Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Красик Татьяна Яковлевна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРЫХЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И СМЕШИВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХЛОПКОЛЬНЯНОЙ ПРЯЖИ
Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Иваново 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ивановская государственная текстильная академия (ИГТА).
Научный консультант: Хосровян Гайк Амаякович, доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Корабельников Андрей Ростиславович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теории механизмов и машин, деталей машин и проектирования текстильных машин ФГБОУ ВПО Костромской государственный технологический университет Башкова Галина Всеволодовна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры механической технологии текстильных материалов ФГБОУ ВПО Ивановская государственная текстильная академия
Ведущая организация: ФГБУ Агентство по производству и первичной переработке льна и конопли Лён
Защита состоится л27 декабря 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.061.01 при ФГБОУ ВПО Ивановская государственная текстильная академия (ИГТА). Адрес: 153000, г. Иваново, пр. Шереметевский, д. 21, ауд. Г-235, e-mail: rector@igta.ru, факс (4932)412108.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Ивановская государственная текстильная академия.
Автореферат разослан л................... 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета КУЛИДА Н.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы В настоящее время одним из наиболее распространенных видов волокнистого сырья, выращиваемого на территории Российской Федерации, является лен. Современные технологии промышленного производства позволяют вырабатывать из него котонин, который используется при производстве смесовой хлопкольняной пряжи. Добавление котонина к хлопку заметно снижает стоимость пряжи и, кроме того, улучшает ее гигиенические свойства. Немаловажно и то, что при этом используются традиционные технологии хлопкопрядения.
Современный подход к качеству выпускаемой хлопкольняной пряжи требует постоянного улучшения процессов подготовки полуфабрикатов прядильного производства. С учетом неоднородности котонизированных волокон это особенно актуально на таких основных этапах обработки волокон, как разрыхление, очистка и смешивание.
В процессе разрыхления и очистки котонизированные волокна проходят через технологические зоны, ряд которых в настоящее время не имеет обоснованных математических моделей для описания протекающих в них процессов. В частности, к таким процессам относится волокнопереход между пильчатыми гарнитурами вращающихся барабанов с учетом принудительного разделения исходного потока, состоящего из котонизированных волокон, на две составляющие, одна из которых содержит мягкие волокна, а другая - жесткие, процесс их аэродинамического съема, а также процесс движения волокнистых компонентов в вертикальных камерах смешивающих машин, сопровождающийся обеспыливанием.
Отличающийся закостренностью и содержанием жестких волокон котонизированный лен проявляет специфические особенности в процессе сжатия в вертикальных камерах дозаторов-смесителей. Поэтому актуальным является решение проблемы математического моделирования движения котонизированных волокон и их обеспыливания в смешивающих машинах в соответствии с законами механики и аэродинамики. В связи с закостренностью котонизированных волокон возникает необходимость производить при подготовке очистку до предельно допустимых значений параметров костринок в них, чтобы снизить обрывность в процессе формирования пряжи. Существующий уровень теоретических исследований механики обрыва пневмомеханической пряжи не позволяет заранее прогнозировать эти параметры. Вместе с тем хлопкольняной полуфабрикат нуждается в дополнительной очистке от костры и жестких волокон в процессе дискретизации. Однако современные пневмомеханические прядильные машины, предназначенные для хлопкопрядения, в значительной степени не приспособлены для очистки котонизированных волокон, что вызывает необходимость создания принципиально новых теоретически обоснованных конструкций узлов дискретизации.
Целью диссертационной работы является совершенствование процессов разрыхления, очистки и смешивания при производстве хлопкольняной пряжи.
Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
- разработка теории процесса одностороннего волокноперехода между пильчатыми гарнитурами двух вращающихся барабанов;
- вывод математической модели для расчета угловых значений дуги аэросъема в зависимости от параметров гарнитуры, радиуса, частоты вращения барабана и скорости снимающего воздушного потока;
- разработка эффективного устройства для разрыхления, очистки и перераспределения котонизированных волокон с двумя узлами аэросъема;
- вывод уравнения, моделирующего процесс движения котонизированных волокон и их обеспыливания в вертикальной камере дозаторасмесителя;
- вывод зависимости для расчета линейной плотности настила на выходе из вертикальной камеры дозатора-смесителя с учетом геометрических параметров камеры, механических характеристик котонизированных волокон, аэродинамических условий в незаполненной части вертикальной камеры дозатора-смесителя и разряжения, создаваемого обеспыливающей системой;
- вывод теоретической зависимости, характеризующей выравнивающую способность модуля дозатора-смесителя;
- разработка алгоритма и программы для расчета оптимальных параметров дозатора-смесителя;
- разработка математической модели для расчета крутки пряжи на входе на фрикционную поверхность воронки в момент появления костринки в баллонирующем участке;
- вывод зависимости предельно допустимой массы и размеров костринки в полуфабрикате от радиуса прядильного ротора, частоты его вращения и линейной плотности хлопкольняной пряжи;
- разработка экспериментального устройства для определения крутки пряжи в камере ротора пневмомеханической прядильной машины;
- разработка дискретизирующего устройства пневмомеханической прядильной машины с контролируемыми воздушными потоками для выработки хлопкольняной пряжи.
Методы исследований. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчислений, векторного анализа, аналитической геометрии, теории обыкновенных дифференциальных уравнений, численные методы прикладной математики, методы теории механики гибкой нити. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном и действующем производственном оборудовании с использованием стандартных методик и современной измерительной аппаратуры. Расчеты осуществлялись на ЭВМ с применением современного математического программного пакета Mathcad.
Достоверность и обоснованность. Математические модели технологических объектов разрабатывались на основе законов механики. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна В рамках развития теоретического обоснования процессов разрыхления, очистки и смешивания волокнистых материалов в производстве хлопкольняной пряжи впервые получены следующие научные результаты:
- разработана теория процесса одностороннего перехода котонизированных волокон между пильчатыми гарнитурами двух вращающихся барабанов, в ходе которого со второго барабана узлом аэросъема удаляется остаточный слой волокон;
- выведена математическая модель для расчета угловых значений дуги аэросъема волокон в зависимости от параметров гарнитуры, радиуса, частоты вращения барабана и скорости снимающего воздушного потока;
- проведено математическое моделирование процесса перераспределения котонизированных волокон между узлами аэросъема разработанного разрыхлителя-очистителя;
- на основе законов механики и аэродинамики выведено уравнение, моделирующее процесс движения котонизированных волокон и их обеспыливания в вертикальной камере дозатора-смесителя;
- получена зависимость для расчета линейной плотности настила на выходе из вертикальной камеры дозатора-смесителя с учетом геометрических параметров камеры, механических характеристик котонизированных волокон, аэродинамических условий в незаполненных частях вертикальных камер дозатора-смесителя и разряжения, создаваемого обеспыливающей системой;
- теоретически доказано, что линейная плотность настила, производимого одним модулем дозатора-смесителя, возрастает пропорционально разности между давлением над волокнистым столбом в вертикальной камере и давлением во всасывающих отверстиях в боковых стенках дозаторасмесителя;
- теоретически выведена зависимость, характеризующая выравнивающую способность дозатора-смесителя, и разработан алгоритм для оптимизации его параметров;
- разработана математическая модель для расчета крутки пряжи на входе на фрикционную поверхность пряжевыводной воронки при наличии костринки, включенной в баллонирующий участок пряжи;
- доказано, что наличие включенной в пряжу костринки приводит к снижению крутки пряжи на входе на фрикционную поверхность пряжевыводной воронки и, следовательно, к снижению уровня крутки на баллонирующем участке;
- выведена зависимость предельно допустимой массы протяженной костринки, включенной в пряжу, от радиуса прядильного ротора, частоты его вращения и линейной плотности хлопкольняной пряжи;
- разработаны метод расчета, алгоритм и компьютерная модель для расчета траекторий движения сорных частиц при дискретизации волокон в пневмомеханическом прядильном устройстве.
