введение - Костромской государственный технологический
реклама
На правах рукописи УДК 677.021 Кузнецова Наталья Сергеевна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ БУНКЕРНОГО ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В МАССЕ Специальность 05.19.02 «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья» АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кострома-2006 2 Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент Жуков Владимир Иванович Наумов Андрей Константинович Гаврилова Алла Борисовна Ведущая организация: Ивановская государственная текстильная академия (кафедра прядения), г. Иваново Защита состоится «02» ноября в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: г. Кострома, ул. Дзержинского, 17, ауд. 214. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Текст автореферата расположен на сайте: htpp: // www.kstu.edu.ru/75/science/autoref.aspx Автореферат разослан «29»сентября 2006 г. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор _______________ П.Н. Рудовский 3 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы бункерного питания волокнистым материалом текстильных машин для льняной промышленности заключается в том, что, несмотря на все имеющиеся достоинства системы бункерного питания, вопрос о стабильности линейной плотности формируемого слоя короткого льняного волокна и очеса остается до настоящего времени до конца не решенным. Используемые в настоящее время в отечественной льняной промышленности бункерные питатели обладают большим недостатком, заключающимся в том, что они не обеспечивают постоянства линейной плотности формируемого слоя на отрезках большой длины. До настоящего времени квадратическая неровнота рулонов ленты по массе, получаемой с поточных линий как с ПЛ-1-КЛ, так и с более совершенных – типа ПЛ-150-П1, составляет 12...18%, а максимальные отклонения могут достигать до 20...25%. Причиной значительной неравномерности слоя по линейной плотности является большая неравномерность физико-механических свойств перерабатываемых волокон. В настоящее время наблюдается повышенный интерес к совершенствованию систем бункерного питания, особенно в хлопковой и шерстяной промышленности — появляются изобретения, публикации в научной литературе посвященные исследованиям и опыту эксплуатации бункерных питателей; ведущие машиностроительные фирмы мира демонстрируют образцы нового оборудования на выставках. Ввиду особой специфики короткого льняного волокна и льняного очеса, состоящей в значительной связанности комплексов волокон и их большими размерами по сравнению с хлопковыми и шерстяными, новейшие технические решения, использованные при разработках современных систем бункерного питания для шерстяных и хлопковых волокон, не приемлемы для разрешения проблемы неравномерности слоя льняного короткого волокна и очеса по линейной плотности. Практически все предлагаемые технические решения несут в себе специфичный подход в решении задачи стабилизации линейной плотности формируемого слоя, авторы изобретений предлагают различные способы и устройства, но до настоящего времени невозможно оценить функционирование предлагаемых конструкций до их изготовления на стадии проектирования. Выходом из такого положения является моделирование процессов происходящих в бункерных питателях и их функционирования в целом. Причина, по которой сейчас этого сделать невозможно, заключается в отсутствии достаточной информации как о свойствах волокнистых материалов в массе, так и об их взаимодействиях с рабочими органами перерабатывающих машин. Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является снижение неравномерности по линейной плотности слоя волокнистого материала, сформированного бункерным питателем (БП), путем разработки 4 новых конструкций БП на основе изучения механических свойств волокнистого материала в массе. Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены следующие задачи: - получение аналитического решения задачи о деформации порции волокнистого материала при сжатии с фиксированной нагрузкой; - определение расчетным путем величины деформации слоя волокнистого материала при его взаимодействии с рабочим органом – нажимным валиком; - разработка методики проведения испытаний на растяжение порции волокнистого материала в массе; - изучение деформационных свойств волокнистого материала в массе: при растяжении, при увеличении и уменьшении силы сжатия, при сжатии с учетом релаксации; - определение математического описания зависимости напряжения от относительной деформации при растяжении порции волокнистого материала в массе; - разработка методики решения по определению расчетным путем величины объемной плотности слоя волокна, выходящего из бункерного питателя с учетом его растяжения под нажимным валиком; - определение математического описания зависимости напряжения от относительной деформации при уменьшении силы сжатия порции волокнистого материала в массе; - определение влияния релаксации на зависимость напряжения от относительной деформации при сжатии волокнистого материала в массе; - построение математической модели БП, учитывающей влияние ширины бункерного питателя в нижнем сечении, начальной объемной плотности волокнистого материала и трения о стенки бункера на величину линейной плотности формируемого слоя; - разработка конструкции бункерного питателя, обеспечивающей высокую точность формирования заданной величины линейной плотности сформированного слоя волокнистого материала, особенно на длинных отрезках; - разработка схемы модернизации поточной линии для переработки короткого льняного волокна и очеса ПЛ-150-П1 путем оснащения штатного бункерного питателя системой автоматического регулирования линейной плотности; - определение частотных характеристик автоматического бункерного питателя как системы автоматического регулирования; - исследование на устойчивость системы автоматического регулирования слоеформирующего бункера путем расчета его передаточной функции и определение параметров, необходимые для проектирования на реальном оборудовании. 5 Объектом исследования в данной работе является система бункерного питания текстильных машин волокнистым материалом. Методической основой диссертации явились труды ведущих ученых в области исследования механических характеристик льняных волокон. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Применены приемы дифференциального и интегрального исчисления, численные математические методы, а также методы математического моделирования. При проведении испытаний использовалась как стандартная, так и оригинальная аппаратура. Обработка экспериментальных данных осуществлялась методами многомерного, регрессионного, дисперсионного и корреляционного анализов при 95% доверительной вероятности. Вычисляемые процедуры реализовывали с применением ПЭВМ, используя программы MathCAD, EXELL, Delphi. Научная новизна заключается в следующем: - разработан и теоретически обоснован способ расчета деформации волокнистого материала в массе по известной величине усилия сжатия; - впервые поставлена и решена задача по определению параметров слоя волокнистого материала на выходе из бункерного питателя с учетом деформации сжатия и растяжения; - исследована и математически описана диаграмма напряжений при сжатии и снятии нагрузки порции льняного волокнистого материала в массе; - впервые поставлена и решена задача по определению деформации слоя волокнистого материала при его взаимодействии с рабочим органом типа «валик» с учетом нелинейной зависимости напряжения от относительной деформации при сжатии; - получена и исследована зависимость напряжения от относительной деформации при растяжении порции волокнистого материала в массе; Практическая значимость работы. Практическая значимость заключается в том, что решение задачи по определению деформации слоя волокнистого материала при взаимодействии с рабочим органом – нажимным валиком и полученные зависимости параметров растяжения и сжатия и снятия нагрузки волокнистых материалов, могут быть использованы при проектировании новых систем бункерных питателей льняных машин, а также при модернизации существующих. Материалы исследований могут быть также использованы в учебном процессе, как в курсе технологических дисциплин, так и при изучении механики текстильных материалов. Предложены направления совершенствования системы бункерного питания волокном в области льняной промышленности путем добавления системы автоматического регулирования линейной плотности слоя к классическому вертикальному бункеру. Разработанное устройство «Автоматический слоеформирующий бункер» для формирования равномерного по линейной плотности слоя волокнистого материала признано изобретением и защищено патентом РФ №2253708. Реализация результатов работы. Выполненные разработки приняты в качестве модернизации поточной линии ПЛ-150-П1 на предприятии ОАО 6 «БКЛМ-Актив», г. Кострома. Разработано «Техническое задание на проектирование автоматического слоеформирующего бункера». Разработан и изготовлен лабораторный стенд для исследований порции волокнистого материала «на растяжение», использующийся в учебном процессе. Разработана имитационно-статистическая модель автоматического слоеформирующего бункера. Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку: на заседаниях кафедры прядения КГТУ (2002-2006гг.), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях», Кострома 2002 г.; всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», Москва 2002 г.; международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» 2002 г.; международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» Кострома 2004 г.; межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ производству», Кострома 2004 г.; международной научно-технической конференции «Лен-2004» Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях. Кострома 2004 г.; научно-технической конференции «Прогресс 2005» / Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности/ Иваново 2005 г; научнотехнической конференции «Прогресс 2006» / Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности / Иваново 2006 г; научно-технической конференции «Дни науки 2006» / Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности / Санкт-Петербург 2006 г; научнотехнической конференции «Вступление России в ВТО и повышение эффективности льнопроизводственного комплекса» / Вологда 2006 г. Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 16 печатных работ, из которых 8 статей (1 статья входит в «Перечень...» ВАК) и 7 материалов научно-технических конференций, 1 патент на изобретение. Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы (75 наименований) и приложений. Работа содержит 5 таблиц и 43 рисунка. 2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении. Обоснована актуальность темы диссертации, изложены цели и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость работы. В первой главе проведен анализ известных систем бункерного питания волокном текстильных машин, а также проанализирован ряд теоретических 7 работ, посвященных математическому описанию, как работы бункерных питателей, так и оценки состояния волокнистого материала, находящегося в них. Проанализированы известные способы оценки деформационных свойств при сжатии и растяжении текстильных материалов. Рассмотрением вопросов работы бункерных питателей занимались многие авторы: Гинзбург Л.Н., Хавкин В.П., Винтер Ю.М., Молчанов А.С., Кузьмин В.В., Севостьянов А.Г., Труевцев Н.И., Ашнин Н.М., Тондик Г.Н., Будников В.И., Фролов В. Д., Мазяр И.П. Лугачев А.Е., Жуков В.И. и другие. Установлено, что: - в области льняной промышленности не решена проблема длинноволновой неровноты слоя, формируемого бункерным питателем; - известные методы определения и математического описания деформационных характеристик волокнистых материалов не предполагают учет изменения внутренней структуры волокнистого материала при растяжении и сжатии с учетом релаксации; - существующие методы экспериментального исследования деформационных свойств текстильных волокон на растяжение не предназначены для волокнистых материалов в массе. Выявлена необходимость развития математического описания волокнистого материала в напряженном состоянии при его взаимодействиях с рабочими органами бункерного питателя и совершенствования техники и технологии формирования слоя волокнистого материала на основании представления о процессах, происходящих с волокнистым материалом при его взаимодействиях с рабочими органами. Во второй главе разработаны основные направления развития математического описания процессов, происходящих на выходе из бункерных питателей. Разработаны рабочие модели для проведения испытаний порции волокнистого материала на растяжение, сжатие с учетом релаксации. Аналитически решена функциональная зависимость напряжения от относительной деформации при сжатии порции волокнистого материала при помощи теории рядов. Существует математическое описание напряженного состояния волокнистого материала в массе в виде зависимости: х K х х , (1) где – напряжение, Па; К – коэффициент пропорциональности, характеризующий механические свойства порции определенного вида волокнистого материала при сжатии, Па; – предельная относительная деформация; х – относительная деформация. На сегодняшний день нет способа аналитического определения относительной деформации по известному значению напряжения. Целью таких расчетов является определение такой 8 величины относительной деформации, при которой напряжение оказывается равным заданной величине. Для решения применена теория разложения в ряды. Знаменатель дроби в выражении (1) можно разложить в биномиальный ряд Маклорена, подставляя данное выражение биномиального ряда в исходную формулу (1), получается зависимость напряжения от относительной деформации. После элементарных преобразований получаем уравнения второй, третьей, четвертой и т.