Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор, цель и задачи исследования 11
1.1. Анализ направлений совершенствования процесса чесания 11
1.2. Чесальные машины со шляпками различных конструкций 14
1.3. Сдвоенные чесальные машины 22
1.4. Чесальные машины с неподвижными сегментами 27
1.5. Валичные чесальные машины . 30
1.6. Чесальные машины с комбинированными зонами чесания 39
1.7. Чесальные машины с конденсором 43
1.8. Выводы по главе и постановка задач исследований 51
2. Моделирование процессов чесания и выравнивающей способности модернизированной малогабаритной чесальной машины методами имитационного вычислительного эксперимента ..., 53
2.1. Передаточная функция и имитационная модель модернизированной чесальной машины с одинарными валиками ВЗЧ.01 53
2.2. Передаточная функция и имитационная модель модернизированной чесальной машины с двойными валиками ВЗЧ.02 58
2.3. Передаточная функция и имитационная модель модернизированной чесальной машины с тройными валиками ВЗЧ.03 65
2.4. Исследование выравнивающей способности модернизированных малогабаритных чесальных машин методами имитационного моделирования 70
2.5. Выводы по главе 72
3. Технологические испытания чесальных машин с вариантными зонами чесания 73
3.1. Исследование малогабаритной чесальной машины оснащенной одинарными валиками ВЗЧ.01 73
3.2. Исследование процесса чесания на малогабаритной чесальной машине оснащенной двойными группами валиков ВЗЧ.02 80
3.3. Исследование процесса чесания на малогабаритной чесальной машине оснащенной тройными группами валиков ВЗЧ.03 108
3.4. Расчет условного годового экономического эффекта
от внедрения ВЗЧ.03 128
3.5. Выводы по главе 134
4. Компьютерное моделирование зоны съема волокна ... 136
4.1.Прибор для определения засоренности волокнистой массы 136
4.2. Разработка математической модели для расчета условий удержания волокна на зубе гарнитуры 138
4.3. Построение и исследование картины воздушного поля в зоне съема волокна на приборе для определения засоренности волокнистой массы. 142
4.4. Моделирование движения частиц в воздушном поле 147
4.5. Имитационное моделирование движения частиц с использованием ЭВМ 149
4.6. Выводы по главе 156
5. Совершенствование процесса чесания 157
5.1. Обоснование выбора технологической схемы, конструктивные особенности зон чесания и слоеформирования усовершенствованной чесальной машины 157
5.2. Новый привод органов питания и выпуска чесальной машины 160
5.3. Чесальная машина многоцелевого назначения 164
5.4. Выводы по главе 169
Общие выводы 170
Список используемой литературы
- Сдвоенные чесальные машины
- Передаточная функция и имитационная модель модернизированной чесальной машины с двойными валиками ВЗЧ.02
- Исследование процесса чесания на малогабаритной чесальной машине оснащенной двойными группами валиков ВЗЧ.02
- Разработка математической модели для расчета условий удержания волокна на зубе гарнитуры
Введение к работе
В настоящее время текстильная промышленность нашей страны находится в трудном положении. Одна из ключевых проблем отрасли — это сырье. В последнее десятилетие Россия оказалась изолированной от мировых хлопковых путей. В итоге мы получили ситуацию, когда Узбекское хлопковое волокно, составляющее в первой половине девяностых годов семьдесят процентов в совокупности потребления российского рынка, предлагают Ивановским, Подмосковным и прочим предприятиям американские фирмы. С 1995 года появилась практика работы фабрик на «давальческом сырье», при которой денежных средств хватает лишь на выплату минимальной заработной платы. Эта практика не изжила себя и сегодня: не менее 30 — 40 процентов хлопчатобумажной пряжи производится из «давальческого сырья». В конце 2003 - начале 2004 года цена на хлопок начала резко подниматься. В связи с этим, а также и другими проблемами некоторые прядильно-ткацкие фабрики г. Иваново и Ивановской области вынуждены закрыться [1].
На работающих предприятиях отрасли в настоящее время основной проблемой является модернизация активной части основных производственных фондов. По количественным показателям станочного парка Россия по-прежнему остается одной из ведущих текстильных стран в Европе и мире. Однако технический уровень оборудования не отвечает современным требованиям. В то же время ввоз в страну современного технологического оборудования ограничен целым рядом заслонов. Взимание НДС и ввозных таможенных пошлин на оборудование приводит к удорожанию технических проектов на 25 %, что делает их непривлекательными для инвесторов, так как окупаемость проектов выходит далеко за рамки приемлемых сроков Исходя из состояния текстильного машиностроения и, в частности, проблем создания новейших чесальных машин, возникает необходимость модернизации существующего станочного парка машин.