Новизна разработанных технических решений защищена свидетельствами на полезную модель № 111141 РФ (опубл. 10.12.2011) и № 119344 РФ (опубл. 20.08.2012). В Федеральный институт промышленной собственности поданы заявка на изобретение (№2011131281/12 от 02.08.2011) и заявка на полезную модель (№2012132803/12 от 31.07.2012) и получены положительные решения о выдаче патентов РФ.
Новизна разработанного программного обеспечения защищена свидетельством о государственной регистрации № 2011616800 (опубл.
1.09.2011).
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Практическая реализация работы осуществлялась на ОАО Прядильноткацкая фабрика № 1 (г. Фурманов, Ивановская обл.), ООО Южа-текстиль (г. Южа, Ивановская обл.), ООО СП RUSOТZBEKTEKS (г. Рештан, Республика Узбекистан). Разработанные программные продукты применялись для оптимизации процессов смешивания и дискретизации волокон.
Результаты работы могут быть использованы при модернизации действующего оборудования, в научных и экспериментальных исследованиях в области разрыхления, смешивания и очистки волокнистых материалов, в учебном процессе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на научно-технических конференциях в ИГТА, МГТУ, КГТУ, РосЗИТЛП, ЮРГУЭС, СПГУТД, Алматинском технологическом университете (Республика Казахстан).
Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены 4 статьями в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций, 22 тезисами докладов научнотехнических конференций, 2 патентами на полезную модель и свидетельством о государственной регистрации программы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 1листах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 106 наименований, содержит 7 таблиц, 56 рисунков и 3 приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы.
Первая глава посвящена критическому анализу актуальных проблем процессов разрыхления, очистки и смешивания котонизированных волокон при подготовке их к пневмопрядению. Важное место в исследованиях процессов подготовки полуфабриката занимают работы таких ученых, как А.Г.
Севостьянов, И.Г. Борзунов, Н.М. Ашнин, В.Д. Фролов, Ф.М. Плеханов, Н.Н.
Труевцев, Р.В. Корабельников, Ю.В. Павлов, Г.И. Чистобородов, Г.А. Хосровян, В.М. Зарубин, Г.И. Карасев, А.Ф. Плеханов, В. Роглен, П. Артцт, Г. Эгберс и др.
На основании проведенного анализа сделан вывод об актуальности исследований процесса перераспределения котонизированных волокон между рабочими органами разрыхлителей-очистителей по их линейной плотности и разработки эффективных устройств для этой цели. Вместе с тем процесс перераспределения котонизированных волокон при их переходе с поверхности одного пильчатого барабана на другой возможен только в случае осуществления аэросъема остаточных слоев с барабанов. Методика расчета аэросъема волокон рассматривалась ранее в частном случае без учета аэродинамической силы, действующей на волокна. Поэтому важной задачей является изучение динамики волокон при аэросъеме с учетом аэродинамической силы.
Другой важной проблемой на этапе последующей обработки котонизированного льняного волокна является оптимизация процесса смешивания и обеспыливания. В результате критического анализа современного технологического оборудования определены основные тенденции развития смешивающего оборудования фирм Rieter и Trutzschler. Выявлено, что существующие математические модели движения волокнистых компонентов в вертикальных камерах накопителей волокнистых материалов не учитывают действие аэродинамического фактора. Поэтому они нуждаются в дальнейшей доработке, основанной на законах механики и аэродинамики, которая позволила бы рассчитывать высоту столба волокон в вертикальной камере дозаторасмесителя и давлений в питающей и обеспыливающей системах по физикомеханическим характеристикам исходного продукта, заданной линейной плотности настила на выходе.
Актуальной проблемой в процессе подготовки смесей котонизированных волокон с хлопком к пневмопрядению остается их очистка от костры.
Однако все костринки извлечь из котонина невозможно. Поэтому для проектирования подготовки полуфабриката из хлопкольняных смесей к пневмомеханическому прядению необходимо заранее иметь информацию о величине допустимой массы соринок в нем. Ранее И.И. Мигушовым проводились исследования предельно допустимой массы соринки в полуфабрикате из хлопка, однако в его работах соринка принималась как материальная точка. Такое предположение в целом недопустимо в отношении костринок. Поэтому сделан вывод об актуальности создания на основе законов механики математической модели для определения предельно допустимой массы и размеров костринки в полуфабрикате.