д. степеней. В результате получается уравнение n-й степени относительно переменной х (относительной деформации). Известно, что с увеличением количества членов ряда точность воспроизведения оригинала функции предлагаемым рядом повышается. Однако одновременно с этим следует учитывать, что с повышением степени ряда усложняется процесс вычисления корней получающегося уравнения. Решение выведенных уравнений получается достаточно простым, если брать уравнения второй степени: σε ε 1(ε 1) 2 ε ε х (K σ ε ) x σ ε 0 . 2! (2) Получаемая точность при решении уравнения второй степени относительно «х» равна 97%. Решение этой задачи позволяет определить, насколько изменится высота образца при сжатии силой F без соответствующих измерений с ошибкой не более 3%. Разработана методика по определению толщины слоя волокна под нажимным валиком бункерного питателя по схеме, изображенной на рисунке 1. Чтобы подсчитать реакцию волокна на вес валика требуется определить, какое напряжение возникает в сечениях слоя волокна. Принимается начальное положение такое, что валик лежит на слое волокна, не продавливая его. Координата центра окружности валика Y0 r b . Отрезок, длина которого Y0, Рисунок 1. Схема для расчета толщины слоя волокнистого материала разбивается на множество элементарных участков dY. Валик постепенно «опускается» в слой волокна. Величина Yi Y0 dY - новая координата центра окружности валика. Для каждого Yi подсчитывается общая реакция волокна на текущее положение валика и сравнивается с весом валика. Если общая реакция волокна меньше веса нажимного валика, то расчет продолжается для следующего положения валика. Реакция волокна подсчитывается следующим образом. Слой волокна под валиком, начиная с середины валика, разбивается на множество элементарных участков dХ, площадь которых S A dX . Высота каждого участка находится из 9 уравнения окружности: bk Yi r 2 х 2 . Относительная деформация каждого b b участка: k b k . Подсчет относительной деформации для каждого положения нажимного валика с координатой центра окружности Yi ведется до тех пор, пока bk не сравняется с b. В каждом элементарном участке появляется элементарное К k напряжение k . Реакция каждого участка dRk k S . Суммируя (пр )пр k элементарные реакции и умножая на 2 (так как начинали с середины валика) получается общая реакция слоя волокна, находящегося под валиком в текущем положении: R dR k . По суммарному уравнению сил: Fy 0 , имеем R m g . Сравнивается реакция волокна с весом валика и если она меньше, то валик «опускается» в следующее положение – начинается новый цикл расчета общей реакции волокна на вес валика при его новом положении. Если координата Yi становится меньше начальной толщины слоя, то цикл подсчета силы R продолжается до тех пор, пока bk не сравняется с Yi. Вычисления по определению реакции слоя волокна на вес валика продолжаются до тех пор, пока реакция не сравняется с весом валика. По описанной методике разработана программа, выполняющая численный расчет толщины слоя под нажимным валиком с учетом разной конструкции бункерного питателя. В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований механических свойств волокнистых материалов в массе при растяжении, сжатии и снятии нагрузки, и при сжатии с учетом релаксации. В шахте бункерного питателя волокнистый материал в массе находится в напряженном состоянии вследствие постоянно действующей нагрузки от веса вышележащей массы волокна и действия стенок бункера. В нижней части вертикального бункера существует особая зона, где волокнистый материал дополнительно испытывает на себе влияние выводного устройства — выводных валиков, транспортеров и т.