Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции в текстильной промышленности связано с совершенствованием технологических процессов, направленных на улучшение структуры и свойств пряжи, повышение её прочности, снижение неровноты и обрывности в прядении. Кольцевая прядильная машина на сегодняшний день по-прежнему является самой универсальной машиной с классическим принципом вытягивания и скручивания пряжи, она проста в обслуживании, обладает малой энергоемкостью и позволяет получать пряжу высокого качества широкого ассортимента и назначения из различных видов натуральных и химических волокон. Однако она имеет ряд недостатков и в настоящее время не в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к текстильному оборудованию. Это прежде всего низкая производительность, обусловленная несовершенством технологии формирования и наматывания пряжи, и повышенная обрывность, вызванная спецификой технологической операции кручения волокнистого продукта. Поэтому особую значимость в настоящее время приобретает разработка усовершенствованной технологии операций кручения волокнистого продукта и наматывания сформированной пряжи на патрон.
В связи с этим тема настоящей диссертационной работы, посвящённая разработке технологии выработки высококачественной пряжи кольцевого способа прядения, обладающей повышенной прочностью, при одновременном повышении производительности машины, является весьма актуальной.
Цель и задачи исследования.
Цель диссертационного исследования состоит в разработке технологии формирования пряжи повышенной прочности улучшенной структуры, качества и свойств при одновременном повышении производительности кольцевой прядильной машины.
Для этого были решены следующие задачи:
- проведены теоретические и экспериментальные исследования существующих технологических операций кручения и наматывания пряжи на кольцевой прядильной машине, разработана новая методика и алгоритм расчета натяжения пряжи на всех участках её транспортирования от вытяжного прибора до точки наматывания на патрон;
- разработана технология формирования пряжи повышенной прочности, основанная на уменьшении дуги обтекания мычкой выпускного цилиндра вытяжного прибора и значительном уменьшении участка волокнистого продукта, не укреплённого круткой;
- разработан ряд технологических и конструкторских решений, направленных на улучшение структуры и свойств пряжи: модернизированный вытяжной прибор, устройства для выпуска мычки, совмещённые с узлом подвижных уплотнителей;
- предложена методика определения оптимального угла перегиба нити в нитепроводнике, позволяющая определить наиболее рациональные технологические и конструктивные параметры линии заправки машины;
- разработано новое нитепроводящее устройство, упрочняющее пряжу за счёт сообщения ей дополнительной крутки;
- разработаны методика и устройство, обеспечивающие выравнивание и стабилизацию натяжения нити в баллоне в течение всего периода наработки початка;
- разработано новое крутильно-мотальное устройство с узлом вращающегося прядильного кольца, позволившее реализовать технологию высокоскоростного кольцепрядения;
- исследована пряжа, выработанная на кольцевой прядильной машине по разработанной технологии, определены её физико-механические параметры и свойства, условия проектирования и формирования пряжи с заданными параметрами.
Методика исследований
В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В теоретических исследованиях использовались теория дифференциального и интегрального исчислений, теория приближенных вычислений, теория упругости твердого тела, теория прочности твердого тела, теория кручения сплошного материала, теория вращения твердого тела вокруг неподвижной точки, теория трения и износа, методы оптимизации и математической статистики. В экспериментальных исследованиях применялись приборные методы исследований характеристик текстильного продукта, тензометрический способ измерения натяжения нити, методы фотосъемки, методы планирования эксперимента. Использовались усовершенствованная методика и устройство определения натяжения нити в точке наматывания на паковку, а также устройство определения крутящего момента пряжи.
Научная новизна работы
Автором впервые разработаны и выносятся на защиту:
- новые положения теории кручения волокнистого материала, методика определения величины крутящего момента пряжи в условиях асимметрии треугольника кручения, уточнено влияние высоты треугольника кручения на структуру и свойства пряжи, установлено влияние степени уплотнения волокнистого материала на процесс кручения, траектории движения нити и угла её перегиба в нитепроводнике на свойства пряжи, предложена формула для определения оптимального угла перегиба нити в нитепроводнике;
- новые положения теории баллонирования и наматывания нити на кольцевой машине, включающие: условия существования баллона, формулу для определения коэффициента жёсткости баллонирующей нити, условия реализации функции частичного самовыравнивания натяжения нити крутильно-наматывающим устройством кольцевой прядильной машины, динамическое условие наматывания нити на паковку, формулы для определения натяжения нити в баллоне и в зоне «бегунок-паковка»;
- теория построения крутильно-наматывающих устройств с узлом вращающегося кольца, формулы для определения натяжения нити в различных точках от вытяжного прибора до точки наматывания;
- экспериментальный способ определения крутки пряжи в баллоне, аналитический и экспериментальный способы определения величины крутящего момента пряжи и нитей.
Практическая значимость работы
Работа доведена до практической реализации условий формирования пряжи на кольцевой прядильной машине при использовании нового крутильно-наматывающего устройства (патент Российской Федерации на изобретение № 2421557). Применение устройства позволяет значительно повысить скоростной режим технологического оборудования. Экспериментально установлено, что частота вращения веретён кольцевых прядильных машин может быть увеличена в 2,53 раза, при этом составлять, например на машине П-76-5М, до 3035 тыс.об/мин. Новое крутильно-мотальное устройство может быть использовано для создания высокоскоростных прядильных машин для выработки пряжи из всех видов волокон, включая химические.
Разработанные и освоенные технические решения по совершенствованию технологических операций формирования и наматывания пряжи (патенты Российской Федерации на изобретение №№ 2418114, 2421557, 2202662, 2393277, 2443809, а также патенты на полезные модели №№103809, 110751, 110753, 115362) позволили обеспечить выработку пряжи улучшенной структуры, повышенной прочности. Так, например, прочность одиночной хлопчатобумажной пряжи, выработанной на кольцевой прядильной машине П-76-5М, повысилась на 3540%. Значительно улучшились и другие параметры качества пряжи.
Предложены новая методика и устройство для измерения параметров пряжи (патент Российской Федерации на изобретение №2393277) непосредственно в зоне работы технологического оборудования.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ИГТА и использованы в дипломных и магистерских проектах.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на заседании кафедры технологии текстильных изделий ИГТА, научно-технических конференциях ИГТА, МГТУ, РосЗИТЛП, КТУ, ЮРГУЭС, Витебского государственного университета.
Публикации
Основные результаты выполненных исследований представлены в 65 печатных работах, в том числе в 15 статьях в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» и 37 тезисах докладов научно-технических конференций. По итогам работы автором получены 7 патентов на изобретение и 6 патентов на полезные модели Российской Федерации.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, общих выводов, библиографического списка и приложений.
Работа изложена на 280 страницах машинописного текста, имеет 56 рисунков, 40 таблиц, список литературы включает 138 источников.
