Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса и результатов исследований процесса обескостривания льняного волокна 10
1.1 Процессы подготовки льна к трепанию и факторы, предопределяющие эффективность трепания 10
1.2. Характер воздействий на прядь в процессе трепании и причины повреждения волокна 12
1.3. Оборудование для удаления костры и результаты исследований процесса трепания 15
1.4. Оценка интенсивности проработки сырья в процессе трепания 18
1.5. Исследования кинематики и динамики пряди при ее взаимодействии с рабочими частями барабанов трепальной машины 20
1.6. Возможности дискретных методов при моделировании процесса обработки сырца трепанием 23
1.7. Описание воздействия била на прядь как удара 24
1.8. Эффективность трепальных воздействий по обескостриванию волокна. 25
ГЛАВА 2. Моделирование процесса обескостривания при трепании льна 36
2.1 Моделирование перехода связной костры в насыпную 37
2.2. Моделирование процесса удаления насыпной костры 40
2.3. Модель расчета кинематических и силовых параметров процесса трепания 43
2.4 Экспериментальное определение состава костры по длине пряди в процессе трепания 55
ГЛАВА 3. Теоретическое обоснование решений для интенсификации процесса обескостривания льна 61
3.1. Исследование влияния неподвижной направляющей кромки вблизи зажима на процесс трепания
3.2. Исследование условий снижения пиковых натяжений пряди в процессе трепания за счет использования эффекта амортизации 71
3.2.1. Поисковый эксперимент для проверки предположения о снижении нагружений пряди вследствие использовании подпружиненных опор 71
3.2.2. Теоретические исследования влияния параметров упругой опоры на величину относительного снижения натяжения в момент удара 74
3.3. Исследование жесткой подпружиненной направляющей 78
3.3.1. Исследование линейно упругой подпружиненной направляющей 78
3.3.2. Исследование подпружиненной направляющей с ограниченным ходом 80
3.3.3. Исследование нагрузок на кромку подвижной направляющей, характера ее перемещения и оценка влияния буферной направляющей на нагружение прядей с использованием разработанной компьютерной модели процесса
трепания 85
3.4 Исследование направляющей в виде гибкой балки 90
3.5. Исследование направляющей в виде массива гибких элементов 95
ГЛАВА 4. Оценка технологической и экономической эффективности новых технических решений для интенсификации процесса обескостривалия льна 99
4.1. Исследование условий силового нагружения прядей в процессе трепания с использованием пассивных криволинейных направляющих 99
4.2. Оценка технологической эффективности обработки льна с использованием пассивных криволинейных направляющих 110
4.3. Оценка экономической эффективности обработки льна с использованием пассивных криволинейных направляющих 114
4.4. Программный комплекс для моделирования процесса трепания 115
4.5. Рекомендации для практического использования новых технических решений для интенсификации процесса обескостривания льноволокна 118
Общие выводы 120
Список литературы 1
- Оборудование для удаления костры и результаты исследований процесса трепания
- Модель расчета кинематических и силовых параметров процесса трепания
- Поисковый эксперимент для проверки предположения о снижении нагружений пряди вследствие использовании подпружиненных опор
- Оценка технологической эффективности обработки льна с использованием пассивных криволинейных направляющих
Введение к работе
Актуальность исследовательской темы. В настоящее время на предприятиях первичной обработки льна при производстве трепаного волокна существенно увеличилась (до 50...60%) доля недоработанных волокнистых прядей. Их особенностью является наличие костры, сосредоточенной в основном в средних участках горсти. Наличие таких прядей вынуждает предприятия нести дополнительные затраты, что ухудшает рентабельность производства и ведет к снижению выхода длинного волокна. Поэтому данная проблема является актуальной и требует решения, так как связана с обеспечением рациональной переработки льна, как сырья для льнокомбинатов. Необходимые решения должны основываться на совершенствовании машинных технологий переработки льняной тресты, при реализации которых сложатся благоприятные условия обескостривания средних участков обрабатываемого волокнистого материала при исключении потерь длинного волокна.
Актуальность изучаемой темы подтверждается планами развития производства льна, предусмотренных Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. (утверждена Правительством РФ, постановление № 717 от 14 июля 2012 г.) и региональной программой развития льноводства в Костромской области.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение качества льняного трепаного волокна за счет снижения его закостренности на основе совершенствования процесса трепания льна и параметров конструкции машины для его реализации.
