авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Обоснование параметров рабочих органов машины для получения короткоштапельного льняного волокна

-- [ Страница 1 ] --

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

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 научно-исследовательский 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

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 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.

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;
  • 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 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 контролируемого разрыва. Следует отметить, что во многих существующих конструкциях машин это метод реализован неэффективно.

В КГТУ была разработана установка, 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.

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 (1)

Y2 = 39,9 – 0,6X1 – 6,5X2 + 17,1X3 – 1,8X12 + 18,1X13 – 13,2X23 + 0,8X123 (2)

Y3 = 33,7 + 6,2X1 + 17,5X2 – 5,1X3 + 21,8X12 + 1,9X13 + 6,6X23 – 9,8X123 (3)

Y4 = 25,8 – 0,6X1 + 10,9X2 – 1,4X3 + 13,9X12 – 6,8X13 – 0,9X23 – 7,4X123 (4)

где Х1 – наличие или отсутствие вращения разволокняющего органа;

Х2 – ширина разводки зажимов, мм;

Х3 – глубина врезания разволокняющего органа в материал, мм.

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 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.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.