п. Например, на выходе из бункерного питателя может произойти такое явление, как зависание волокна в шахте бункера, при этом материал настолько уплотняется, что далее выпускной транспортер растягивает его, стараясь вывести материал из бункерного питателя. Следовательно, волокнистый материал, проходя через бункер, не только сжимается, но также восстанавливает свои размеры и даже растягивается, то есть подвергается сложным механическим воздействиям, протекающим во времени. Разработана методика проведения испытаний волокнистого материала в массе на растяжение. Создано специальное устройство, с помощью которого производилось непосредственно растяжение порции волокнистого материала в массе (рисунок 2). Это устройство является основным элементом лабораторного стенда для определения деформационных характеристик волокнистого материала в массе при растяжении. Данная конструкция состоит из двух соединяющихся 10 полудисков пенопласта, к которым прикреплены ряды игл под углом 450. Полудиски сцеплены между собой при помощи горизонтальных штырей. Устройство медленно подводится к порции волокна, полудиски соединяются – происходит захват волокна иглами. Предварительно сформированная порция волокнистого материала в форме вертикального цилиндра укладывается на весы, где взвешивается. Устройство для захвата волокна, прикрепленное к катушке, подводят к порции волокнистого материала, путем разматывания нити с катушки так, чтобы иглы касались ее. Замеряется нижний уровень порции h1 и верхний h2. Испытания делятся на два этапа – нагрузка и Рисунок 2. растяжение. Нагрузка: производится пошаговое опускание Устройство для устройства для захвата волокна, соответственно происходит захвата нагружение порции волокнистого материала под действием волокна веса устройства, после каждого шага замеряются уровни h1i и h2i, а также снимаются показания весов Vsi, и так далее. Таким образом, делается некоторое количество измерений до полного нагружения порции весом верхнего диска. Далее оператор вручную, сдвигая полудиски устройства, производит захват волокна иглами устройства 4. Растяжение: производится пошаговый подъем устройства для захвата волокна при помощи наматывания нити на катушку. Останавливаясь после каждого шага наматывания на катушку, делаются замеры h1i и h2i, а также снимаются показания весов Vsi. Математическая обработка результатов экспериментов произведена в универсальной математической системе Mathcad 7.0 PRO. Построены графики зависимости напряжения волокнистого материала от продольной деформации – диаграммы напряжения. Путем аппроксимации была получена зависимость напряжения от 2 относительной деформации при растяжении ( ) k ( 1) e , где k коэффициент пропорциональности, характеризующий конкретный вид волокна. Корреляционное отношение =0.982, то есть, получена достаточно высокая степень адекватности, с величиной корреляционного отношения2>0.95. Впервые поставлена, разработана методика решения и решена задача по определению расчетным путем величины объемной плотности слоя волокна, выходящего из бункерного питателя с учетом его растяжения под нажимным валиком. Изучение деформационных свойств порции волокнистого материала при уменьшении силы сжатия проводились при помощи эксперимента. Порции волокнистого материала придается форма в виде вертикального цилиндра. Определяется высота порции без нагрузки. К верхней поверхности испытуемого образца прикладывается нарастающая сила сжатия за счет грузов. Производятся пошаговые измерения высоты нагруженной порции, затем образец разгружается, постепенным снятием грузов, при этом также измеряются значения высоты. 11 Экспериментальные испытания проведены на льняном очесе №6 различной влажности. Определив напряжение, возникающее в процессе сжатия и снятия нагрузки, а также относительную деформацию испытуемого образца построены диаграммы напряжений. Аппроксимация кривых снятия нагрузки проведена с помощью программы Microsoft EXELL. Сжатие волокнистых материалов в массе исследовано на сегодняшний день без учета релаксации. Разработана методика по определению деформационных характеристик волокнистого материала в массе при сжатии с учетом релаксации. Порции волокнистого материала придается форма в виде вертикального цилиндра. Определяется высота порции без нагрузки. К верхней поверхности испытуемого образца прикладывается нарастающая сила сжатия за счет грузов, затем производятся пошаговые измерения высоты нагруженной порции, с интервалом 0с, 15с, 30с. Проведены испытания и построены диаграммы напряжений при