Для достижения обозначенной цели поставлены следующие задачи исследования:
обосновать возможные направления совершенствования процесса обескостривания льняного сырца при трепании с учетом обеспечения качества волокна в соответствии с требованиями действующего стандарта;
развить теоретические положения процесса трепания, связанные с обескострива-нием льняных прядей, и создать основы для прогнозирования результатов этого процесса;
обосновать условия, обеспечивающие интенсификацию процесса удаления костры, прежде всего из зоны, расположенной вблизи зажимного транспортера;
исследовать варианты улучшения конструкции трепальной машины;
обосновать рациональные формы и параметры ее новых рабочих органов, провести экспериментальную проверку их эффективности;
разработать рекомендации по использованию результатов исследований, оценить технологическую и экономическую эффективность новых рабочих органов трепальной машины.
Методы исследования. Методологической основой исследования явились работы отечественных и зарубежных ученых в области первичной переработки льняного волокна.
При проведении исследований использовались методы теоретической механики, механики деформируемых тел, дифференциального и интегральных исчислений. Программная реализация моделей выполнена в среде программирования Microsoft Visual Studio (язык С#). Модели отдельных явлений и процессов реализованы в математических пакетах Scilab, MathCAD, среде программирования Delphi.
В экспериментальных исследованиях использовались методы планирования эксперимента и тензометрии. Обработка результатов экспериментов проводилась с использованием алгоритмов математической статистики, реализованных в пакете прикладных программ STATISTICA.
Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций подтверждена правильной методической основой и корректным применением принятых допущений, сходством результатов моделирования с общепринятыми представлениями, а также итогами наблюдений и экспериментальных исследований.
Научная новизна работы заключается в разработке метода прогнозирования результатов процесса обескостривания льна, алгоритмов расчета его параметров и характеристик функционирования рабочих органов трепальной машины, обеспечивающих практическую возможность интенсификации удаления костры из льняных прядей.
В диссертационной работе впервые:
разработана комплексная динамическая модель удаления костры в процессе трепания, учитывающая поэтапную детерминистическую оценку параметров состояния костры, начиная с ее излома (мельчения), отдирания присушистой костры и вероятностную оценку ее удаления из многостебельного слоя;
разработан алгоритм расчета остаточного содержания костры в пряди, ее распределения по длине пряди и фракционного состава, учитывающий свойства сырья, конструкцию трепальной машины и технологические параметры процесса трепания, впервые позволивший проводить сравнительный анализ различных конструкций трепальных машин по условиям эффективности удаления костры;
получено технологическое обоснование решений для интенсификации процесса обескостривания прядей льняного сырца вблизи зоны зажима путем их продольного относительного смещения, увеличения градиента сил натяжения и циклического изменения объемной плотности слоя.
Практическая ценность работы и реализация полученных результатов. В результате выполнения диссертационного исследования разработаны практические рекомендации по совершенствованию конструкции трепальной машины за счет применения направляющих вблизи зажимного транспортера. Они приняты для использования Ивановским механическим заводом им. Г.К. Королева путем модернизации конструкции существующей трепальной машины мяльно-трепального агрегата МТА-2Л. Установлено, что с их применением снижение закостренности длинного волокна может достигать 2% (абс), что улучшает его качество примерно на один номер. Ожидаемый экономический эффект применения предлагаемых рекомендаций составляет порядка 100 рублей на одну тонну тресты, что повышает рентабельность производства льняного волокна.
В качестве перспективного решения предложен вариант модернизации трепальных машин с винтовыми барабанами путем использования опоры в виде массива упругих элементов.
