Нормализация параметров процесса ткачества путем улучшения контроля влажности воздушной среды

Стабильность технологического процесса производства текстильного продукта, связанная с уровнем обрывности нитей в прядильном и ткацком производствах, во многом зависит от микроклиматических параметров воздуха, ввиду того, что они оказывают влияние на прочностные характеристики текстильного продукта, на производительность оборудования, на самочувствие работающего персонала [13.

Многочисленными исследованиями С 2,3,4,5 ] определены оптимальные температурно-влажностные параметры воздуха в текстильных производствах в виде общих пределов изменения температуры и влажности воздуха, но в литературных источниках нет допустимых пределов изменения относительной влажности воздуха (ОВВ) при конкретных температурах, которые бы обеспечили низкий уровень обрывности нитей в прядении и ткачестве.

Трудность поддержания микроклиматических условий производства текстильного продукта в допустимых пределах отчасти определяется отсутствием простых и надежных устройств контроля влажности воздуха (УКВВ), поскольку на текстильных предприятиях повсеместно для определения или стабилизации влажностных параметров воздуха, применяют бытовой психрометр или волосяной гигрометр, а эти устройства, как известно, имеют низкие точность и быстродействие, например, для контроля относительной влажности воздуха (ОВВ) аспирационным прихрометром требуется время не менее 4 минут, а абсолютная погрешность измерения ОВВ бытовым психрометром достигает 15%.

УКВВ сорбционного метода (волосяные, электролитические и химические) [1, 6. 7, 8 3 непригодны для применения в текстильной промышленности из-за недостаточной стабильности характеристик. Приборы типа «Волна» с кварцевым УКВВ, реализующие частотный метод измерения ОВВ С 6, 9 3, сложны по устройству и не обладают достаточной стабильностью характеристик.

Для наладки систем кондиционирования воздуха целесообразно иметь переносные гигрометры с хорошим быстродействием, чтобы определять быстро влажность воздуха в любой точке помещения, особенно важно знать влажность воздуха под ткацкими станками и вблизи прядильной машины, поскольку здесь она может существенно отличаться от влажности воздуха в местах установки регулирующего УКВВ.

Наиболее перспективным для стабилизации влажностных параметров воздуха в технологических цехах текстильного производства и для проведения исследований является применение УКВВ на основе кварцевого резонатора (КР), работающего по энергетическому методу,.

На базе метода были созданы устройства, длительное время успешно работающие на текстильных предприятиях [ 10 ]. При эксплуатации этих устройств было установлено,. что при низкочастотных колебаниях пьезоэлемента с его поверхности стряхивается пыль, а возникающий при колебаниях ультразвуковой ветер способствует повышению быстродействия УКВВ, что несомненно является их положительным качеством, которым не обладают кварцевые УКВВ, реализующие частотный метод измерения.

Однако широкому внедрению кварцевого УКВВ (энергетический метод) мешало отсутствие совершенной конструкции, обладающей необходимой технологичностью.

Для стабилизации текстильного производства важно стремиться к уменьшению обрывности нитей в прядении и ткачестве путем поддержания оптимальных тепловлажностных параметров воздуха. Известно, что предельная прочность ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи от ОВВ повышается при увеличении влажности воздуха, достигая максимального значения при ОВВ 70%, а при ОВВ 80% предельная прочность уменьшается, обрывность же этой пряжи на ткацких станках уменьшается с повышением ОВВ вплоть до 80% [ И ]. Такое противоречие, по-видимому, объясняется тем, что при работе ткацкого станка пряжа не испытывает предельно допустимых нагрузок.

Наиболее вероятной причиной обрыва нитей на ткацком станке яаляется быстрое изменение нагрузок на основные нити при зевообразовании и в момент заступа [12, 13 3. Целесообразно оценить сопротивляемость ошлихтованной пряжи механическим воздействиям на ткацком станке путем исследования зависимости вязкоупругих ее характеристик от тепловлажностных параметров воздуха.

Актуальность работы связана с необходимостью создания условий повышения конкурентноспособности текстильной продукции на мировом рынке путем поддержания с помощью нового УКВВ оптимальных тепловлажностных параметров воздуха, способствующих нормализации технологических параметров в прядении и ткачестве, уменьшению обрывности нитей, повышению производительности труда и качества продукции.

Целью работы является повышение производительности труда в ткачестве путем стабилизации влажности воздуха в ткацком производстве на основе созданной новой конструкции устройства контроля влажности воздуха, способного надежно работать в сложных условиях текстильного производства, определение допустимых пределов изменения ОВВ при конкретных температурах в производственных помещениях для обеспечения минимального уровня обрывности нитей в прядении и ткачестве, а также объяснении с позиций вязкоупругости ошлихтованной пряжи взаимосвязи обрывности нитей в ткачестве с тепловлажностными параметрами воздуха.

