Совершенствование процессов дискретизации льносодержащего волокнистого потока и формирования высококачественной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах типа ППМ

Выпуск качественной, конкурентоспособной продукции на основе новых экономичных технологий производства современных текстильных материалов является важнейшей задачей развития текстильной отрасли в сложившейся рыночной ситуации.

Одним из примеров таких технологий в текстиле являются технологии, связанные с модификацией свойств льняного волокна (котонизацией) и производством на его основе нового ассортимента текстильных изделий бытового, технического и медицинского назначения.

Эффективность создания этого ассортимента материалов обусловлена уникальными природными свойствами льняного волокна: гигроскопичностью, гигиеничностью, антиаллергенностью, прочностью и экологической чистотой.

Пряжа, ткани и изделия с содержанием льноволокна благодаря этим свойствам пользуются все возрастающим спросом у нас в стране и за рубежом. Рыночная цена хлопко льняной пряжи на 10−15% выше, чем у хлопчатобумажной, при более дешевом сырье и практически одинаковых затратах на их производство.

Необходимо отметить, что степень одревеснения отечественного льноволокна на 20 — 40% превышает данный показатель у европейского льна, в результате чего получаемый котонин характеризуется высокой дисперсией по линейной плотности и содержит в своем составе грубые, неразработанные комплексные волокна. В связи с этим получение смесовой хлопкольняной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах осложнено вследствие низкой стабильности процесса прядения, а выработанная пряжа имеет недостаточную прочность. Это повышает обрывность и в процессе ее производства, и в ткачестве.

Важным является и тот факт, что, несмотря на значительное сокращение в последние годы парка пневмомеханических прядильных машин, он составляет более 80% от общего количества прядильных машин на предприятиях отрасли, а расходы по его модернизации во много раз ниже затрат на закупку нового оборудования.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод об экономической целесообразности совершенствования процессов дискретизации волокнистого потока и формирования смесовой льносодержащей пряжи, направленных на снижение обрывности и повышение качества выпускаемой пряжи на пневмомеханических прядильных машинах, предназначенных для выпуска хлопчатобумажной пряжи.

Работа выполнена в соответствии с программой гранта Министерства образования Российской Федерации 2002 года по фундаментальным исследованиям в области технических наук, по разделу «Легкая промышленность», по теме «Разработка теоретических основ процессов формирования котонинсодержащей пряжи пневмомеханического способа прядения».

Цели и задачи исследования.

Цель диссертационной работы состояла в улучшении качества смесовой льносодержащей пряжи, повышении производительности труда и прядильного оборудования за счет уменьшения обрывности, а также в снижении себестоимости получаемой пряжи.

Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

— на основании законов механики разработана математическая модель для расчета силы натяжения льносодержащей пряжи в зависимости от линейной плотности пряжи, линейной плотности комплекса котонина, частоты вращения и радиуса прядильной камеры;

— предложена аналитическая модель для определения силы натяжения пневмомеханической льносодержащей пряжи при ее обрыве с учетом массы соринки и линейной плотности комплекса котонина;

— получены регрессионные математические модели, описывающие влияние геометрических параметров гарнитур дискретизирующих барабанчиков на количество выделяемых грубых комплексов котонина, костры, пыли и сорных примесей при выработке смесовой хлопкольняной пряжи;

— с использованием метода математического планирования определены оптимальные геометрические параметры цельнометаллической пильчатой ленты для дискретизирующих барабанчиков пневмомеханической прядильной машины, позволяющие более эффективно удалять грубые комплексы котонина из волокнистой мычки;

— проведены сравнительные испытания влияния на качественные показатели вырабатываемой смесовой хлопкольняной пряжи предложенной конструкции гарнитуры и типовых гарнитур, широко используемых на текстильных предприятиях страны;

— определены оптимальные заправочные параметры узла дискретизации с разработанной гарнитурой дискретизирующего барабанчика пневмомеханической прядильной машины;

— выполнены экспериментальные исследования по определению натяжения смесовой хлопкольняной пряжи;

— экспериментально установлено влияние линейной плотности комплекса котонина, при которой обеспечивается уровень обрывности пряжи, отвечающий требованиям технологического процесса пневмопрядения;

— на основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны технические решения по модернизации прядильного устройства пневмомеханической прядильной машины для выработки пряжи из смеси хлопка с котонизированным льняным волокном. Испытания, проведенные на данном устройстве, подтвердили эффективность предложенного решения.

Методы исследований.