В данной диссертационной работе предлагается один из способов совершенствования процесса чесания путем модернизации зоны чесания малогабаритных чесальных машин, а также новые конструкции технологического оборудования, разработанного на основании результатов проведенных исследований. Предлагаемая работа может стать той малой частью решения проблемы модернизации обширного парка существующего отечественного чесального оборудования, без больших затрат, а также его развитием в перспективном направлении.
Сдвоенные чесальные машины
Экспериментальными и теоретическими исследованиями доказано, что в результате повышения скоростей приемного и главного барабанов, применения усиленных узлов приемного барабана, повышения точности изготовления всех рабочих органов, установления минимальных разводок между главным и съемным барабанами и применения высококачественной пильчатой ленты можно достичь значительного повышения производительности чесальной машины и качества вырабатываемого полуфабриката.
Однако ввиду постоянной загруженности волокном игольчатого полотна шляпки обладают недостаточной смешивающей, расчесывающей и очистительной способностью. Поэтому в ряде случаев, особенно при безверетенном способе прядения и в меланжевом производстве стали применять двойное чесание или использовать двухбарабанные чесальные машины с двумя шляпочными полотнами.
Сдваивание осуществлялось на базе машин нормального габарита по различным схемам, приведенным нарис. 1.5 - 1.7.
Как видно из рисунков, в первом варианте машина имеет один приемный барабан, три съемных барабана, из которых один играет роль передающего барабана, и два главных барабана. Во втором варианте машина имеет два приемных (приемный барабан после первого съемного барабана играет роль передающего барабана), два главных и два съемных барабана. Дополнительные съемные и приемные барабаны сохраняют свои названия, так как имеют диаметры этих органов, хотя выполняют роль передающих барабанов [72].
В СССР сдваивание чесальных машин применялось на Ленинградском прядильно-ниточном комбинате им. С.М.Кирова и на Воронежской прядильно-ткацкой фабрике, где сдваивание осуществлялось по второй схеме на базе машин обычных габаритных размеров. На фабрике «Красная поляна» (Московская область) сдваивание производилось по схеме, приведенной на рисунке 1.7. Качество прочеса значительно повысилось.
Результаты испытаний сдвоенных чесальных машин в сравнении с обычными, проведенными на комбинате им. СМ. Кирова при переработке хлопка разных сортировок, показали, что при переработке тонковолокнистого хлопка на определенных скоростных режимах повышается эффективность расчесывания волокна, а производительность повышается в 2-2,5 раза. Качество прочеса, полученного на сдвоенных чесальных машинах, было выше. Это подтверждается результатами исследований, проведенных на других фабриках [72, 73].
В связи с внедрением пневмомеханических прядильных машин резко возросли требования к качеству чесальной ленты. Это вызвало необходимость дальнейшего совершенствования двухбарабанных чесальных машин.
Установлено, что степень совершенства процесса чесания оценивается по количеству пороков и сорных примесей в чесальной ленте, но не учитывается, что при пневмомеханическом прядении необходимо определить еще разъединенность волокон и содержание мелкодисперсной пыли [74]. На уровень обрывности при пневмомеханическом способе прядения оказывают влияние основные качественные показатели питающей ленты -содержание пороков и сорных примесей в ленте, разъединенность комплексов волокон и неровнота ленты [75].
В работе [76] указывается, что фирмой «Дуокард» предложена чесальная машина, выполнявшая функции двойного чесания. В отличии от прежнего принципа двойного чесания здесь значительно сокращались занимаемая площадь, количество выделяемых отходов, численность обслуживающего персонала, повышалась производительность машин в 2 — 3 раза без ухудшения качества прочеса.
Одним из основных недостатков метода сдваивания чесальных машин явилась трудность установки разводок между главными барабанами и промежуточным барабаном [15].
В 1965 г. в Ленинграде по проекту СКБТИ и ЛенНИИТП на базе малогабаритных машин была создана экспериментальная двухбарабанная чесальная машина 4MB-2 Б. Машина имеет два главных барабана, передача волокон происходит непосредственно с первого по ходу продукта главного барабана на второй. Это является конструктивным преимуществом перед приведенными выше схемами сдваивания чесальных машин. Кроме того, это является и технологическим преимуществом, так как машина получает сильную дополнительную зону чесания между двумя главными барабанами при высоких скоростях обоих чешущих органов.
