Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные требования, предъявляемые потребительским рынком к необходимости поддерживать высокую конкурентоспособность продукции предприятий текстильной промышленности, вынуждает их постоянно проводить контроль стабильности протекания технологических процессов на всех этапах производства, начиная от приемки сырья и до выпуска готовой продукции. В прядильном производстве наиболее значимыми параметрами, определяющими стабильность протекания технологических процессов, а в итоге обеспечение качества, как полуфабрикатов, так и готовой продукции (пряжи), являются неравномерность линейной плотности и влажность материалов. Актуальность измерения показателей, характеризующих неравномерность линейной плотности и влажности, обусловлена тем, что прочность пряжи её обрывность и неравномерность по крутке находятся в тесной взаимосвязи с выделенными показателями, постоянный контроль которых непосредственно на оборудовании позволяет выдерживать оптимальные режимы протекания технологических процессов, своевременно обнаруживать и предотвращать выход брака готовой продукции. При решении задач автоматизации технологических процессов в прядильном производстве, контроля качества сырья и полуфабрикатов отдается предпочтение бесконтактным методам измерения, среди которых наибольшее распространение получил емкостный метод, основанный на измерении диэлектрических свойств материала (комплексной диэлектрической проницаемости материала и ее составляющих) на переменном токе высокой частоты. Достоинствами данного метода является высокая линейность характеристики, отсутствие инерционности и высокая разрешающая способность. Особенностью емкостных измерителей является зависимость результата измерения как от плотности, так и от влажности продукта. Ввиду того, что влага в продукте распределена неравномерно, указанная зависимость приводит к ложным срабатываниям датчиков, выявляющих наличие примесей и узелков, а также высокой погрешности измерения неравномерности линейной плотности полуфабрикатов прядильного производства.
Таким образом актуальной задачей является совершенствование методов контроля линейной плотности влагосодержащих продуктов прядильного производства.
Работа выполнена в соответствии с планом государственных бюджетных НИР ИГТА на 2008 … 2012 годы, а так же по гранту ИГТА 2009 года для молодых исследователей.
Цель работы. Целью диссертационной работы является улучшение качества продуктов прядильного производства за счет повышения информативности и точности емкостных методов контроля параметров технологических процессов.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие научные и технические задачи:
- изучено современное состояние проблемы контроля технологических процессов прядильного производства;
- выявлены основные источники погрешностей измерения емкостным методом;
- разработан программно-аппаратный комплекс для измерения диэлектрических характеристик влагосодержащих текстильных материалов;
- проведены экспериментальные исследования зависимости диэлектрической проницаемости текстильных материалов от величины адсорбированной влаги и частоты электромагнитного поля;
- разработана модель, описывающая поведение влагосодержащих текстильных материалов в переменном электромагнитном поле;
- выявлены способы компенсации влияния влажности исследуемого продукта на показания емкостных датчиков.
Методы исследования.
Объектом исследования являются продукты прядильного производства, областью исследования – их линейная плотность, а предметом исследования – методы и средства контроля линейной плотности, основанные на принципе измерения диэлектрической проницаемости влагосодержащих продуктов.
При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В работе использован аппарат математического и компьютерного моделирования, теории вероятности и случайных процессов, математической статистики и метрологии в части обработки экспериментальных данных, теория создания автоматизированных комплексов. Экспериментальные исследования проводились с применением разработанного программно-аппаратного стенда. Техническая обработка результатов исследований, а также разработка моделей, производилась с помощью персонального компьютера. Полученные данные подвергались обработке на ЭВМ как с помощью известных методов и программ, предназначенных для обработки статистических данных (Matlab), так и собственными программными продуктами, написанными на языке программирования Visual Basic. Для сравнительных испытаний использовались стандартные лабораторные методы определения неравномерности по линейной плотности, а также измерительный комплекс «КЛА-М» (Россия).
Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:
- разработан способ учета сорбированной материалом влаги при решении задач обнаружения пороков пряжи емкостным датчиком;
- исследовано влияние влажности материала на результат измерения неравномерности линейной плотности продуктов прядения емкостным методом в широком диапазоне рабочих частот датчика;
- обоснована необходимость применения многочастотных емкостных датчиков, работающих в широком диапазоне частот, для измерения неравномерности линейной плотности продуктов прядения;
- разработаны способы компенсации влияния влажности продукта на результаты измерения неравномерности линейной плотности продуктов прядения емкостным методом;
- создан метод определения массы и линейной плотности влагосодержащего продукта по дисперсии его диэлектрической проницаемости;
- предложен метод измерения влажности продукта по дисперсии его диэлектрической проницаемости;
- получены экспериментальные зависимости диэлектрической проницаемости хлопка, льна, лавсана от частоты электромагнитного поля.
Обоснованность основных научных положений и выводов обеспечивается корректным использованием методов планирования эксперимента и статистической обработки данных, методов математического моделирования. Достоверность полученных моделей подтверждается их согласованностью с экспериментальными данными.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
- разработана программа для определения влажности материала по дисперсии его диэлектрической проницаемости (свидетельство № 2012610550 от 10.01.12);
- результаты исследований использованы при разработке и изготовлении прибора для измерения влажности льнотресты;
- разработано устройство для измерения основных показателей качества продуктов прядения (линейной плотности, влажности, неравномерности линейной плотности). На данное устройство получен патент на полезную модель (№114521).
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на: заседании кафедры прикладной математики и информационных технологий; научном семинаре ИГТА по проблемам повышения эффективности технологических процессов текстильной и легкой промышленности; межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск – 2008 … 2010, 2012), ИГТА, Иваново, 2008 … 2012 г.; международной конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности», Витебск, 2009 г.; всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития информационных технологий в текстильной науке и практике», Димитровград, 2012 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ, из них, три статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», два свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ; один патент на полезную модель; остальные – тезисы конференций.
Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертации. Вклад автора состоит в участии во всех этапах процесса, разработке экспериментальной установки, постановке эксперимента и получении экспериментальных данных, обобщении результатов и формулировке выводов, подготовке основных публикаций по выполненной работе, разработке прототипа прибора для измерения линейной плотности и влажности волокнистого материала.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения и четырех глав. Материал представлен на 173 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 14 таблиц, список литературы из 110 наименований и включает пять приложений.
