Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ обусловлена необходимостью повышения эффективности работы предприятий по переработке льна и увеличения объёмов производства длинного волокна, как сырья для текстильной промышленности.
В последнее время в льняном комплексе России наблюдаются изменения. При дефиците рабочей силы в сельском хозяйстве и снижении дотационной поддержки, стали применяться интенсивные, механизированные технологии агропроизводства льна, исключающие, в частности, применяемую ранее сортировку сырья по его свойствам. При получении льняной тресты перестали использовать водную мочку. Её заменил процесс расстила стеблей на льнище, результат которого во многом зависит от метеофакторов. Из-за высокой стоимости энергоресурсов снизилась эффективность термовлажностной подготовки стеблей. Эти изменения отрицательно сказались на качестве тресты - сырья для производства льняного волокна. Увеличилась неровнота стеблей по длине, диаметру и степени вылежки. У них появились новые пороки: значительная угловая дезориентация и сплющенность. Для переработки такой тресты стало затруднительно подбирать оптимальные режимы работы машин, входящих в состав мяльно-трепального агрегата (МТА). Заложенные в их конструкции возможности по дифференциации интенсивности воздействий на обрабатываемое льняное сырьё оказываются малоэффективными в условиях возросшей неоднородности свойств тресты. По этой причине увеличилась доля недоработанного волокна, что привело к росту отходов трепания из-за необходимости осуществлять дополнительную переработку такого волокна. В итоге снизилась рентабельность работы предприятий по первичной обработке льна и уменьшились объёмы производства трёпаного льняного волокна с требуемыми для текстильной промышленности свойствами.
Для решения этой проблемы потребовался поиск новых технических предложений по увеличению выхода длинного волокна. В условиях низкой платежеспособности льнозаводов одним из целесообразных направлений решения указанной проблемы является модернизации существующего оборудования, обеспечивающего обработку льняной тресты с повышенной вариацией свойств. Поэтому изыскания эффективных технологических приёмов и конструкций машин в этом направлении являются актуальными и важными для практики.
Работы по решению указанной проблемы соответствуют основным положениям развития отечественного льняного комплекса, отраженных в целевой ведомственной программе «Развитие льняного комплекса России на 2008-2010 годы», утвержденной Минсельхозом РФ 16.06.2008 г., приказ № 261.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является увеличение выхода длинного льняного волокна на основе совершенствования процесса предварительной обработки льняного сырца путём одностороннего трепания перед его окончательным обескостриванием.
Для достижения указанной цели с учетом анализа результатов известных исследований по вопросам трепания льна решались следующие задачи:
наблюдение и анализ изменений параметров структуры слоя льняного сырца, формирующегося в процессе промина перед окончательным обескостриванием льна трепанием; изучение известных результатов исследований способов предварительной обработки льняного сырца и их классификация;
исследование кинематики и динамики процесса одностороннего трепания льна с учётом его свойств, условий закрепления и режимно-конструкгавных параметров процесса;
изучение условий схода концевых участков пряди с рабочей кромки била и обоснование его конструкции для увеличения продолжительности соприкосновения с ним волокна;
анализ особенностей поведения при одностороннем трепании обрабатываемых участков прядей разной длины и разработка технических решений по совершенствованию конструкции бил барабанов с целью интенсификации процесса разрыхления слоя, улучшения его структуры и условий обескостривания прядей;
- экспериментальная проверка теоретических результатов исследований и
оценка эффективности созданных моделей и технических решений, составляющих
основу изучаемого процесса предварительной обработки льняного сырца и парамет
ров новой конструкции трепального барабана;
- разработка рекомендаций для проектирования рабочих органов и узлов маши
ны для предварительной обработки льняного сырца к трепанию, а также новых схем её
агрегирования при модернизации существующих мяльно-трепальных агрегатов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Методологической основой диссертации явились труды ведущих учёных в области переработки льняного сырья. В работе были использованы: стандартные и оригинальные методы анализа структурных параметров слоя, в том числе неразрушающие виды контроля; общепризнанные алгоритмы теоретического исследования динамики рабочих органов машин; методы теоретической механики и экспериментального исследования технологических процессов первичной обработки льна; алгоритмы статистической обработки полученных опытных данных, экспертного опроса. Использовались программные средства: MathCAD 11, Light Alloy 3.3, MS Excel 2007, Statistica 6.0, KOMTIAC-3D V10.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в создании моделей взаимодействия с билами барабанов при одностороннем трепании разнодлинных льняных прядей, а также в обосновании режимно-конструктивных параметров процесса предварительной обработки льняного сырца, которая позволяет интенсифицировать удаление костры и улучшить структуру слоя материала перед трепанием.
