Изыскание путей повышения качества партионных сновальных паковок

Технологический процесс снования представляет собой одну из основных стадий формирования паковки из определенного числа основных нитей, заданной расчетом длины, необходимой для образования ткани на ткацком станке. В процессе снования на одном сновальном валике группируется расчетное число параллельно расположенных нитей. В последующем нити с нескольких сновальных валиков перевиваются на ткацкий навой.

От качества процесса снования в большой степени зависит производительность ткацких станков и качество получаемой ткани. Увеличение выпуска и улучшение качества тканей должно осуществляться путем дальнейшего совершенствования техники и технологии их изготовления, внедрения новых высокопроизводительных и малоотходных технологических процессов, создания автоматизированных текстильных производств.

Рыночные условия российской экономики вынуждают производителя расширять ассортимент и повышать качество вырабатываемых тканей с учетом многообразия покупательского спроса населения, т. е. повышать конкурентоспособность продукции. В связи с этим, важное место занимает себестоимость производимых тканей, снижение которой может быть достигнуто за счет повышения эффективности всех технологических переходов выработки тканей, а так же снижения отходов сырья и т. д.

В настоящее время имеются предпосылки дальнейшего совершенствования технологии партионного снования и повышения его эффективности на основе широкого применения компьютерных технологий при моделировании технологического процесса, а также анализа полученных данных. Современные программные комплексы моделирования (САО-программы, системы численного моделирования, пакеты проектирования и анализа и т. д.) позволяют посредством численных решений задач получать результаты не только в табличном виде, но и в векторной и растровой форме.

Актуальность работы. Производительность труда и качество вырабатываемых тканей в значительной мере зависит от обрывности нитей основы на ткацких станках. Обрывность нитей основы в процессе ткачества, в свою очередь, во многом определяется качеством подготовки основ и эффективностью отдельных подготовительных операций, в том числе процесса снования. Практика показывает, что не все технологические требования, предъявляемые к процессу снования, выполняются в полной мере.

Из-за неравномерности натяжения нитей и ряда других причин при партионном сновании поверхность намотки пряжи на сновальном валике не является строго цилиндрической. Бугристость намотки приводит к разно-длинности нитей в намотке, что вынуждает прибегать к чрезмерному затормаживанию сновальных валиков при шлихтовании для предотвращения провисания нитей, сходящих с намотки больших радиусов. При этом более короткие нити, свиваемые с меньших радиусов намотки сновального валика, оказываются перенапряженными (особенно в пусковых режимах), испытывают повышенную вытяжку и теряют свои упругие свойства. Неравномерность натяжения нитей при сновании передается на ткацкий навой, вызывая разнодлинность нитей и нецилиндричность намотки основы на навое, что отрицательно сказывается в процессе ткачества.

Низкое качество сырья и устаревшее технологическое оборудование обусловливают низкую производительность процессов производства тканей, неудовлетворительное их качество. В связи с этим особую актуальность приобретают научно-исследовательские работы, направленные на снижение отходов сырья и на повышение качества вырабатываемых тканей, а также снижения их себестоимости. Важное место в решении этих проблем занимает технология подготовки основных нитей в партионном сновании, где закладываются основы высокоэффективного производства качественных тканей. Снование пряжи является одной из самых ответственных подготовительных операций. Все ошибки, допущенные на этом этапе, неустранимы в последующих технологических процессах, повышают обрывность нитей в ткачестве, отходы пряжи и снижают качество вырабатываемой ткани. Требования, предъявляемые к процессу снования, определяются созданием необходимой структуры намотки сновальных паковок, во многом зависящей от условий их формирования.

Несмотря на неоднократные попытки исследователей текстильщиков нормализовать и усовершенствовать процесс снования на партионных сновальных машинах, указанные проблемы, а именно: разнонатянутость снующихся нитей основы, разнодлинность нитей, бугристость намотки сновальных валиков и т. д., вследствие недостаточной изученности их, остаются до сих пор до конца нерешенными.

Работа выполнена на кафедре ткачества в Димитровградском институте технологии, управления и дизайна (филиал Ульяновского государственного технического университета).