Отмечено, что проблема очистки при дискретизации имеет существенное значение, особенно при получении пряжи из льносодержащих смесей.
Так как существующие дискретизирующие устройства пневмомеханических прядильных машин несовершенны с точки зрения аэродинамики удаления сорных примесей и жестких волокон, а также снижения выхода прядомого волокна в отходы, был сделан вывод об актуальности разработки принципиально нового устройства дискретизации с контролируемыми воздушными потоками.
Вторая глава посвящена математическому моделированию и экспериментальному исследованию процессов разрыхления и очистки котонизированных льняных волокон, а также теоретическому исследованию процесса перераспределения котонизированных льняных волокон по их линейной плотности в разрыхлителе-очистителе.
Разработана математическая модель одностороннего перехода котонизированных льняных волокон между пильчатыми гарнитурами двух вращающихся барабанов. Показано, что загрузка первого барабана остаточным слоем определяется зависимостью mос mнexp аотн 1, (1) 4kmgV22 Rs a где ; aотн ;
V1(V1 V2) s R - радиус каждого из барабанов;
s - разводка между барабанами;
V1,V2 - окружные скорости первого и второго барабанов;
а - расстояние, на которое выступает кончик волокна из гарнитуры;
mн - загрузка первого барабана до зоны волокноперехода;
mос - загрузка перового барабана остаточным слоем волокон;
kт - параметр, зависящий от характеристик гарнитур барабанов;
g - ускорение свободного падения.
Функция exp( аотн 1) имеет тенденцию к убыванию с ростом aотн.
Следовательно, и загрузка остаточным слоем также убывает при возрастании aотн. В силу своих механических свойств жесткие котонизированные волокна выступают из гарнитуры на большее расстояние, чем мягкие волокна. С учетом этого при наращивании содержания жестких волокон, поступающих в зону волокноперехода (при mн = const), имеет место снижение загрузки барабана остаточным слоем. Следовательно, на первом барабане остаются мягкие волокна, которые выступают из зубьев гарнитуры на меньшее расстояние по сравнению с жесткими. Таким образом, осуществляется перераспределение волокон между рабочими органами, в результате чего исходный волокнистый поток разделяется на два. В одном волокнистом потоке (остаточный слой на первом барабане) содержится больше мягких волокон по сравнению с исходным, а в другом (на втором барабане) - больше жестких.
После процесса перераспределения волокна снимаются узлами аэросъема. Поэтому важно определить оптимальные параметры этих узлов. В работе теоретически рассмотрен процесс аэросъема волокон с пильчатой гарнитуры вращающегося барабана. Выведено уравнение движения центра масс волокна в системе координат Ох, связанной с рабочей гранью зуба гарнитуры:
Mв 0,5сDаirDвLв vаir v vаirr rK1x Mв2rK2 Mв g sin x (2) kв0,5сDаirDвLв vаir v vаirrrK2 2Mв x Mв2rK1 Mвg cos , 0, где vаir v vаirrК1 rK1 x К2 vаirr r2 ;
vаir (r) 1 2r R hЗ ;
r - расстояние от оси барабана до центра масс волокна;
К1, К2, 1, 2, 4 - параметры;
Мв, Dв, Lв - масса, диаметр и длина волокна соответственно;
сD - коэффициент аэродинамического сопротивления волокна при поперечном обтекании воздухом;
kв - коэффициент трения волокна о сталь;
аir - плотность воздуха;
v - абсолютная скорость волокна;
vаir - вектор скорости воздушного потока;
- угловая скорость вращения барабана;
hЗ - высота зуба гарнитуры барабана.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан разрыхлитель-очиститель для обработки котонизированного льняного волокна (рис.1) (положительное решение на заявку №2011131281/12).