Указанная цель достигнута путем:

— разработки технологичной конструкции УКВВ и применения его для стабилизации влажности воздуха в ткацком производстве и для исследования взаимосвязи вязкоупругости ошлихтованной пряжи с тепловлажностными параметрами воздуха;

— исследования на созданной установке вязкоупругих свойств ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи в зависимости от ОВВ и температуры для объяснения аналогичной зависимости обрывности нитей на ткацких станках;

— исследования влияния стабилизации влажности воздуха с помощью УКВВ на уровень обрывности нитей в ткачестве и на производительность труда.

— разработки метода представления взаимосвязи тепловлаж-ностных параметров воздуха с обрывностью нитей в прядении и ткачестве;

В качестве объектов исследований использованы технологический процесс ткачества и ошлихтованные хлопчатобумажные нити. При исследованиях применены современнные методы физико-химического анализа, дифференциального исчисления, теориии упругости, методов математической статистики и оборудование: камера искусственного климата «Реийгоп», электронносчетный частотомер типа РЧЗ-07−0001, синтезатор частоты типа 46−31, прецизионного генератора ГЗ-105, аналитические весы АД-200.

Для исследования зависимости вязкоупругих свойств ошлихтованной пряжи от температуры и влажности воздуха была создана экспериментальная установка на базе камеры искусственного климата •Теии'оп", стабилизация ОВВ в которой осуществлялась с погрешностью не более ± 0.5%, благодаря применению специально разработанной новой конструкции УКВВ.

В процессе разработки УКВВ усовершенствован метод расчета массы влагочувствительного покрытия по частоте колебаний УКВВ. Метод основан на электромеханической аналогии, впервые примененной для этой цели В. Е. Савченко [14, 15 ], получены зависимости демпфирующих свойств влагочувствительных веществ от температуры и ОВВ [ 16 ]. Новизна разработанная конструкции кварцевого УКВВ с технологической компенсацией температурной погрешности подтверждена авторским свидетельством РФ N 989 424 [ 17 ] и патентом РФ N 2 035 731 [ 18 ], Созданный УКВВ обеспечивает линейность, стабильность и воспроизводимость выходной его характеристики, малую инерционность.

Созданный УКВВ применен в цифровых переносных гигрометрах, во влагомерах и влагорегуляторах воздуха цифрового и аналогового исполнения. Приборы с УКВВ нашли применение на предприятиях текстильной промышленности, они установлены на Тираспольский х/б и Бендерский шелковый комбинаты, на Ивановскую Фабрику им. С. И. Балашова. С помощью переносного, гигрометра, содержащего УКВВ, исследованы условия производства текстильного продукта на АО «Комбинат им. Самойлова» .

Созданная конструкция УКВВ позволила стабилизировать влажность воздуха в ткацком производстве на Тираспольском х/б комбинате, что обеспечило уменьшение обрывности нитей в ткачестве на 10 — 12% и и повышение производительности труда на 2 — 3%.

Путем введения дополнительного параметра (упругости водяного пара) систаматизированы и уточнены допустимые пределы изменения ОВВ при конкретных температурах для прядильного и ткацкого производства.

Проведенные динамические исследования вязкоупругих свойств ошлихтованной основной нити при различных микроклиматических параметрах воздуха, позволили получить четкую взаимосвязь между влажностью воздуха, вязкоупругими параметрами ошлихтованной пряжи и уровнем обрывности нитей в ткацком производстве.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Полученные зависимости вязкости, жесткости и модуля упругости ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи от влажности воздуха, объясняющие взаимосвязь между уровнем обрывности в ткачестве с микроклиматическими параметрами воздуха.

2. Методика представления взаимосвязи обрывности нитей в прядении и ткачестве с тепловлажностными параметрами воздуха и полученные по этой методике уточненные пределы изменения влажности воздуха при конкретных температурах в прядильном и ткацком производствах для обеспечения минимального уровня обрывности.

3. Объяснение изменения жесткости ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи в зависимости от величины ее влагосодержания с позиций пластификации и антипластификации.

4. Введенный коэффициент сопротивляемости нити разрушению, характеризующий зависимость упругих и вязких характеристик текстильной нити от времени воздействия механических нагрузок.

5. Результаты исследований влияния стабилизации влажности воздуха в ткачестве на производительность труда и обрывность нитей.

— и.

ВЫВОДЫ.