сжатии с разными интервалами времени. Выявлено, что при одном и том же напряжении появляется разная деформация, зависящая от времени. Чем больше интервал времени, тем правее расположена кривая диаграммы напряжений. Получено математическое описание кривых диаграмм напряжения. С целью определения постоянной времени проведен эксперимент по исследованию зависимости относительной деформации от времени для льняного очеса №6 разной влажности. Значения постоянных времени, как оказалось, не зависят от параметров порции волокнистого материала, поскольку их определение производилось для деформаций, рассчитанных в относительных единицах. То есть, для оценки релаксационных свойств волокнистых материалов при сжатии достаточно использовать одну характеристику – постоянную времени, при этом не требуется учитывать параметры, характеризующие порцию. В четвертой главе проведено исследование влияния ширины нижней части бункерного питателя, трения о стенки и начальной объемной плотности на линейную плотность слоя волокнистого материала, выходящего из бункерного питателя при помощи машинного эксперимента и построена математическая модель бункерного питателя, также предлагаются пути совершенствования системы бункерного питания. Получена следующая адекватная линейная регрессионная многофакторная модель бункерного питателя: YR 6.1 1.21x1 1.66 x2 0.226 x3 , (3) где YR – линейная плотность слоя волокнистого материала, х1 – ширина выходного сечения бункера, х2 – объемная плотность в верхнем сечении бункера х3 – коэффициент трения волокна о стенки бункера (факторы являются независимыми). Моделирование работы бункерного питателя показало, что основным параметром, влияющим на производительность – подачу волокна, является 12 ширина выходного сечения бункера, влияние трения о стенки бункера на производительность не существенно. Поэтому в основу принципа регулирования положена идея связи контролируемого параметра – толщины слоя, формируемого на выходе из БП с шириной выпускного сечения шахты бункера. Известно устройство бункерного питателя со стабильной линейной плотностью, предложенное учеными Жуковым В.И., Корабельниковым Р.В., Соркиным А.П. Выгодной отличительной особенностью такой системы является то, что для процесса автоматического регулирования не требуется специальных измерительных средств. Измерение и управление происходит с использованием лишь механической энергии и реализуется с применением тех рабочих органов, которые входят в штатную конструкцию бункерного питателя. Система стабилизации линейной плотности слоя, формируемого бункерным питателем, исследована на устойчивость для определения параметров, необходимых для его проектирования. Недостатком устройства является то, что при обратной связи близкой к 100% всегда будет существовать некоторая ошибка параметра регулирования. На основе устройства со стабильной линейной плотностью была разработана конструкция автоматического слоеформирующего бункера (рисунок 3). Его технической задачей является обеспечение высокой точности формирования заданной величины линейной плотности слоя волокнистого материала, то есть исключение статической ошибки регулирования, которая присутствует в устройстве со стабильной линейной плотностью. Данная техническая задача реализуется за счет применения системы автоматического управления перемещением подвижной стенки бункера в зависимости от толщины выводимого слоя волокнистого материала, определяемой с помощью измерительного валика. Если по какой-либо причине будет происходить изменение толщины формируемого слоя волокнистого материала, измерительный валик 3 изменит свое положение, повернет двуплечий рычаг 4 в ту или иную сторону, верхним плечом воздействуя на переключатели 6 и 7, которые подает электрический сигнал на импульсный коммутатор 8. Рисунок 3. Автоматический Импульсный коммутатор производит слоеформирующий бункер включение электродвигателя на некоторое время, определяемое коммутатором. В результате работы двигателя 9 происходит перемещение подвижной стенки бункера 2, ширина нижней части шахты бункера 1 при этом изменяется в 13 сторону увеличения или уменьшения. Стенка фиксируется в новом положении. Если при перемещении измененного по толщине волокнистого слоя от стенки бункера до измерительного валика изменение толщины слоя оказалось недостаточным, переключатели остаются в прежнем состоянии. Импульсный коммутатор через некоторый интервал