В первой зоне волокноперехода между приемным 1 и передающим барабанами происходит перераспределение волокон. Жесткие волокна захватываются гарнитурой передающего барабана наиболее интенсивно. Поэтому остаточный слой волокон на приемном барабане представляет собой в основном мягкие волокна, которые уносятся узлом аэросъема с последующей их транспортировкой к волокноотводящему каналу 3. Во второй зоне волокноперехода повторяется процесс перераспределения волокон, в результате чего наиболее жесткие волокна попадают на гарнитуру съемного барабана и удаляются узлом аэросъема 5. Одновременно в процессе работы первый узел аэросъема с конфузоровидным каналом, расположенным над приемным и передающим барабанами, осуществляет съем остаточных слоев волокон, находящихся в гарнитурах вышеуказанных барабанов, и подачу их в волокноотводящий канал 3. Разработанное устройство позволяет осуществить разделение исходного волокнистого потока на два: в одном из них (с узла аэросъема 3) содержание мягких волокон выше по сравнению с исходным, а в другом (с узла аэросъема 5) - ниже.
Рис.1. Схема разрыхлителя-очистителя На базе теоретических исследований волокноперехода выведены зависимости, позволяющие проектировать выход массы волокнистого материала в единицу времени из узлов аэросъема разработанного устройства. Величины выпуска котонина первым и вторым узлом аэросьема, кг/с, соответственно:
Мвых,1 36001k Ппитexp(12) kпб1 exp(12 )exp(23);
прб (3) М 36001kпрбkпбkсб Ппит1 exp(12) 1 exp(23), вых,2 2km12gVпбlп 2km23gVсбlп где 12 ; 23 ; lп 2 R(a s) ;
Vпрб (Vпрб Vпб ) Vпб (Vпб Vсб ) Ппит - производительность питателя;
kпрб, kпб, kсб - коэффициенты, учитывающие потери в зонах приемного, передающего и съемного барабанов соответственно;
Vпрб, Vпб, Vсб - окружные скорости приемного, передающего и съемного барабанов соответственно.
Третья глава посвящена математическому моделированию процессов смешивания и обеспыливания волокнистых компонентов в дозаторесмесителе, а также процесса выравнивания линейной плотности выпускаемого настила с целью получения высокой точности дозирования компонентов волокнистых смесей и интенсификации обеспыливания каждого из них.
Рассматривается движение волокнистого материала с засоренностью уз в вертикальной камере дозатора-смесителя со сторонами поперечного сечения а и b (рис.2). На тонкий горизонтальный слой в виде параллелепипеда в столбе волокнистого материала высотой dx (рис. 3) действуют следующие силы: сила притяжения dP, аэродинамическая сила dfаir, сила трения dfтр и силы fd и fu, действующие соответственно на нижнюю и верхнюю грани параллелепипеда со стороны наружных слоев волокон. Давление нижележащего слоя волокон на вышележащий равно = fd /(аb). На основе законов механики и аэродинамики выведено уравнение Рис. 2. Схема вертикальной камеры модуля дозатора-смесителя d M N (x), (4) dx где M kтр g(1 уз )1 ; Q g /(1 у ) ;
вн з Q при 0 х ha;
Q N(x) p(h) p(ha )/ hac при ha x hс;
Q при hс x h;
p - давление воздуха;
kтр - коэффициент трения;
- параметр;
вн - плотность волокон в массе в несжатом состоянии.
Зависимость для расчета распределения плотности засоренного волокнистого материала по высоте камеры:
x kтр (х) (h) p, (5) exp(Mx)C N ( ) exp(M )d 1 yз 0 1 где C G1 G2p(h) p(ha ) ; G1 QM p(h) QM exp(Mh) ;
G2 (Mhac )1 exp(Mha )1 exp(Mhaс ).
инейная плотность настила от одного модуля дозатора-смесителя:
Tн 106 kнab(1 yз )1вн kсжG1 kсжG2p(h) p(ha ), (6) где kн - параметр;
kсж - коэффициент сжимаемости волокон в массе.
Так как G2 >0, то пропорционально увеличению p(h) p(ha) возрастает и величина линейной плотности настила. Таким образом, теоретически доказано, что линейная плотность настила, производимого одним модулем дозатора-смесителя, возрастает с увеличением разряжения в обеспыливающей системе при условии, что высота столба волокон и давление в незаполненной части вертикальной камеры поддерживаются неизменными.