На защиту выносятся:

• разработанная математическая модель, описывающая напряженно-деформированное состояние нитей в намотке на сновальном валике и установленные на ее основе закономерности изменения плотности намотки и напряжений в слоях намотки на сновальном валике;

• результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния нитей в намотке на сновальном валике с помощью метода конечных элементов, реализованного в комплексе ANS YS;

• результаты аналитических исследований влияния неравномерности линейной плотности, неравномерности натяжения снующихся нитей и локального перемещения точки контакта снующейся нити со сновальным валиком на бугристость, разнодлинность и плотность намотки получившейся паковки;

• способ дифференциального уплотнения намотки на сновальном валике, основанный на разработанной математической модели и позволяющий увеличить длину нитей на сновальном валике, а также снизить бугристость намотки и разнодлинность нитей.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с применением теоретических и экспериментальных методов. При теоретических исследованиях использовались методы дифференциального и интегрального исчисления, аналитической геометрии, матричной и векторной алгебры. Работа выполнена с использованием основных положений теории наматывания нитей на сновальную паковку, механики вязкоупругого состояния тела, современных методов компьютерного моделирования и анализа, математических методов моделирования и статистической обработки экспериментальных данных на ЭВМ. Теоретические положения работы подтверждены лабораторными исследованиями и производственными испытаниями. В процессе производственных экспериментов использовался разработанный бесконтактный счетчик длины нитей на сновальном валике. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью методов теории вероятностей и математической статистики, реализованные в пакетах программ Sta-tistica, SPSS, Maple, MathCAD. Все основные исследования проведены в производственных условиях на сновальных машинах СП-140−2Л.

В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:

• разработан механизм дифференциального уплотнения намотки нитей на сновальном валике с учетом различной степени деформации нитей в слоях намотки, позволяющий увеличить длину нитей на сновальном валике, а также снизить бугристость намотки и разнодлинность нитей.

• разработана математическая модель, описывающая напряженно-деформированное состояние нитей в намотке на сновальном валике и позволяющая определить плотность намотки и длину нитей с учетом различной степени деформации нитей в слоях намотки;

• разработана модель намотки нитей на сновальном валике с применением системы твердотельного моделирования КОМПАС. Созданная модель была помещена в среду программного комплекса ANSYS, реализующего метод конечных элементов, где выполнена процедура решения;

• установлен механизм влияния различных факторов на картину напряженно-деформированного состояния нитей в намотке на сновальном валике с помощью метода конечных элементов, реализованного в программном комплексе АЫБУЗ.

Основные результаты диссертационной работы позволили предложить технические разработки, с помощью которой можно снизить отходы дорогостоящего сырья, увеличить длину нитей, наматываемых на сновальный валик, а также сократить имеющиеся в настоящее время потери пряжи в последующих переходах технологической цепочки подготовки основ, повысить производительность труда и оборудования за счет увеличения КПВ работы оборудования. Результаты работы используются на ОАО «Димитровградтек-стиль», г. Димитровград.

Фактический годовой экономический эффект от внедрения в производство дифференциального уплотнения намотки на сновальном валике составил более 84 тыс. рублей.

Основные научные результаты и технические решения, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для совершенствования существующих и создания новых сновальных машин.

Реализация результатов работы. Работа проводилась согласно плану научно-исследовательских работ Димитировградского института технологии, управления и дизайна.

Основные положения работы доложены на 5 международных, всероссийских, региональных конференциях, научно-технических семинарах. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе одно свидетельство о регистрации программного продукта.

5.4. Выводы.

1. В результате исследований профиля намотки установлено, что по мере наработки сновального валика бугристость намотки растет, причем амплитуда изменения диаметра намотки увеличивается не прямопропорционально увеличению числа оборотов сновального валика.

2. Отмечено, что степень поперечной деформации нитей в слоях, прилежащих к стволу сновального валика существенно выше, чем в наружных слоях, что подтверждает результаты исследований, приведенные в главах 2 и 3.

3. Выявлено, что неровнота пряжи по линейной плотности оказывает незначительное влияние на амплитуду кривой, описывающей проекцию образующей намотки сновального валика.