Кроме этого, результаты проведенного диссертационного исследования внедрены в учебный процесс КГТУ при подготовке инженеров, бакалавров, магистров в рамках дисциплин «Технология и оборудование производства натуральных волокон» и «Проектирование текстильных машин». Это относится к использованию усовершенствованного программного комплекса «Трепание», обеспечивающего расчет параметров процесса и элементов конструкции трепальной машины применительно к обескостриванию льна.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и получили одобрение: на международной научно-технической конференции «Лен-2006» (г. Кострома, КГТУ, 2006); на международной научно-практической конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г. Вологда, ОАО ЦНИИЛК, 2007, 2008); на заседании отдела механической переработки льна ВНИИ по переработке лубяных культур (г. Кострома, 2007 г.); на всероссийской студенческой конференции «Текстиль» (г. Москва, МГТУ, 2007, 2009, 2012, 2014); на между-
народной научно-технической конференции «Текстиль» (Украина, г. Глухов, Институт лубяных культур, 2007); на международных научно-практических конференциях «Лен-2010», «Лен-2012», «Лен-2014» (г. Кострома, КГТУ, 2010, 2012, 2014 гг.); на расширенных заседаниях кафедры технологии производства льняного волокна КГТУ (г. Кострома, КГТУ 2012, 2013, 2014 гг.); на Всероссийском семинаре по теории машин и механизмов (г. Кострома, КГТУ, 2012, 2013 гг.); на семинаре по математическому моделированию (г. Кострома, КГТУ, 2013 г.), на заседании кафедры технологии машиностроения ИГЭУ (г. Иваново, ИГЭУ, 2013 г.), на заседании кафедры механических технологий волокнистых материалов МГУДТ (г. Москва, 2014 г.), на заседании кафедры машин и аппаратов легкой промышленности МГУДТ (г. Москва, 2014 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 работ, в том числе монография, 4 статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий», 10 в научно-технических журналах, 12 тезисов докладов. Техническая новизна решений, соавтором которых является соискатель, защищена 4 патентами РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 130 наименований. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 2 таблицы, имеет 8 приложений.
Благодарность. Автор выражает благодарность заведующему кафедрой технологии производства льняного волокна Костромского государственного технологического университета д.т.н., профессору Пашину Евгению Львовичу за оказанную поддержку и консультации при выполнении данной работы, а также благодарит сотрудников кафедры за помощь в проведении исследований.
Оборудование для удаления костры и результаты исследований процесса трепания
Для всеобъемлющего описания поведения волокна в ходе трепания в силу сложности объекта и явлений до сих пор нет работоспособной физико-математической модели. Исследователи чаще опираются на экспериментально-статистические результаты, анализируют отдельные факторы, вводят в теоретические модели существенные упрощения. В целом накоплен большой практический и теоретический материал.
В ходе экспериментальных исследований причин образования отходов волокна при трепании было установлено, что расчетные технологические напряжения значительно меньше разрывной прочности волокна [26]. Значит, нельзя считать, что разрушение волокон при трепании наступает только вследствие заведомого, предопределенного схемой процесса чрезмерного растяжения. И.Н. Левитский обращает внимание на иные механизмы утраты прочности [28]. Он полагает, что частицы древесины, расположенные внутри пряди, при огибании слоем кромки могут повреждать волокна своими острыми краями.
При анализе повреждений на концевом участке пряди обычно полагают, что главной причиной обсечки является захлестывание свободного конца пряди за кромку била [27,28]. Под действием сил инерции прядь огибает бильную планку и прижимается к под бильной решетке. Большая величина сил инерции и углов охвата порождает значительные силы трения волокна по кромке бильной планки и элементам под бильной решетки. Полагая, что захлестывание свободных концов пряди относительно кромки била при трепании является неизбежным, различают захлестывание необходимое и чрезмерное [28,29], Строгого обоснования оптимального уровня захлестывания не составлено. В механизме разрушения волокон в процессе захлестывания исследователи особенностей не усматривают.
Для наших целей интересны выводы Разина С.Н., который исследовал условия получения модифицированного льняного волокна с определенным поперечным размером [30]. Рассмотрев механизмы разволокнения, автор сформулировал условия нарушения межволоконных связей при исключении поперечного разрыва элементарных волокон и установил, что наибольшее значение имеет радиус кромки била и толщина пряди. Механизм разрушения технических льняных волокон в данной работе рассмотрен без учета последствий поперечного сжатия волокон на кромке била.
Таким образом, осуществляя процесс трепания, приходится решать оптимизационную задачу. Подбирать его параметры так, чтобы обеспечить должную силу воздействий для удаления костры, с одной стороны, и минимизировать разрушение волокон, с другой стороны.