Рис.3. Схема действия сил на тонкий горизонтальный слой волокнистого материала в камере Выведена аналитическая зависимость для расчета выравнивающей способности модуля смесителя-дозатора.
Четвертая глава посвящена разработке математической модели для расчета натяжения пряжи при наличии костринки, включенной в баллонирующий участок пряжи, с целью определения предельно допустимых параметров костринки в полуфабрикате, приготовленном из хлопкольняных смесей. Для этого рассматривается процесс кручения пряжи на фрикционной поверхности пряжевыводной воронки в случае, когда протяженная костринка, включенная в пряжу, одним кончиком упирается в желоб прядильного ротора (рис. 4).
Рис.4. Распределение линейной плотности пряжи с включенной в нее протяженной костринкой на баллонирующем участке Выведено уравнение распределения крутки К пряжи на фрикционной поверхности пряжевыводной воронки:
dK knк с2 lc / rк lc k с e, (7) d vвып 106 rкT где lc rк rc - длина протяженной костринки;
, с - параметры, зависящие, в частности, от радиусов ротора и воронки, частоты вращения ротора, линейной плотности пряжи, а также ее жесткости при кручении;
vвып - скорость выпуска пряжи, м/мин;
k - коэффициент трения;
nк - частота вращения ротора, мин-1;
T - линейная плотность пряжи;
rк - радиус окружности сборного желоба камеры прядильного ротора;
с Цлинейная плотность протяженной костринки;
- текущий угол охвата пряжей поверхности воронки в плоскости осевого размера.
Как следует из решения уравнения (7), при наличии протяженной костринки, включенной в пряжу, крутка пряжи на входе на фрикционную поверхность воронки уменьшается. Это приводит к снижению уровня крутки пряжи на ее баллонирующем участке и, следовательно, к увеличению обрывности.
Разработано устройство для определения крутки пряжи на баллонирующем ее участке в роторе пневмомеханической прядильной машины (патент на полезную модель № 111141 РФ), в котором видеосъемка воронки прядильного устройства производится видеокамерой через увеличительную линзу. С видеокамеры сигнал передается на видеопередатчик и оттуда на антенну. Для просмотра полученного сигнала используется ТВ-тюнер с антенной.
Показано, что при наличии включенной в пряжу протяженной костринки величина силы натяжения пряжи в точке r = rс (рис.4):
Pс 0,5к (106Т с )2rк lclc, (8) где к - угловая скорость вращения ротора.
Согласно теории И.И. Мигушова предельно допустимое натяжение пряжи в баллоне связано с удельной разрывной нагрузкой Ру соотношением Рпред=РуТ/1200. С учетом этого показано, что предельно допустимая масса включенной в пряжу протяженной костринки, мг:
7,5 105 Pу mc T lc . (9) 2 rкnк Выведена зависимость предельно допустимой длины костринки от ее диаметра 3PуT lc 2 2 4 rкnк0,25cDc 106Т, (10) где с, Dc - плотность и диаметр костринки соответственно.
Пятая глава посвящена теоретическому исследованию движения сорных примесей в зоне дискретизации, разработке дискретизирующего устройства, а также экспериментальным и производственным исследованиям дозатора-смесителя, разработанного разрыхлителя-очистителя и устройства для дискретизации волокнистых материалов.
Выведена аналитическая зависимость для расчета траектории движения сорной частицы, сброшенной с зуба гарнитуры расчесывающего барабанчика:
x a0 x a0 y(х) va bвит exp 1 (11) bвитVXС VXС , 0,1 2 2 где bвит g vвитVXС va ;
x, y - координаты движения сорной частицы;
va - скорость движения воздуха во входном отверстии для транзитного воздушного потока;
VХС - скорость сорной частицы на входе в транзитный поток;
а0 - расстояние между точкой сброса сорной частицы и входным отверстием для транзитного потока.