4. Отмечено, что нити, сматываемые с наиболее удаленных от сновальной машины паковок, имеют большую свободную длину, проходят через большее число направляющих гребенок и, следовательно, в условиях высокоскоростного снования получают большее приращение натяжения. Сделан вывод, что при эксплуатации высокоскоростных сновальных машин необходимо тщательно следить за состоянием элементов оборудования, влияющих на натяжение снующихся нитей: натяжные приборы, направляющие гребен®ки, валы регулятора суммарного натяжения, мерильный валик и т. д. Улучшения формы сновальной паковки можно добиться и уменьшением неравномерности натяжения одновременно снующихся нитей. При этом необходимо учесть, что неодинаковое натяжение нитей невозможно устранить или уменьшить на последующих переходах технологического процесса ткачества, без изменения их прочностных характеристик и дополнительной вытяжки наиболее натянутых нитей.

5. Исследования, проведенные в главах 2 и 3 показывают, что при постоянном давлении на сновальный валик со стороны укатывающего плотность намотки не остается постоянной. Этот факт определил необходимость применения дифференциального уплотнения намотки посредством разработки нового механизма уплотнения сновальной машины, позволяющего автоматически изменять величину давления укатывающего валика на сновальный.

6. Методом обращенного движения спроектирован профиль кулачка, устанавливаемого вместо грузовых колес механизма уплотнения сновальной машины из условия постоянства плотности намотки на сновальном валике на основе зависимостей, представленных на рисунках 2.8 и 2.12.

7. Исследованиями, проведенными на ОАО «Димитровградтекстиль» ф (Ульяновская обл.) на машинах СП-140−2Л, установлено, что применение дифференциального уплотнения намотки позволило уменьшить бугристость намотки на сновальном валике. При формировании сновальной паковки со скоростью 150 м/мин бугристость при использовании дифференциального уплотнения намотки снизилась в 1,6 раза. С увеличением скорости формирования сновальной паковки тенденция к уменьшению бугристости при использовании дифференциального уплотнения намотки сохраняется: при сно-# вании со скоростью 300 м/мин бугристость при использовании дифференциального уплотнения намотки снизилась в 1,7 раза.

8. Применение дифференциального уплотнения намотки позволило снизить разнодлинность нитей в намотке: при использовании механизма дифференциального уплотнения намотки снижается с 1,5% до 1%.

9. Установлено, что сход нитей при шлихтовании со сновальных валиков, полученных на машинах, оборудованных механизмами дифференциального уплотнения намотки, более равномерный с меньшим количеством врезанных нитей.

10. Применение дифференциального уплотнения намотки позволило увеличить длину нитей на сновальном валике при том же максимальном диаметре намотки. Например, применение дифференциального уплотнения намотки позволило увеличить длину снующихся хлопчатобумажных нитей линейной плотности 50 текс в среднем на 5,8%. При сновании льняной пряжи линейной плотности 150 текс применение дифференциального уплотнения намотки позволило увеличить длину снующихся нитей примерно на 5,5%.

11. В целом увеличение длины нитей на сновальном валике, полученное путем применения дифференциального уплотнения намотки, способствует увеличению КПВ сновальных машин (за счет уменьшения частоты смены сновальных валиков) и снижению отходов при шлихтовании в виде мягких и клееных концов.

12. Разработанные технологические рекомендации по проектированию кулачков для механизма уплотнения сновальных машин переданы для использования ОАО «Димитровградтекстиль». Механизм дифференциального уплотнения намотки внедрен в производство и в настоящее время используется на сновальных машинах ОАО «Димитровградтекстиль».

13. Годовой экономический эффект, получаемый при использовании дифференциального уплотнения намотки на одной сновальной машине СП-140−2Л ткацкого производства ОАО «Димитровградтекстиль», составил более 84 тыс. руб в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследования, проведенные в настоящей работе, позволяют сделать следующие общие выводы.

1. Получена математическая модель формирования намотки на сновальном валике, позволяющая качественно и количественно оценить степень деформации нитей в сновальной паковке, определить основные характеристики намотки, в том числе плотность намотки и длину снующихся нитей, с погрешностью, не превышающей 0,5%. Экспериментальными исследованиями установлена адекватность разработанной математической модели экспериментальным данным.

2. Установлено, что площади сечения деформированной и недефор-мированной нитей, находящихся в различных слоях, неодинаковы, вследствие различной величины нагрузок в слоях. Таким образом, плотность намотки в разных слоях будет существенно отличаться.