Для теоретических исследований использовали математический аппарат дифференциального и интегрального исчислений, численные методы прикладной математики, методы математического моделирования и теории оптимизации, а также методы теории вероятностей и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились как в лабораторных условиях с применением специальных стендов и современной измерительной аппаратуры, так и на действующем оборудовании текстильных предприятий.

Достоверность и обоснованность.

Для подтверждения теоретических положений проведены экспериментальные исследования, результаты которых обработаны методами теории вероятностей и математической статистики и полностью согласуются с результатами проведенных теоретических исследований.

Автор защищает: выдвинутые теоретические положения, технологические и технические решения, направленные на повышение качества вырабатываемой хлопкольняной пряжи, увеличение производительности труда и оборудования путем снижения обрывности пряжи, в частности: теоретические положения, позволяющие осуществлять прогнозирование удельной разрывной нагрузки пряжи в зависимости от линейной плотности перерабатываемых волокон котонина и частоты вращения роторов пневмомеханической прядильной машиныгеометрические параметры гарнитуры дискретизирующего барабанчика для переработки льносодержащих смесейтехнические решения по модернизации прядильного блока пневмомеханической прядильной машины для переработки льносодержащих смесей.

Научная новизна.

Научная новизна заключается в том, что впервые:

— разработана математическая модель для расчета силы натяжения льно-содержащей пряжи в зависимости от линейной плотности пряжи, линейной плотности комплекса котонина, частоты вращения и радиуса прядильной камеры;

— предложена аналитическая модель для определения силы натяжения пневмомеханической льносодержащей пряжи при ее обрыве с учетом массы соринки и линейной плотности комплекса котонина;

— получены математические регрессионные модели, описывающие влияние геометрических параметров гарнитур дискретизирующих барабанчиков на количество выделяемых в отходы грубых комплексов котонина, костры, пыли и сорных примесей;

— экспериментально установлена функциональная взаимосвязь между натяжением пряжи на выходе из прядильного устройства и наличием в мычке волокон льняного котонина;

— экспериментально измерено натяжение в момент обрыва хлопкольняной пряжи;

— экспериментально определена линейная плотность волокон котонина в смеси, при которой обеспечивается допустимый уровень обрывности технологического процесса пневмопрядения.

Новизна разработанных в диссертационных исследованиях технических решений защищена свидетельством РФ на полезную модель № 26 560 от 10.12.02 «Цельнометаллическая пильчатая лента для дискретизирующего барабанчика пневмомеханической прядильной машины» по заявке № 2 002 109 990/20 от 18.04.2002. МПК D01 Н4/30.

Практическая ценность — экспериментально установлены геометрические и технологические параметры пильчатой гарнитуры дискретизирующего барабанчика, с помощью которых достигается более эффективное вычесывание грубых комплексов котонина, сорных примесей и костры;

— производственные испытания разработанных предложений по модернизации существующего прядильного устройства для выпуска смесовой котонинсодержащей пряжи на ООО «Фурмановская фабрика № 1» показали снижение обрывности пряжи на 37% и повышение комплексного показателя качества вырабатываемой пряжи на 22%.

Результаты работы внедрены в производство на ЗАО «Ремиз» г. Иваново.

Результаты работы могут быть использованы при модернизации действующего оборудования, в научных и экспериментальных исследованиях в области пневмомеханического прядения, в учебном процессе в курсе «Прядение натуральных и химических волокон», при выполнении научно-исследовательских дипломных проектов.

Ожидаемая экономическая эффективность от использования предложенного модернизированного прядильного устройства выразится: в повышении сортности пряжи и составит 8000 рублей на одну тонну пряжив увеличении выработки пряжи за счет снижения обрывности и будет равняться 2626 рублям с тонны пряжи.

Апробация работы.

Материалы по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективы легкой и текстильной промышленности» (Прогресс — 2002). Иваново: ИГТА, 2002;

Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс — 2005). Иваново: ИГТА, 2005.

Публикации.

Результаты работы отражены в 9 публикациях, в том числе 1 статья опубликована в журнале «Технология текстильной промышленности» (серия «Известия вузов»), 3 депонированы в ВИНИТИ, остальные опубликованы в материалах научно-практических конференций и научных сборников. Получено Свидетельство на полезную модель № 26 560 РФ МПК D01 Н4/30.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 180 листах машинописного текста, состоит из шести глав, выводов, библиографического списка из 104 наименований, содержит 45 таблиц, 48 рисунков и приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. В результате анализа литературных источников установлено, что для повышения эффективности разъединения волокон и вычесывания оставшихся неразработанными комплексов котонина в канал сороочистки рекомендуется повышать интенсивность воздействия гарнитуры дискретизирующего барабанчика на волокнистую бородку. При этом желательно использовать специально подобранную гарнитуру, между параметрами которой и свойствами волокон должна быть корреляционная связь. Установлено, что наибольшее количество связей имеет шаг зубьев и угол их наклона. Для лучшего разъединения волокон следует увеличивать угол передней грани зубьев гарнитуры и уменьшать площадь вершин зубьев.