времени повторно формирует импульс на включение двигателя в том же направлении. Это приводит к продолжению этапа перемещения стенки бункера. Этап продолжается до тех пор, пока толщина слоя не примет заданное значение. Определены параметры, которые должны учитываться при проектировании бункерного питателя, оснащенного системой автоматического регулирования: марка исполнительного механизма, длительность импульса, периодичность импульса (обусловлена транспортным запаздыванием от точки перемещения стенки бункера до измерительного валика), скорость перемещения стенки бункера, зона нечувствительности бесконтактных датчиков, размеры двуплечего рычага 4. Система автоматического регулирования разработанного устройства автоматического слоеформирующего бункера исследована на устойчивость, путем расчета передаточной функции и построения амплитудно-фазо-частотной характеристики. Обращаясь к программе по расчету толщины слоя волокнистого материала под нажимным валиком и имитационно-статистической модели бункерного питателя, предложенной Жуковым В.И., которая учитывает конфигурацию шахты бункерного питателя можно построить переходную характеристику автоматического слоеформирующего бункерного питателя. (рисунок 4). После скачкообразного увеличения объемной плотности волокна, поступающего в бункерный питатель, через время tбунк происходит увеличение линейной плотности слоя волокна. Система автоматического регулирования, реагируя на изменение толщины слоя волокна, прикрывает стенку бункера, уменьшая толщину слоя волокна, то есть и его линейную плотность через время запаздывания . Очевидно, что про изойдет аналогичный процесс при уменьшении объемной плотности поступающего материала. Совершенствование поточных линий (например, ПЛ-150-П1) Рисунок 4. Переходная характеристика автоматического слоеформирующего бункера 14 путем оснащения имеющегося бункерного питателя либо системой стабилизации линейной плотности слоя, либо системой автоматического регулирования линейной плотности обеспечит снижение неровноты по массе рулонов ленты, получаемой с поточной линии за счет выравнивания слоя волокна, выходящего из бункерного питателя. Достоинствами модернизации поточных линий таким бункерным питателем являются минимальные изменения в конструкции бункерного питателя, простота и экономичность изготовления системы автоматического регулирования. Устройство «Автоматический слоеформирующий бункер» принято к внедрению в порядке модернизации приготовительной поточной линии ПЛ-150П1 на предприятии льняной промышленности ОАО «БКЛМ-Актив». ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. В результате обзора литературы сформулированы цели и задачи исследования, направленные на снижение неравномерности по линейной плотности слоя волокнистого материала, формируемого бункерным питателем путем совершенствования системы бункерного питания волокном в области льняной промышленности. 2. Проведен анализ систем формирования слоя волокнистого материала, выявлена необходимость усовершенствования конструкции бункерных питателей для льна для снижения неровноты слоя по линейной плотности. 3. Разработан аналитический метод расчета величины деформации сжатия порции волокнистого материала в массе по известному усилию. 4. Определены параметры слоя волокнистого материала при его взаимодействии с рабочим органом типа «валик». 5. Исследованы деформационные свойства волокнистого материала в массе: при растяжении; при увеличении и уменьшении усилия сжатия. Получены соответствующие графические и математические зависимости напряжения от относительной деформации. 6. Предложено устройство автоматического слоеформирующего бункера, защищенное патентом, обеспечивающее высокую точность формирования заданной величины линейной плотности слоя волокнистого материала за счет исключения статической ошибки регулирования. 7. Разработана математическая модель автоматического слоеформирующего бункера, учитывающая влияние ширины бункерного питателя в нижнем сечении, начальной объемной плотности волокнистого материала и трения о стенки бункера на величину линейной плотности формируемого слоя. 8. Разработана схема модернизации бункерного питателя в составе поточной линии для короткого льняного волокна и очеса, путем его оснащения системой автоматического регулирования линейной плотности слоя, исключающей статическую ошибку регулирования. 