3. Исследовано влияние глубины залегания нити, наружного диаметра намотки, диаметра ствола сновального валика, силы натяжения нити и ее линейной плотности на плотность намотки. Установлено, что наибольшее влияние на плотность намотки оказывает натяжение нитей и число слоев на сновальном валике, что необходимо учитывать при проектировании технологического процесса и подготовки нитей к ткачеству. Также установлено, что при увеличении диаметра готового сновального валика напряжения и плотность намотки в слоях нитей, прилежащих к стволу сновального валика, существенно увеличиваются, что может привести к сходу витков на соседний слой и нарушению структуры намотки.

4. Так как натяжение нитей оказывает существенное влияние на структуру намотки, контроль натяжения нитей позволит уменьшить обрывность нитей не только в процессе снования, но и в последующих операциях технологической цепочки ткачества. В качестве рекомендации по уменьшению обрывности нитей можно предложить тщательный контроль натяжения нитей в процессе снования.

5. Установлено, что при уменьшении номера слоя, в котором находится нить, (то есть при приближении к стволу сновального валика) малая и большая полуоси эллиптического сечения нити уменьшаются. При этом необходимо отметить, что степень изменения большой полуоси эллипса менее существенна, чем степень изменения малой полуоси эллиптического сечения нити.

6. Отмечено, что учет деформации нити при математическом моделировании процесса намотки приводит к уменьшению ее длины на сновалР ной паковке в сравнении с длиной нити на такой же паковке, но определенной без учета деформации, причем степень деформации нити существенно влияет на ее длину на сновальном валике. Установлено, что отклонение длин нитей, определенных по различным зависимостям существенно: до 5%, причем при увеличении длины снующихся нитей погрешность в определении длины увеличивается экспоненциально.

7. В результате анализа литературных источников установлено, что метод конечных элементов является мощным и надежным средством исследования поведения систем тел в условиях разнообразных воздействий. Это позволило применить метод конечных элементов для расчета напряженно-деформированного состояния нити в намотке на сновальном валике. На современном рынке программным продуктов наиболее подходящим является пакет программ в числе особенностей которого — файловая совместимость всех модулей для всех используемых платформ и многоцелевая направленность пакета.

8. Разработана геометрическая модель намотки нитей на сновальном валике с применением системы твердотельного моделирования КОМПАС у.7, из которой расчетная модель импортирована в среду пакета программ где ей присвоены необходимые атрибуты, сгенерирована сетка конечных элементов, заданы свойства материалов и выполнена процедура решения.

9. Исследовано влияние глубины залегания нити, наружного диаметра намотки и диаметра ствола сновального валика, силы натяжения нити и ее линейной плотности на плотность намотки, картину распределения деформаций и напряжений в слоях методом конечных элементов с применением пакета программ ANSYS. Установлено, что наибольшее влияние на плотность намотки оказывает натяжение нитей и число слоев на сновальном валике, что необходимо учитывать при проектировании технологического процесса и подготовки нитей к ткачеству.

10. Подтверждено, что при приближении к стволу сновального валика малая полуось эллиптического сечения нити уменьшается, а большая полуось увеличивается по экспоненциальному закону. При этом степень изменения большой полуоси эллипса гораздо менее существенна, чем степень изменения малой полуоси эллиптического сечения нити, что подтверждается картиной деформаций, полученной в результате расчета с применением пакета программ ANSYS.

11. Выявлена картина распределения напряжений в местах контакта нитей, находящихся в намотке на сновальном валике. Установлено, что максимальные напряжения локализуются в месте контакта нитей, и распространяются на глубину, сравнимую с площадкой контакта этих нитей. Характерно, что линия контакта нитей в сечении, параллельном оси сновального валика близка к прямой.

12. Применение пакета программ ANSYS позволило установить направление перемещений локальных участков нити в плоскости сечения нити. Отмечено, что наибольшие перемещения узлов сетки конечных элементов наблюдаются по направлению к центру сновального валика. Также следует отметить достаточно большую величину перемещений в сторону заполнения воздушных промежутков между нитями, что свидетельствует об увеличении объемного коэффициента заполнения сновального валика при росте напряжений.

13. Выявлено, что изменение технологических параметров намотки нитей на сновальный валик оказывает существенное влияние на параметры структуры сформированной сновальной паковки. Наибольшее влияние на плотность намотки нитей, их разнодлинность и проекцию осевого сечения сновальной паковки (форму сновальной паковки) оказывает неравномерность натяжения снующихся нитей и координата точки набегания нити на поверхность сновального валика, и меньшее — неравномерность линейной плотности снующихся нитей.