2. Получена математическая модель зависимости натяжения обрыва льносодержащей пряжи пневмомеханического способа прядения от линейной плотности грубого волокна котонина и массы соринки, находящихся в желобе ротора.

3. Определены геометрические параметры гарнитуры для дискретизирую-щих барабанчиков пневмомеханических прядильных машин, которые обеспечивают эффективное удаление грубых комплексов котонина из волокнистой мычки: угол наклона зубьев гарнитуры 80°- шаг зубьев 1,3 ммвысота зубьев 1,0 мм.

4. Сравнительный анализ использования разработанной гарнитуры с наиболее распространенным типом гарнитуры дискретизирующих барабанчиков ОК- 40 при выработке смесовой хлопкольняной пряжи показал преимущества предложенного нами устройства, выражающиеся в увеличении удельной разрывной нагрузки пряжи на 11%, снижении коэффициента вариации по удельной разрывной нагрузке на 18%, коэффициента вариации по крутке на 13% и количества утолщений в пряже на 20%.

5. Для предлагаемой гарнитуры при выработке хлопкольняной пряжи 38 текс получены регрессионные математические модели, устанавливающие зависимости между удельной разрывной нагрузкой хлопкольняной пряжи, коэффициентом вариации по удельной разрывной нагрузке, коэффициентом вариации по линейной плотности пряжи, количеством пороков в пряже и частотой вращения дискретизирующего барабанчика Xh разводкой между питающим столиком и зубьями дискретизирующего барабанчика Х2, нагрузкой на питающий столик Х3, позволившие определить оптимальные значения заправочных параметров узла дискретизации: Xj — 6700 об/минХ2 -68,5 мм- - 27 Н.

6. Экспериментально установлено, что натяжение на выходе из прядильной камеры пневмомеханической прядильной машины при выработке смесовой двухкомпонентной пряжи с добавлением котонизированного льна имеет большие по величине колебания, чем при производстве пряжи из 100%-ного хлопка (дисперсия натяжения пряжи выше на 30%, коэффициент вариации — на 24%). Причиной повышенной амплитуды колебаний натяжения являются находящиеся в составе пряжи грубые комплексы котонина.

7. Опытным путем определены максимально допустимые линейная плотность 6,19 текс и масса 0,26 мг волокон котонина, при которых обеспечивается допустимый уровень обрывности пневмомеханического прядения смесовой хлопкольняной пряжи линейной плотности 36 — 50 текс.

8. Проведена экспериментальная апробация предложенных аналитических решений по определению натяжения обрыва пневмомеханической льносодержащей пряжи, которая подтвердила их адекватность, так как полученные опытные и расчетные значения отличаются на величину, не превышающую 5% при доверительной вероятности pD = 0,95.

9. Экспериментально подтверждено, что использование разработанной гарнитуры «Экспериментальная-2» позволяет снизить величину колебаний натяжения смесовой хлопкольняной пряжи. Дисперсия натяжения хлопкольняной пряжи линейной плотности 46 текс уменьшилась на 16%, а вискозно-льняной — на 19%).

10. Производственные испытания по выпуску хлопкольняной пряжи линейной плотности 36 текс с применением предложенной разработки по модернизации прядильного устройства, включающего в себя гарнитуру дискретизирующего барабанчика «Экспериментальная-2», оптимальные параметры настройки узла дискретизации, сороотводящий канал с волнообразным профилем верхней стенки и керамическую выводную воронку типа ИПЭ-02, показали, что комплексный показатель качества пряжи увеличился на 22% и на 37% снижена обрывность пряжи.

11. Расчет предполагаемого экономического эффекта при использовании предложенной модернизации прядильного устройства составит:

— за счет повышения сортности пряжи — 8000 рублей на 1 тонну пряжи;

— за счет снижения обрывности пряжи — 2626 рублей на 1 тонну пряжи.

Экономия за счет снижения части стоимости сырья и увеличения стоимости готовой пряжи составит 14 090 рублей на 1 тонну пряжи (в ценах 2005 года).

Таким образом, поставленная в диссертационном исследовании цель достигнута.