Вследствие различия комплекса свойств исходного льняного сырья (влажность, толщина стеблей, отделяемость волокна, разрывная прочность, гибкость) при равном механическом воздействии получают существенно различный результат. Одни партии сырья или группы стеблей внутри партии обрабатываются хорошо, другие получают в значительных количествах повреждения волокон, третьи отличаются большой остаточной закостренностью. Как следствие вариации свойств сырья и соответствующей неадекватности уровня технологических воздействий появляется «недоработка» [31]. Повысив интенсивность механических воздействий, количество недоработки можно уменьшить за счет лучшего удаления костры. Одновременно, легко прорабатываемые стебли получат излишние повреждения волокон. В итоге выход длинного волокна может снизиться. Как следствие этого явления утвердилась точка зрения, что и при хорошо организованном процессе трепания недоработка обязательно возникнет. Ее следует рассматривать как неизбежность, а размер недоработки является одним из показателей рациональности технологического процесса получения длинного волокна [21].
Пашиным Е.Л. и соавторами проводились исследования по определению закономерностей формирования волокнистых потерь при трепании недоработанного волокна [32,33]. Результатом исследований явилось решение по модернизации барабанов трепальных машин, позволившее добиться снижения волокнистых потерь при обработке недотрепа [34,35].
Авторы работ, посвященных исследованиям причин образования отходов при трепании, единодушны в оценках, что наибольшему механическому воздействию подвергается концевая часть пряди. Таким образом, при выборе параметров процесса трепания нацеленного на повышение равномерности проработки пряди по длине, следует искать решения, направленные на рост количества и уровня воздействий на участок пряди волокна вблизи места ее закрепления и снижение агрессивности обработки свободного концевого участка пряди кромкой била и планками подбильной решетки.
Модель расчета кинематических и силовых параметров процесса трепания
Для решения задачи моделирования процесса обескостривания при трепании льна в качестве исходных данных требуется знать закономерности распределения количества и состав костры по длине пряди. Также для подтверждения результатов компьютерного моделирования обескостривания необходимо провести натурные эксперименты по выявлению закономерностей удаления костры из прядей в процессе трепания. Методика, результаты опытных данных и сделанные нами по результатам их анализа заключения опубликованы в [109] и представлены ниже. Эксперимент проведен совместно с Е.Л. Пашиным, СВ. Бойко.
В качестве исходного материала были использована льнотреста, полученная в условиях Шолоховского льнозавода Костромской области. Эксперимент проводили в следующем порядке. Из промятой льнотресты сырца отбирали три горсти по 75±0,2 г. Каждую горсть делили на десять прядей равной массы.
Пряди первой горсти промятой льнотресты трепанием не обрабатывали. Пряди второй горсти обрабатывали на трепальной машине до момента половины необходимых воздействий: первоначально - комель, затем -вершины. Третью горсть обрабатывали в полном объеме, необходимом по технологии обработки. Для оценки качественного состава и ее количества оставшейся костры был проведен анализ всех прядей волокна..
При последующем анализе оценивали состав костры по длине волокнистых прядей. С этой целью от середины горсти в обе стороны выделяли участки длинной по 80 мм (в сторону комля К1; К2; КЗ; К4; в средине СО и в сторону вершины В1; В2; ВЗ; В4). Костру из каждого участка выбирали вручную, используя пинцет. После выделения ее сортировали на мелкую костру: длина костринок менее 5 мм; крупную костру: длина костринок более 15 мм; оставшиеся костринки составляли группу средней костры (рис. 2.11). Определяли взвешиванием массу каждой группы костры /иг (погрешность взвешивания не более 0,01мг). Подсчитывали количество костринок TV, в каждой группе. Среднюю массу костринки (в миллиграммах) каждой группы вычисляли по формуле: mt - . Результаты обработки по содержанию и составу костры в пряди (средние значения по десяти замерам) приведены в таблице 2.1.
В результате проведенного эксперимента установили: масса мелкой костринки (до 5 мм длины) составила в среднем 0,13- 0,29 мг; масса средней костринки (5-е-10 мм длины) - 0,3 8ч-1,03 мг; масса крупной костринки (более 10 мм) - 1,10ч-1,95 мг.