15 9. Определены и обоснованы конструктивные и технологические параметры для проектирования автоматического слоеформирующего бункера на основе исследования механических свойств волокнистых материалов в массе и путем расчета передаточной функции новой конструкции бункерного питателя. 10. Разработанные теоретические вопросы и конкретные устройства предназначены для организаций, осуществляющих проектирование нового оборудования текстильной промышленности, для переработки короткого льняного волокна и очеса, грубых волокон. 11. Практическая реализация разработанных слоеформирующих устройств может быть осуществлена в форме модернизации действующего оборудования, в частности на приготовительных поточных линиях типа ПЛ-КЛ, ПЛ-1-КЛ и ПЛ150-П1 предприятий льняной промышленности. Основное содержание работы отражено в следующих публикациях: 1. Кузнецова Н.С. Аналитическое определение деформации порции волокнистого материала в массе при сжатии / В.И. Жуков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.—2004. №6. (входит в «Перечень…» ВАК) 2. Патент РФ 2253708 С1 : Автоматический слоеформирующий бункер / В. И. Жуков, Н. С. Кузнецова; заявл. 19.07.2004; опубл. 10.06.05 Официальный бюллетень. Изобретения и полезные модели №16, – 4с. (входит в «Перечень…» ВАК) 3. Кузнецова Н.С. Растяжение волокнистых материалов в массе / В.И. Жуков // Сборник научных трудов молодых ученых и аспирантов. Кострома – КГТУ. 2002 г. 4. Жуков В.И. Механические свойства ориентированных волокнистых материалов при сжатии / Н.С. Кузнецова, В.В. Иваницкий // Вестник костромского государственного технологического университета №9. – 2004. 5. Кузнецова Н.С. Взаимосвязь деформации и напряжения порции волокнистого материала при сжатии и снятии нагрузки / Вестник костромского государственного технологического университета, №11. – 2005. 6. Кузнецова Н.С. Расчет толщины слоя волокна под нажимным валиком с помощью программирования в системе Delphi / Научные труды молодых ученых КГТУ / КГТУ. – Вып. 6. – Кострома: КГТУ, 2005. – Часть 1. – 162 с. 7. Кузнецова Н.С. Исследование влияния релаксации на процесс сжатия волокнистого материала / В.И. Жуков // Научные труды молодых ученых. В 2 ч. Часть 1/КГТУ.– Вып. 7. – Кострома : КГТУ, 2006. – 195 с. 8. Кузнецова Н.С. Система регулирования автоматического бункерного питателя / Вестник КГТУ №13, 2006. 9. Кузнецова Н.С. Расчет толщины слоя волокнистого материала в массе под действием нажимного валика / В.И. Жуков // Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях», 2002. 16 10. Кузнецова Н.С. Исследование влияния процесса вывода волокнистого материала из вертикального бункерного питателя на процесс формирования слоя / В.И. Жуков // Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (текстиль 2002). – М.: Моск. гос. текст. универ. – 2002. 11. Кузнецова Н.С. Аналитическое определение деформации порции волокнистого материала в массе при сжатии / В.И. Жуков, В.В. Иваницкий // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-17: Сб. трудов ХVII Международная науч. конф.: В 10 т. Т.9. Секция 11/ Под общ. ред. В.С. Бадакирева. - Кострома: изд-во КГТУ, 2004. – 164 с 12. Жуков В.И. Механические свойства ориентированных волокнистых материалов при сжатии / Н.С. Кузнецова, В.В. Иваницкий // Тезисы докладов 56й межвузовской научно-техн. конф молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству»: Кострома: Изд-во КГТУ, 2004. 13. Кузнецова Н.С. Взаимосвязь деформации и напряжения порции волокнистого материала при сжатии и снятии нагрузки с учетом релаксации / В.И. Жуков // Тезисы докладов научно-технической конференции «Прогресс 2006». Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности. Иваново 2006 г. 14. Кузнецова Н.С. Алгоритм расчета толщины слоя волокнистого материала под нажимным валиком бункерного питателя / Жуков В.И. // Тезисы докладов научно-технической конференции «Дни науки 2006». Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности. Санкт-Петербург 2006 г. 15. Кузнецова Н.С. Совершенствование поточной линии ПЛ-150-П1 путем оснащения бункерного питателя системой автоматического регулирования / В.И. Жуков // Тезисы докладов научно-технической конференции «Вступление России в ВТО и повышение эффективности льнопроизводственного комплекса» Вологда 2006 г. 16. Кузнецова Н.С. Исследование влияния ширины нижней части бункерного питателя на параметры слоя волокнистого материала / В.И. Жуков // Тезисы докладов Лен-2006.