Изыскание средств для снижения обрывности на пневмомеханических прядильных машинах БД-200 вызвало необходимость создания чесальной машины, качество вырабатываемого продукта которой удовлетворяло бы требованиям пневмомеханического прядения. Такими машинами стали ЧМВ-2Б, ЧМД-4 (рис. 1.8) и ЧМД-1000 (рис. 1.9), разработанные Ивановским СКБ ЧМ на базе машины ЧММ-450-4.
Передаточная функция и имитационная модель модернизированной чесальной машины с двойными валиками ВЗЧ.02
В этом пункте KPi - часть подводимого потока переходит на і - й рабочий валик, а затем на / - й чистительный валик, а оставшаяся (7 - KPl) часть подводится главным барабаном к пункту 7 второй пары валиков. Далее процесс повторяется в "т" рабочих парах. Условие материального баланса для рабочей пары можно записать так: Qax(t) + Qo(t-At6.4)=QBbix(t-At)+Q0(t+At), (2.20) где At = AL/ОГБ— время движения волокон в зоне: 4-6. т6-4 - время движения волокон от точки 6 до точки 4 на рабочем, а затем и чистительном валиках: где КРІ - доля волокон, переходящих с главного барабана на рабочий валик Крі Крі Крз Крф После преобразования по Лапласу уравнения (2.20) получим: QBX(P) +Крї 2вх(р)ехр(-рАі) ехр(-рт6.4) = =QBbix(p)exp(-pAt)+KPtQBbIX(p)exp(-pAt). (2.22) Передаточная функция рабочей пары имеет вид: w ( \- @вых О) _ ехр(-/7Т4 )(1 - Кп)ехр(-рг6_4) „ --. Qex ІР) 1 - exp( pr4_6)KFl(-рт А)(1 -KSl) где КВІ - доля волокон и примесей, выделяемых в отходы из потока волокон, транспортируемого рабочими парами.
Так как 4 рабочие пары действуют последовательно, то передаточная функция преобразования волокнистых потоков в этих зонах имеет вид: Wfin{P) = f[WPM(P)- (2.24) м
Кроме того в зоне «главный барабан - рабочая пара» происходит аккумуляция (накопление) волокна. Для получения математической модели этого процесса рассмотрим ее как емкость.
Изменение запаса волокон в этой зоне можно описать дифференциальным уравнением: dQ(t)=QrsBX(t) vrBdt - QrBBblX(t) vrsdt, "(2.25) ПГ/У га \r где QrB (t), Qrs (0 — линейная плотность потоков на входе и выходе, ктекс; L T— скорость главного барабана, м/с.
Полагая, что выход из зоны «главный барабан - рабочая пара» пропорционален удерживающей способности этой зоны можно записать: QrBBbix(t)=KQ(t)- Q(t)=QrBBNx(t)/K. (2.26)
После преобразования дифференциального уравнения (2.25) с учетом выражения (12) находим, что передаточная функция для зоны «главный барабан — рабочая пара»: WrBI(p)=l/(l+T,p), (2.27) где ТІ — постоянная времени рабочей пары, с.
Профессор Н.М. Ашнин показал, что величина Tj соответствует среднему времени пребывания волокон в машине и равна: т f К + г Ь , (2.28) 1 tfKc(l-Kpi) ГБ Кс Таким образом, с выражениями (2.24) и (2.26) общая передаточная функция чесания и взаимного обмена волокнами в зоне: 4 - 6, 7 - 9, 10 - 12, 13 -15 при взаимодействии гарнитур рабочих валиков с чистительными и главным барабаном имеет вид: W4Eci(p) = WPn(p)WAK(p). (2.29) Процесс 5-й. Чесание и раздвоение потока волокон в зонах «главный барабан - съемный барабан» 16 - 16 .
Этот процесс полностью аналогичен процессу, рассмотренному в предыдущей модели.
С учетом, что в системе имеется положительная обратная связь передаточную функцию машины можно записать так: t1 - Wnc (pWac ІР)\Еонщ где Wnc(p) и Woc(p) - передаточные функции соответственно в цепи прямой и обратной связи; ЕОБЩ— общая вытяжка. Wnc(p)=WTp(pWm(p)W4EC(p)Kc, (2.31) Woc(phW]6_y(pMl-Kc)expEp(T}6_3), (2.32) м 1- &пгЛр) = схр(-ртр0)Ки(\-КВІ) (2.33) ЕОБЩ О + Тр) + Тр У 1 - ыр(-ртРП )KPl (1 - Кя ) где тОБЩ = J] г, - общее время транспортного запаздывания, с, ? я - время транспортировки волокна в рабочих парах, с. Общая передаточная функция модернизированной двухбарабанной чесальной машины [117] (Ч-Т РУ Wom (p) = WnrB(p) + W2 ГБ (р) = WnrE {pi (2.34) где Тт2 — постоянная времени 2-го главного барабана.