Распределение костры по участкам пряди По результатам анализа полученных экспериментальных данных были сделаны следующие заключения: - при трепании имеет место интенсивное обескостривание концевых участков пряди (к моменту средины цикла обработки льняного слоя концевые участки прядей уже практически обескострены, в то же время срединные участки прядей содержат некоторое количество костры по окончанию обработки трепанием. - в процессе трепания процентное содержание мелкой костры по отношению к общему ее количеству возрастает (костра измельчается). Наиболее интенсивно в процессе трепания уменьшается количество крупной костры. При совершении 50% воздействий ее максимальное содержание не превышает 1%.
Выявленное распределение костры по длине обрабатываемых льняных прядей далее используется в качестве исходных данных для разработанной нами компьютерной модели процесса трепания. Распределение костры в пряди по ее длине, полученное по результатам моделирования представлено на рис. 2.13. Расчетное содержание костры находится в пределах доверительных интервалов для экспериментальных данных при доверительной вероятности 95%, что подтверждает адекватность модели.
Поисковый эксперимент для проверки предположения о снижении нагружений пряди вследствие использовании подпружиненных опор
Как известно, важной особенностью нелинейных систем является зависимость периода собственных колебаний от амплитуды.
Определим амплитуду собственных колебаний кромки. Численное решение уравнения (3.9), реализовано с использованием математического пакета Scilab методом прогноза-исправления Адамса (predictor-corrector Adams method), что позволило получить изображение закона движения системы на фазовой плоскости (фазовую траекторию).
На рис. 3.21 представлены фазовые траектории системы при следующих значениях: т=0,05 кг, (3 = 0,1 Нс/м. 1 =1000 Н/м. Начальные условия движения таковы, что смещение равно нулю, а начальная скорость равна 1 м/с. При этом фазовая траектория 1 соответствует закону движения линейной системы ( =0), а фазовая траектория 2 - нелинейной системы. В результате расчетов амплитуда колебаний линейной системы составила 7 мм. Значение коэффициента Ь = 0,5 ГН/м было определено путем численного моделирования и анализа фазовых траекторий движения рассматриваемой системы из условия необходимости ограничения амплитуды колебаний необходимым конструктивным зазором менее 4 мм.
Определим амплитуду колебаний вынужденных колебаний кромки с вышеуказанными характеристиками, представив силу воздействия F=Fosin(pt), где р - частота воздействий на направляющую со стороны пряди в процессе трепания, F0 - амплитуда силы давления.
Дифференциальное уравнение, движения массы т, закрепленной на нелинейной пружине с указанной выше характеристикой, имеет вид:
Здесь учтено, что при наличии сопротивления смещение х и сила F имеют рассогласование по фазе (угол сдвига фаз у). Приближенное решение уравнения ищут в виде:
Подставляя выражение (3.11) в уравнение (3.10) и пренебрегая слагаемыми второго порядка малости, получают:
Амплитудно-частотная характеристика: пунктиром - линейной упругой модели опорной кромки; сплошной линией - нелинейной буферной опорной кромки В результате анализа полученных расчетных данных установлено, что буфер с нелинейной характеристикой вида Fy= xx+ 2x и вышеуказанными значениями коэффициентов позволяет снизить амплитуду вынужденных колебаний до 1 мм, при этом направляющая кромка будет работать в до резонансном режиме (угловая частота возмущающей силы порядка 100 с"). Возможная суммарная амплитуда собственных и вынужденных колебаний кромки составит не более 4 мм, что меньше конструктивно необходимого зазора.
Исследование нагрузок на кромку подвижной направляющей, характера ее перемещения и оценка влияния буферной направляющей на нагружение прядей с использованием разработанной компьютерной модели процесса трепания
Предложенный нами метод расчёта (гл.2) кинематических и силовых параметров нагружения прядей в процессе их взаимодействия с билом при трепании позволяет определить, во-первых, натяжение пряди по ее длине и, во 86 вторых, нагрузки на рабочие органы трепальной машины, в том числе и на дополнительную рабочую кромку, что позволит рассчитать ее параметры и проанализировать их влияние на натяжение прядей. Величина шага по времени при расчётах по предложенному методу составляет порядка десятимиллионной доли секунды. Это позволяет определять и фиксировать, кроме медленно изменяющихся кинематических и силовых параметров пряди и рабочих органов, величину мгновенных сил, в том числе усилия при ударных (кратковременных) воздействиях [120] (в соавторстве).