14. Установлен механизм влияния неравномерности линейной плотности и натяжения снующихся нитей, и случайного изменения координаты точки набегания нити на поверхность сновального валика на плотность намотки нитей, их разнодлинность и проекцию осевого сечения сновальной паковки.

15. В результате теоретических исследований формы и параметров намотки на сновальном валике установлено, что процесс формирования намотки при случайном изменении линейной плотности и натяжения снующихся нитей, и локального перемещения точки набегания нити на поверхности сновального валика самосбалансирован.

16. В результате исследований профиля намотки установлено, что по мере наработки сновального валика бугристость намотки растет, причем амплитуда изменения диаметра намотки увеличивается не прямопропорцио-нально увеличению числа оборотов сновального валика.

17. Выявлено, что неровнота пряжи по линейной плотности оказывает незначительное влияние на форму проекции образующей намотки сновального валика.

18. Сделан вывод, что при эксплуатации высокоскоростных сновальных машин необходимо тщательно следить за состоянием элементов оборудования, влияющих на натяжение снующихся нитей: натяжные приборы, направляющие гребенки, валы регулятора суммарного натяжения, мерильный валик и т. д. Улучшения формы сновальной паковки можно добиться и уменьшением неравномерности натяжения одновременно снующихся нитей. При этом необходимо учесть, что неодинаковое натяжение нитей невозможно устранить или уменьшить на последующих переходах технологического процесса ткачества.

19. Исследования, проведенные в главах 2 и 3 показывают, что при постоянном давлении на сновальный валик со стороны укатывающего плотность намотки не остается постоянной. Этот факт определил необходимость применения дифференциального уплотнения намотки посредством разработки нового механизма уплотнения сновальной машины, позволяющего автоматически изменять величину давления укатывающего валика на сновальный.

20. Методом обращенного движения спроектирован профиль кулачка, устанавливаемого вместо грузовых колес механизма уплотнения сновальной машины из условия постоянства плотности намотки на сновальном валике на основе распределений послойной плотности намотки и напряжений в слоях.

21. Исследованиями, проведенными на ОАО «Димитровградтекстиль» (Ульяновская обл.) на машинах СП-140−2Л, установлено, что применение дифференциального уплотнения намотки позволило уменьшить бугристость намотки на сновальном валике. При формировании сновальной паковки со скоростью 150 м/мин бугристость при использовании дифференциального уплотнения намотки снизилась в 1,6 раза. С увеличением скорости формирования сновальной паковки тенденция к уменьшению бугристости при использовании дифференциального уплотнения намотки сохраняется: при сновании со скоростью 300 м/мин бугристость при использовании дифференциального уплотнения намотки снизилась в 1,7 раза.

22. Применение дифференциального уплотнения намотки позволило снизить разнодлинность нитей в намотке: при использовании механизма дифференциального уплотнения намотки снижается с 1,5% до 1%.

23. Установлено, что сход нитей при шлихтовании со сновальных валиков, полученных на машинах, оборудованных механизмами дифференциального уплотнения намотки, более равномерный с меньшим количеством врезанных нитей.

24. Применение дифференциального уплотнения намотки позволило увеличить длину нитей на сновальном валике при том же максимальном диаметре намотки в среднем на 5,5% - 5,8% в зависимости от линейной плотности нитей и их натяжения.

25. В целом увеличение длины нитей на сновальном валике, полученное путем применения дифференциального уплотнения намотки, способствует увеличению КПВ сновальных и шлихтовальных машин (за счет уменьшения частоты смены сновальных валиков) и снижению отходов при шлихтовании в виде мягких и клееных концов.

26. Разработанные технологические рекомендации по проектированию кулачков для механизма уплотнения сновальных машин переданы для использования ОАО «Димитровградтекстиль». Механизм дифференциального уплотнения намотки внедрен в производство и в настоящее время используется на сновальных машинах ОАО «Димитровградтекстиль».

27. Годовой экономический эффект, получаемый при использовании дифференциального уплотнения намотки на сновальных машинах СП-140−2Л ОАО «Димитровградтекстиль», составил более 84 тыс. руб в год.