1. С помощью переносного гигрометра с разработанным УКВВ, обеспечивающим контроль относительной влажности воздуха (ОВВ) с погрешностью не более ±2% ОВВ, проведены исследования реальной.

4 ПО хии влажности воздуха в ткацком производстве, установившие, что разность между ОВВ вблизи ткацкого станка и влажностью воздуха в центре ткацкого зала без автоматического регулирования влажности воздуха достигает 10−13%.

2. Проведенные исследования показали, что стабилизация влажности воздуха в ткацком производстве Тираспольского хлопчатобумажного комбината, осуществляемая с помощью влагомера воздуха ВВК-1 на основе разработанного кварцевого УКВВ, имеющего абсолютную погрешность измерения не более ±2% ОВВ, позволяет уменьшить обрывность нитей на ткацких станках на 10 -12% и увеличить производительность труда ткача на 2 — 3% по сравнению с ткацким залом этого комбината без автоматического регулирования влажности воздуха.

3. Уменьшение обрывности нитей в ткачестве при автоматическом регулировании влажности воздуха происходит благодаря стабилизации удлинения нитей основы на более высоком уровне, уменьшении в результате этого пределов изменения натяжения основы на ткацких станках при пиковых нагрузках в процессе зевообразования и в момент прибоя уточной нити к опушке ткани.

4. При автоматическом регулировании ОВВ стабилизируются вязкоупругие параметры ошлихтованной пряжи, благодаря чему уменьшается диапазон изменения натяжения основы при зевообразо-вании более, чем в 2 раза по сравнению с ручным регулированием влажности воздуха, что и является, по-видимому, основной причиной уменьшения при этом обрывности нитей в ткачестве.

5. Влияние упругих и вязких характеристик ошлихтованных х/б нитей на их сопротивляемость механическим воздействиям зависит от времени воздействия механических нагрузок. При малом времени воздействия или с повышением частоты воздействия роль вязкости уменьшается и возрастает роль упругости, а с понижением частоты воздействия повышается роль вязкости.

6. Введен коэффициент сопротивляемости нити разрушению, равный отношению ее модуля упругости к вязкости (Коб = Е/п), который при автоматическом регулировании влажности воздуха в ткацком цехе в среднем повышается на 13.3% по сравнению с аналогичным показателем без автоматического регулирования влажности воздуха, обрывность нитей в ткачестве при автоматическом регулировании влажности воздуха уменьшается в среднем на 10% по сравнению с обрывностью нитей без автоматического регулирования влажности воздуха.

7. Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения одного УКВВ в систему автоматического регулирования влажности воздуха, рассчитанный на основе технических данных проекта ГПИ-6 для Ивановской ткацкой фабрики им. 8 Марта и прядильно-ткацкой фабрики им. С. И. Балашова по эффекту повышения производительности труда на 1% составляет 4000 рублей в ценах 1998 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

При формировании цели диссертационной работы автор ставил перед собой задачи: установить взаимосвязь вязкоупругих параметров ошлихтованной пряжи, влажности воздуха и обрывности нитей в ткачестве, обеспечить повышение производительности труда в ткачестве путем стабилизации влажности воздуха в ткацком производстве на основе созданного устройства контроля влажности воздуха (УКВВ), способного надежно работать в сложных условиях текстильного производства, и уточнить допустимые пределы изменения относительной влажности воздуха (ОВВ) в производственных помещениях при различных температурах для обеспечения минимального уровня обрывности в прядильном и ткацком производствах,.

Для решения этой задачи необходимо было:

— исследовать реальные условия производства текстильного продукта и определить параметры микроклимата, которые обеспечивают минимальную обрывность в ткацком и прядильном производствах, что невозможно было сделать существующими средствами контроля влажности воздуха с необходимой точностью;

— исследовать вязкоупругие характеристики ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи в зависимости от ОВВ путем возбуждения в ней колебаний резонансной частоты, связав их с зависимостью уровня обрывности в ткачестве от ОВВ;

— разработать технологичную конструкцию УКВВ с технологической компенсацией температурной погрешности, исследовать его характеристики и приборов на его основе;

В итоге выполнения диссертационной работы получены следующие научные результаты:

3.1. Впервые проведены динамические исследования вязкоупругих свойств ошлихтованной основной нити в зависимости от температуры и влажности воздуха на созданной для этих целей установке, позволившие установить, что с среде влажного воздуха при увеличении влагосодержания текстильной нити вода выполняет роль «антипластификатора», так как с ростом влажности ошлихтованной нити ее упругость и вязкость увеличиваются.