Расчёт был использован для определения изменения сил натяжений слоя в зажиме для случаев компоновки с неподвижной и подпружиненной пилообразной кромкой (рис.3.23) с вышеуказанными характеристиками, а также сил давления на эту кромку. Кроме того была определена величина отклонения буферной направляющей в процессе трепания.
Окно компьютерной программы для визуализации процесса трепания (внизу рисунка вертикальная черта указывает на местоположение пряди по длине пилообразной опорной направляющей Расчеты проведены при следующих исходных данных: максимально допустимое смещение опорной кромки относительно линии зажима, определенное конструктивно необходимым зазором, 4 мм; радиус трепального барабана R=0,37 м; межосевое расстояние барабанов =0,55 м; ширина планок подбильной решётки 40 мм; расстояние между соседними планками 20 мм; частота вращения барабанов п=300 мин" ; число бил z=3; вылет кромки бильной планки 35 мм; закругление кромки бильной планки г=\ мм; Расчёты проводили для длины свисающей пряди 0,5 м. На рис. 3.24 представлены графики изменения горизонтального смещения кромки под воздействием сил давления со стороны обрабатываемых прядей и упругой восстанавливающей силы буферной пружины. Анализировались несколько вариантов с различными упругими характеристиками: на рис. 3.24 а представлено смещение опорной кромки с линейной восстанавливающей силой, на рис. 3.24 6-е определенными предварительно в пп. 3.3.1 и 3.3.2 коэффициентами упругой восстанавливающей силы Fy = С,хх + С,2х, =1000 Н/м, 2 = 5 ГН/м\ на рис. 3.28 в - =1000 Н/м, =0,5 ГН/м . Анализ результатов уточненного расчета позволил установить, что, как и предполагалось при предварительном анализе, смещение подвижной направляющей с линейной упругой характеристикой превышает конструктивно допустимое значение 5 мм. Значение второго коэффициента упругой характеристики буфера = 5 ГН/м следует уменьшить, так как амплитуда колебаний для этого случая незначительна (1,5 мм) и снижения пиковых значений натяжения прядей практически не происходит. Некоторое несоответствие значений смещения опорной кромки, полученное при предварительном анализе и при уточненном, можно объяснить тем, что начальные условия при движении кромки при предварительном анализе были неизвестны и назначались приближенно. Для третьего случая значение коэффициента Ь =0,5 ГН/м было определено численным методом таким образом, что размах горизонтальных колебаний кромки составил 3 мм.
Графики изменения сил давления на кромку в процессе трепания, представлены на рис. 3.25. В результате анализа этих зависимостей установлено, что максимальное значение силы давления на 1 погонный сантиметр кромки составляет для буферной направляющей 4 Н.
Оценка технологической эффективности обработки льна с использованием пассивных криволинейных направляющих
Расчеты эффективности базировали на выводах, полученных в результате технологических экспериментов (раздел 4.1). После их реализации установлено, что использование опорной кромки (пассивный вариант) обеспечивал лучшее удаление костры и, как следствие, рост качества трепаного волокна на один номер.
Эти результаты были положены в основу типового алгоритма расчета экономического эффекта при условиях работы завода по первичной переработке льна в двухсменном режиме, у которого заготовлена треста средним номером 1. Её общая масса 4500 т.
Принимаем величину затрат на модернизацию трепальной машины (установку опорных кромок) примерно 100,0 тыс. рублей.
Используя отраслевые нормы выработки волокна из перерабатываемой тресты и возможное улучшение номера из-за использования нововведения, появляется возможность оценить объемы товарной продукции. При этом принимаем также действующий уровень цен на тресту и льняное волокно: тресты - 8,0 т. руб. за тонну; трепаный лен (11 номер) 100,0 тыс. руб. за тонну; короткое волокно (3 номер) 33,0 тыс. руб. тонну.
С учётом этого годовой прирост товарной продукции будет равен 3,434 млн. руб. Себестоимость тонны вырабатываемого волокна при существующем производстве с учетом затрат составит 71 тыс. руб. Тогда после модернизации трепальной машины прибыль от производства льноволокна составит 397 тыс. руб. при сроке окупаемости затрат один месяц.