Передаточная функция и имитационная модель модернизированной чесальной машины с тройными валиками ВЗЧ.ОЗ
Рассмотрим движение потока волокон в чесальной машине с тройными группами валиков. Пусть Q(t) - случайный процесс, характеризующий изменение линейной плотности потока волокон от его среднего значения Qicp(t) в каждом і -м поперечном сечении движения продукта на валичной чесальной машине в момент времени t. Обозначения (/=1...17) интересующих нас сечений движения потока волокон через чесальную машину приведены на рис. 2.4. Предполагаем, что машина работает в установленном режиме, а линейные плотности волокнистого материала Qi(t), Q.2(i),...Q.n(t) являются случайными функциями времени t.
Исследование процесса чесания на малогабаритной чесальной машине оснащенной двойными группами валиков ВЗЧ.02
Достоверность полученных результатов обеспечена большим объемом проведенных исследований, а также проверкой их при доверительной вероятности р=0,955 [122]...
Проведенные исследования показали положительное влияние валичной зоны чесания при переработке искусственных волокон на ход технологического процесса. При использовании валичной зоны чесания улучшается неровнота полуфабриката на длинных и коротких отрезках более чем на 8% за счет смешивания, сложения и выравнивания в зоне «главный барабан - валики». Физико-механические показатели и структура пряжи значительно улучшаются, что приводит к снижению обрывности в прядении более чем на 13% .
Многолетний опыт работы шляпочных и валичных чесальных машин свидетельствует о том, что валичная чесальная машина обеспечивает эффективную очистку хлопка низких сортов с повышенной засоренностью.
Используя практику работы валичных и шляпочных чесальных машин сотрудниками СКИБ ИГТА под руководством Зарубина В.М. была разработана конструкция модернизированной чесальной машины ЧМД-4, применяемой в пневмомеханическом прядении. Сущность модернизации заключается в том, что шляпочное полотно над первым главным барабаном было заменено валиками (рис. 3.4). Всего было установлено четыре пары валиков. В каждой паре один из валиков выполняет функцию чистительного, другой - функцию расчёсывающего. Диаметр рабочих и чистительных валиков одинаков и составляет 88 мм. Рабочие валики обтянуты гарнитурой СН-4056-01, чистительные валики — ГБ-3575-01. На рис. 3.5 приведена кинематическая схема валичной зоны чесания (ВЗЧ.02).
Перед первой парой валичной зоны чесания установлены соро-отбойные ножи 3 и шнековый механизм 4 для удаления отходов (рис.3.7). Шнековый механизм (рис.3.6) представляет собой вал 2 с приваренными к нему кольцами, вращающийся в трубе 1, которая крепится к щекам главного барабана. Конструктивные особенности и работа валичной зоны чесания с двойными валиками
Валичная зона чесания с двойными валиками (ВЗЧ.02) устанавливается на первом, по ходу движения волокнистого материала, главном барабане двухбарабанной чесальной машины.
Обработанный приемным барабаном волокнистый материал поступает в зону чесания «главный барабан - валики», где он сначала подается к первой рабочей паре - рабочему. 1 и чистительному 2 валикам (рис. 3.7). Между первым рабочим валиком и главным барабаном происходит разделение клочков волокна на более мелкие, причем одна часть волокна уносится барабаном ко второй рабочей паре, другая остается на рабочем валике. С рабочего валика волокнистый материал снимается чистительным валиком и передается на главный барабан, где волокна смешиваются со вновь вводимыми клочками смеси. Так как на барабан непрерывно поступают новые клочки волокон, в зоне взаимодействия рабочих пар с барабаном происходит разделение комплексов волокон и их перемешивание.
Для интенсивного удаления сорных примесей на выходе волокон из валичной зоны чесания установлены сороотбойные ножи 3. Выделяющиеся сорные примеси попадают в шнековый механизм 4, расположенный под сороотбойным ножом, который отводит сор в централизованную систему.