В результате исследований впервые:
проведена классификация способов предварительной обработки льняного сырца и сформулированы новые требования, предъявляемые к этому процессу;
изучена кинематика и динамика процесса одностороннего трепания прядей льняного сырца при одновременном учёте координат его закрепления в зажимном транспортёре, длины прядей, частоты вращения и конструкции барабанов;
- исследованы условия схода концевых участков прядей разной длины с кромки
била при одностороннем трепании; получена математическая модель, определяющая
силу реакции кромки на прядь при её сходе в зависимости от параметров процесса;
на основе моделирования движения концевого участка пряди выявлена возможность увеличения продолжительности соприкосновения волокна с билом при использовании дополнительных тыльных планок с кромками, расположенными на разном расстоянии от основных рабочих кромок по длине поля трепания;
обоснованы рациональные параметры конструкции тыльной планки била, снижающие сгруживание прядей в слое при его перемещении в процессе одностороннего трепания.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. В результате проведённой работы предложены для практического применения параметры процесса предварительной обработки (подготовки) льняного сырца на основе использования барабанов с новой конструкцией бил - с тыльной планкой, кромка которой являет-
ся непрямолинейной. Использование новых технологических решений и параметров конструкции, в отличие от известных аналогов, обеспечивает лучшие условия для удаления костры и коротковолокнистых фракций, а также для распрямления прядей. Применение процесса предварительной обработки сырца методом одностороннего трепания с использованием барабанов новой (предложенной) конструкции по данным опытов позволяет увеличить выход длинного волокна в среднем на 3,2 % (абс.) при переработке тресты среднего номера 2,00 и снизить массовую долю костры в нём в среднем на 1,35% (абс.) в сравнении с вариантом без указанной обработки.
Техническая новизна новых используемых в работе и перспективных решений подтверждена четырьмя патентами РФ на изобретения.
Результаты диссертационного исследования рекомендованы к использованию организациям, связанным с созданием новой техники для первичной обработки льна. В частности, в рамках государственного контракта №1556/13 от 14 октября 2008 г. «Разработать технологическую линию для получения трёпаного льна», реализуемого Костромским государственным технологическим университетом (КГТУ) по заказу Минсельхоза РФ, ОАО «Завод им. Г.К. Королёва» принял в качестве перспективной схему обработки льняной тресты, в состав которой входит операция подготовки льняного сырца перед основным трепанием. Эта операция реализуется с использованием предложенной в диссертации машины. Указанные рекомендации предложены для модернизации выпускаемых в настоящее время мяльно-трепальных агрегатов. Предложены также для практического использования варианты агрегирования машин при создании новых линий для получения длинного льняного волокна.
Совокупность результатов теоретических и экспериментальных исследований предложено использовать в учебной практике при освоении и совершенствовании учебного процесса при подготовке инженеров по специальности 260701 «Технология и оборудование производства натуральных волокон».
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы представлялись: на Всероссийском научном семинаре «Научные проблемы агропромышленной переработки лубоволокнистых материалов» (г. Кострома, КГТУ, 2009,2010); на международной научно-практической конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г. Вологда, 2008); на международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие инновационные технологии развития промышленности региона (Лён-2008)» (г. Кострома, КГТУ, 2008); на расширенном заседании кафедры технологии производства льняного волокна КГТУ (г. Кострома, КГТУ 2009, 2010); на ежегодной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (г. Кострома, КГТУ 2009,2010); на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона (Лён-2010)» (г. Кострома, КГТУ, 2010); на научно-практической конференции «Основные результаты направления развития научных исследований по льну-долгунцу» (г. Торжок, ВНИИ льна, 2010).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 3 в журналах, входящих в «Перечень...» ВАК РФ и 10 в научных сборниках. Получено четыре патента РФ на изобретения.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЬГ. Диссертация изложена на 244 страницах; состоит из введения, четырёх глав, выводов, приложений и списка литературы. В ней содержится 98 рисунков, 14 таблиц и 3 приложения.