Таким образом, в результате расчетов оказалось, что модернизация трепальной машины за счет применения опорных пассивных кромок может привести к росту прибыли льнозавода на 3 647 тыс. рублей в год или в расчете на 1 тонну перерабатываемой тресты она составит 95,8 рублей. Срок окупаемости затрат от внедрения новых рабочих органов трепальной машины составит примерно один месяц.
По результатам исследований, изложенных выше, был доработан программный комплекс для моделирования процесса трепания и расчета его основных параметров [128,129] (в соавторстве). В программный комплекс введена подсистема расчета содержания костры в процессе трепания. Для этого обеспечена возможность ввода следующих исходных данных: исходная масса костры, закон распределения костры по пряди (выбор из списка предварительно заданных распределений), средний размер костринки, степень вылежки (определяет силу связи костры с волокном), толщина слоя (рис. 4.16). Программа генерирует индивидуальные костринки и случайно распределяет по пряди в соответствии с выбранным законом. Результаты расчета выводятся в файл и могут быть визуализированы или подвергнуты статистической обработке с применением внешних программных средств (электронных таблиц, математических пакетов).
Также, в программный комплекс добавлена возможность включить в модель новый рабочий орган - пассивные нелинейные кромки. Пользователем задаются: число кромок (односторонние/двухсторонние кромки), координаты места закрепления кромок, толщина кромок, форма (прямые, пилообразные, трапециевидные, синусоидальные), шаг и высота зубцов. Для новых рабочих органов рассчитывается и выводится в файл та же совокупность выходных величин, что и для классических рабочих органов (координаты, угол охвата кромки прядью, натяжения набегания и сбегания, сила давления). Доработан модуль визуализации: помимо поперечного разреза секции трепальной машины, показан профиль кромок и расположение их относительно линии транспортера (вид сверху) (рис 4.15). На данном виде отмечается текущее положение пряди по длине секции, что необходимо при исследовании нелинейных направляющих кромок.
Комплекс рекомендован к использованию в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности «Технология и оборудование производства натуральных волокон» Костромского государственного технологического университета.
Параметры (секции) машины Конфигурация била Направляющая кромка Параметры визуализации Предварительный просмотр Параметры среды Параметры регистрации данных Параметры эксперимента
Рекомендации для практического использования новых технических решений для интенсификации процесса обескостривания льноволокна С учетом теоретически обоснованной и экспериментально доказанной возможности повышения эффективности обескостривания льняных прядей в процессе их трепания за счет применения установленных вблизи зажима пассивных направляющих в виде пластин с криволинейной кромкой были разработаны рекомендации по их практическому применению.
Применительно к конструкции серийно-выпускаемой трепальной машине мяльно-трепального агрегата МТА-2Л предложен вариант ее модернизации. Решение запатентовано [126,130] (в соавторстве). Схема представлена на рис. 4.17, 4.18. В каждой из секций 1 трепальной машины, содержащей трепальные барабаны 2 снизу лафета 5, по которому перемещается зажимной транспортер 3-4, вдоль длины трепальной секции устанавливается пассивная пластина 5, имеющей криволинейную рабочую кромку в виде выступов 6.
Для обеспечения дифференциации воздействий на волокнистый слой по длине секции целесообразно параметры выступов изменять. Вероятнее всего их высота по мере перемещения слоя вдоль секции должна увеличиваться тем самым интенсифицируя воздействия на волокно. Вариант с такой пластиной представлен на рис. 4.13.
При использовании этого решения подготовленный путем промина льняной сырец попадает в зону трепания. На начальных этапах, когда в массе волокон имеется значительная часть костры, процесс трепания может протекать без взаимодействия с упомянутой пассивной направляющей. Далее, по мере удаления костры (в основном насыпной), процесс обескостривания замедляется, что требует интенсификации воздействий. Поэтому, начиная с последующей 2/3 длины секции, вблизи зажима начинает выступать криволинейная (в виде выступов) кромка пассивной планки. Вначале ее длины высота выступов минимальная, а в дальнейшем она возрастает до величины, исключающей возможность соударения этой планки с билами барабанов. В этом случае обрабатываемый материал по мере перемещения вдоль секции