Такая конструкция узла чесания позволяет повысить качество выпускаемого продукта. Целью исследований является проведение технологических испытаний на модернизированной и обычной (контрольной) чесальных машинах ЧМД-4, анализ полученных результатов и определение оптимального режима работы валичной зоны чесания. Состав сортировки и план прядения по выработке пряжи линейной плотности 29,0 текс представлены в табл. 3.5 и 3.6.
Разработка математической модели для расчета условий удержания волокна на зубе гарнитуры
Барабан своими колками ударяет по бородке хлопка, выбивая крупные сорные примеси, которые подают через решетку 7 в угарную камеру 8. Одновременно колки отрывают клочки хлопка, они увлекаются по движению барабана и ударяются о зубья гребенок 11 и 12. Взаимное действие колков и зубьев разукрупняют клочки и выделяют сорные примеси, находившиеся внутри крупных клочков. Решетка 7 препятствует попаданию клочков в угарную камеру 8 со съемным ящиком 9 и крышкой 10 для его уборки. Те клочки, которые зацепились за колки барабана, будут сброшены зубьями 13 и попадут вместе с остальными в зону действия конденсора 14, внутренняя полость которого соединена через фильтр с всасывающим отверстием вентилятора. Над зоной взаимодействия колкового барабана и конденсора находится крышка 16, направляющая волокнистый материал на конденсор. Образовавшийся на конденсоре равномерный слой клочков уплотняется уплотняющим валиком 15 и конденсор, поворачиваясь, подает уплотненный слой питающим пильчатым валикам 17 и 18. Над зоной взаимодействия колкового барабана и конденсора находится крышка 16, направляющая волокнистый материал на конденсор. Конденсор обеспечивает гарантированную и равномерную подачу предварительно очищенного от сорных примесей хлопка к питающим пильчатым валикам, а также предотвращение выпадения прядомого волокна в угарную камеру 8.
Снятый питающими пильчатыми валиками слой хлопка с конденсора подается к быстро вращающемуся пильчатому барабану 19, при этом клочки хлопка дискретизируются до отдельных волокон, при помощи отбойного ножа 20 и сетки 21 происходит окончательное выделение сорных примесей. Прядомые волокна снимаются с поверхности пильчатого барабана съемным ножом и воздушным потоком, создаваемым конденсором 25. Переход волокна организован разделительным листом 22, который в верхней части вместе со съемным ножом 23, далее волокна двигаются через сопло 24, , на поверхность конденсора 25. Уплотняющий валик 26 прессует слой хлопка на конденсоре, а съемный нож 28 снимает этот слой. Ниже конденсора 25 находится камера чистого волокна 27, направляющие ящика 29 и крышка из прозрачного материала 30. Воздух, проходящий через конденсоры 14 и 25, движет за собой частички пыли, которые откладываются на фильтре.
Моделирование воздушной среды в зоне сброса машины является одним из важных направлений в исследовании аэродинамических процессов включая как съем волокна с гарнитуры рабочего органа, так и движение в воздушной среде.
При изучении методов расчета движения волокна в процессе съема его с поверхности вращающихся пильчатых барабанов выяснилось, что существует ряд допущений, которые являются спорными.
При разработке математической модели для расчета процесса аэросъема волокна с гарнитуры пильчатого барабана в ряде литературных источников принято положение, что центр тяжести волокна находится на основании зуба гарнитуры [127]. Далее будет рассматриваться вопрос об обоснованности данного утверждения.
Схема действия сил на волокно изображена на рис. 4.2, где действия сил на волокнистый материал на гарнитуре пильчатого барабана осуществляются при вертикальном съеме в сторону, противоположную направлению действия силы тяжести.
Система координат хОу привязана к рабочей поверхности зуба, а для расчетов приняты следующие обозначения: т — масса волокна; N — сила нормального давления; D - сила давления волокна на зубья гарнитуры; G — сила тяжести (G=mg); W — сила аэродинамического воздействия; F центробежная сила {F=mo}R)\ Т— сила трения (T=/uN); R - радиус барабана; Р - коэффициент заполнения гарнитуры; а - угол, ограничивающий зону съема волокна с зуба гарнитуры; /3 - угол наклона зуба гарнитуры; fi -коэффициент трения волокна о сталь; со - угловая скорость барабана; h -высота зуба гарнитуры; tCQ время сброса волокна.
Для построения математической модели использовали упрощенный анализ действия сил, основанный на применении второго закона Ньютона для единичного волокна. Этот подход обеспечил простое математическое решение задачи.