1.2. Определено, что уменьшение обрывности в ткачестве при автоматическом регулировании влажности воздуха происходит благодаря стабилизации модуля упругости и вязкости нитей основы, обеспечивающих повышенное их удлинение и уменьшение неравномерности натяжения основы на ткацком станке при пиковых нагрузках в процессе зевообразования и в момент прибоя уточной нити к опушке ткани.

1.3. Установлено, что влияние упругих и вязких характеристик ошлихтованной х/б пряжи на их сопротивляемость механическим воздействиям на ткацком станке зависит от времени воздействия механических нагрузок по аналогии с полимерными системами.

Для учета этого явления введен коэффициент сопротивляемости нити разрушению, равный отношению ее модуля упругости к вязкости (Коб = Е/д), характеризующий зависимость упругих и вязких характеристик текстильной нити от времени воздействия механических нагрузок. Это позволило провести научно обоснованный анализ влияния стабилизации влажности воздуха на вязкоупругие характеристики основной ошлихтованной пряжи и ее обрывность в ткачестве.

1.4. Разработана методика определения допустимых пределов изменения ОВВ при конкретных температурах в ткацком и прядильном производствах, обеспечивающих минимальную обрывность нитей.

1.5. Проведенные исследования сорбционных свойств влагочувствительных веществ на поверхности пьезоэлемента по уточненной методике позволили разработать технологичную конструкцию устройства контроля влажности воздуха (УКВВ) с технологической компенсацией температурной погрешности. Новизна УКВВ подтверждена авторским свидетельством N 989 424 (1983 г.) и патентом РФ N 2 035 731 (1995 г.).

На основе научных результатов в диссертации решены следующие инженерно-технические задачи:

2.1. Путем введения дополнительного параметра, характеризующего тепловлажностные свойства воздуха, — упругости водяного пара, уточнены допустимые границы колебаний ОВВ при конкретных температурах для обеспечения минимального уровня обрывности в ткацком и прядильном производствах.

2.2. С помощью разработанного УКВВ проведены исследования влияния тепловлажностного режима в ткацком производстве при ручном и автоматическом регулировании влажности воздуха на обрывность нитей и производительность труда в ткачестве в условиях Тираспольского хлопчатобумажного комбината, показавшие, что автоматическое регулирование влажности воздуха в цехе позволяет уменьшить обрывность нитей на ткацких станках на 10 — 12% и увеличить производительность труда ткача на 2 -3%.

2.3. При автоматическом регулировании ОВВ стабилизируются вязкоупругие параметры ошлихтованной пряжи, благодаря чему уменьшается диапазон изменения натяжения основы при зевообразовании более, чем в 2 раза по сравнению с ручным регулированием влажности воздуха, что и является основной причиной уменьшения обрывности нитей при стабилизации влажности воздуха в ткацком зале.

2.4. Разработанные кварцевые УКВВ реализованы в измерителях влажности воздуха ВВК-1 и ДВВ-10, изготовляемых НИЭКМИ и НПО «Тест» и установленных в ткацкие и прядильные залы текстильных предприятий (гг. Иваново, Бендеры, Тирасполь), в тепличные комбинаты (гг. Иваново, Владимир), на радиотелевизионные станции (гг. Родники и Владимир), а также используется в учебном процессе в Ивановской государственной текстильной академии при изучении влияния влажности воздуха на текстильный продукт.

Годовой экономический эффект от внедрения одного влагомера воздуха ВВК-1 на текстильные предприятия по данным Бендерского шелкового комбината составляет 50 тысяч рублей в ценах 1998 года (см. приложение 5).

Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения одного УКВВ в систему автоматического регулирования влажности воздуха, рассчитанный на основе технических данных проекта ГПИ-6 (т.11) для Ивановской ткацкой фабрики им.8 Марта и прядильно-ткацкой фабрики им. С. И. Балашова составляет 4000 рублей в ценах 1998 года.

Благодаря применению кварцевого УКВВ во влагорегуляторе типа РВВ-К-2, обеспечивающим точность регулирования ОВВ ± 0.5% ОВВ при температурах 20. 40 °C и ОВВ 30. 90% обеспечена высокая достоверность исследований зависимости вязкоупругих свойств, ошлихтованной пряжи от ОВВ.

Разработанное устройство контроля влажности воздуха и методика определения массы чувствительного покрытия используются в учебном процессе ИГТА.

Уточненные допустимые пределы изменения микроклиматических параметров воздуха, обеспечивающие минимальный уровень обрывности нитей в прядильном и ткацком хлопчатобумажных производствах, в виде рекомендаций переданы для использования в АО «Комбинат им. Самойлова» .

Таким образом, в процессе выполнения диссертационной работы автором решены все поставленные задачи.