметров работы установки с содержанием волокна, длинной 1545 мм, средней линейной плотностью и степенью очистки получаемого волокна. Установлено, что для эффективного укорочения комплексов льняного волокна на штапелирующей установке необходимы следующие параметры: частота вращения разволокняющего рабочего органа, Vр = 1000 об/мин, частота вращения питающего вала, Vп = 20 об/мин, усилие прижима волокна, P = 300 Н. 6. Установлено влияние конструкции разволокняющих рабочих органов на штапельный состав получаемого волокна и его линейную плотность. Наиболее эффективно применять для разволокнения рабочие органы в виде дисков, имеющих пильчатую гарнитуру. 7. Определены основные закономерности процесса затягивания ленты под тумбочки питающего вала. 8. Установлено влияние предварительной обработки в гладких вальцах с регулируемой силой давления в жале на штапельный состав волокна. Такая обработка оказывает положительное воздействие: количество прядомого волокна становится выше, а количество волокон длиннее 45 мм и средняя линейная плотность резко уменьшаются. При предварительной обработке также происходит дробление сорных примесей, что способствует более легкому их удалению при дальнейшей переработке. 9. Получены зависимости, позволяющие установить взаимосвязь скоростных параметров работы очистительной установки на штапельный состав и степень очистки получаемого волокна. Очистительный эффект установки достигает 70%. Для эффективного утонения и очистки льняного волокна использовать следующие параметры: частота вращения пильных дисков, Vп = 2000 об/мин, частота вращения питающих валов, Vпит = 4 об/мин, расстояние между рабочими органами, h = 270 мм. 10.Установлены закономерности изменения прочности льняного волокна от этапов переработки. 15 11.Из полученного волокна получена пряжа из смеси короткоштапельного льняного волокна с вискозой с вложением льна 50%, пневмомеханическим способом. Линейная плотность полученной пряжи составляет 45 текс. По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 1. Статья в журнале включенном в перечень ВАК Чернышев М.А. Пути повышения равномерности штапельного состава льняного волокна получаемого на новой штапелирующей установке / Чернышев М.А., Корабельников А.Р. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – Иваново – 2006. – № 1. Статьи в научных сборниках Чернышев М.А. Распределение длины штапеля льняного волокна, получаемого методом разрыва на новой установке / Чернышев М.А., Корабельников А.Р. // Сб. научных трудов молодых ученых КГТУ. – Кострома – 2003. – № 4. Чернышев М.А. Влияние трения штапелирующего диска на контактные напряжения и на распределение волокон по длине при штапелировании разрывом / Чернышев М.А., Корабельников А.Р. // Вестник КГТУ. – Кострома – 2004. – № 9. Чернышев М.А. Разработка процесса получения короткоштапельного льняного волокна / Чернышев М.А., Корабельников А.Р. // Сб. научных трудов молодых ученых КГТУ. – Кострома – 2005. – № 6. Чернышев М.А. Совершенствование питателя устройства для штапелирования льняного волокна с контролируемым разрывом / Чернышев М.А., Корабельников А.Р. // Вестник КГТУ. – Кострома – 2005. – № 11. Чернышев М.А. Изменение прочности льняного волокна в процессе переработки его в котонин / Чернышев М.А. // Сб. научных трудов молодых ученых КГТУ. – Кострома – 2006. – № 7 . Чернышев М.А. Влияние схемы нагружения волокна при различных рабочих органах на контактные напряжения. Костромской государственный технологический университет / Чернышев М.А. // ВИНИТИ – М. – 2006. – №78-В2006. Чернышев М.А. Технологические и технические аспекты получения короткоштапельного льняного волокна методом контролируемого разрыва / Корабельников А. Р., Чернышев М.А. // Международная научнотехническая конференция «Волокнистые материалы. 21 век». – СанктПетербург – 2005. Материалы конференций Чернышев М.А. Исследования процесса получения короткоштапельного льняного волокна методом контролируемого разрыва / Чернышев М.А., 16 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Корабельников А.Р. // Тез. докл. международной научно-технической конференции «Прогресс - 2004». – Иваново – 2004. Чернышев М.А. О влиянии способа обработки на свойства короткоштапельного льняного волокна / Чернышев М.А., Корабельников А.Р. // Тез. докл. международной научно-технической конференции «Прогресс - 2005». – Иваново – 2005. Чернышев М.А. Некоторые технологические аспекты переработки короткоштапельного льняного волокна / Чернышев М.А., Корабельников А. Р., Шалыгин А.А. // Тез. докл. международной научно-практической конференции «Инновации в производстве товаров нового поколения из льна». – Вологда – 2005. Чернышев М.А. Исследование изменения длины короткоштапельного льняного волокна в процессе его получения. / Чернышев М.А., Корабельников А. Р. // Тез. докл. международной научно-техническая конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен-2004). – Кострома – 2004. Чернышев М.А. Процесс разрушения волокна при его модификации методом контролируемого разрыва. / Чернышев М.А., Корабельников А. Р., Корабельников Р.В. // Тез. докл. международной научно-техническая конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен-2002). – Кострома – 2002. Чернышев М.А. Технологические и технические аспекты получения короткоштапельного льняного волокна методом контролируемого разрыва / Чернышев М.А., Корабельников А. Р. // Тез. докл. международной научнотехнической конференции «Волокнистые материалы. 21 век». – СанктПетербург – 2005. Чернышев М.А. Очистка льняного волокна с использованием новых конструкций пильного и валичного очистителя / Чернышев М.А., Корабельников А.Р., Щербинин С.А. // Тез. докл. всероссийской научнотехнической конференции «Текстиль XXI века». – М. – 2005. Чернышев М.А. Совершенствование питателя новой штапелирующей установки / Чернышев М.А., Корабельников Р.В., Корабельников А.Р. // Тез. докл. международной научно-практической конференции «Вступление России в ВТО. Повышение экономической эффективности льноперерабатывающего комплекса» – Вологда – 2006.