В среде математического пакета Mathcad проведено компьютерное моделирование аэродинамического поля в сороотводящем канале и траекторий движения сорных частиц и жестких котонизированных льняных волокон с разными аэродинамическими характеристиками. Доказано, что благодаря сокращению расхода воздуха в транзитном воздушном потоке происходит заметное увеличение скорости частицы в направлении сороотводящей трубки и, следовательно, интенсификация выделения сорных частиц и жестких волокон в отходы.
С учетом полученных теоретических результатов для повышения эффективности процесса дискретизации хлопкольняного полуфабриката разработано дискретизирующее устройство пневмомеханической прядильной машины (патент на полезную модель № 119344 РФ), которое имеет следующие отличительные черты:
- двояковогнутая форма входного канала, которая создает условия, препятствующие выпадению в отходы волокна вблизи стенок сороотводящего канала;
- отверстия в верхней и нижней стенках сороотводящего канала, через которые воздух подается в него, образуя преграду сорвавшимся с гарнитуры волокнам, благодаря чему они попадают в пневмотранспортирующий канал и тем самым снижаются потери прядомых волокон. Одновременно наличие дополнительного потока воздуха через эти отверстия уменьшает скорость транзитного потока воздуха, что способствует интенсификации сороотделения.
Проведен эксперимент по испытанию разработанного дискретизирующего устройства и разрыхлителя-очистителя в производственных условиях.
Результаты испытаний показали, что применение разработанных устройств улучшает такие параметры хлопкольняной пряжи, как удельная разрывная нагрузка и коэффициент вариации по разрывной нагрузке.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Известные до сих пор математические модели процесса волокноперехода с одного рабочего органа с пильчатой гарнитурой на другой основаны на значительных приближениях и не в полной мере отражают реальный процесс. Кроме того, в данных работах при описании процесса аэросъема волокон с пильчатой гарнитуры не учитываются некоторые факторы, в частности, зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления волокна от скорости воздушного потока.
2. Усовершенствованная теория процесса волокноперехода между пильчатыми поверхностями вращающихся барабанов базируется на законе сохранения массы и методах теории подобия. В рамках развития данной теории впервые проведены теоретические исследования процесса одностороннего волокноперехода между пильчатыми гарнитурами двух вращающихся барабанов. Выведена математическая модель для расчета угловых значений дуги аэросъема волокон в зависимости от параметров гарнитуры, радиуса, частоты вращения пильчатого барабана и скорости снимающего воздушного потока.
3. Разработаны и исследованы новые разрыхлители-очистители, обеспечивающие процессы разрыхления, очистки, съема, транспортировки и перераспределения волокнистых материалов (положительные решения на заявки №2011131281/12 и №2012132803/12). В результате исследования получены математические зависимости, позволяющие проектировать выход массы волокнистого материала в единицу времени из узлов аэросъема в зависимости от радиусов и частот вращения рабочих органов, разводок между ними и высоты расположения кончиков волокон над зубьями барабанов. Производственные испытания показали преимущество разработанного разрыхлителяочистителя перед существующими, заключающееся в том, что выход мягкой фракции котонизированных льняных волокон с разработанного трехбарабанного разрыхлителя-очистителя в 1,8 раза выше, чем с двухбарабанного.
4. В результате исследований дозатора-смесителя, проведенных в производственных условиях, на основе законов механики и аэродинамики выведено уравнение, моделирующее процессы движения волокон и их обеспыливания в вертикальных камерах дозатора-смесителя. Получена зависимость для расчета линейной плотности настила на выходе из дозатора-смесителя с учетом геометрических параметров камер, механических характеристик волокнистой смеси, аэродинамических условий в незаполненной части камер дозатора-смесителя и создаваемого обеспыливающей системой разряжения.
5. Теоретически доказано, что линейная плотность настила, производимого одним модулем дозатора-смесителя, возрастает пропорционально перепаду давлений между незаполненной частью вертикальной камеры и патрубком обеспыливающей системы. Выведена аналитическая зависимость для расчета выравнивающей способности модуля дозатора-смесителя. Разработаны алгоритм и программа для расчета оптимальных параметров дозаторасмесителя (свидетельство о государственной регистрации № 2011616800).
6. Теоретически обосновано влияние костринки, включенной в пряжу, на протекание технологического процесса при пневмомеханическом способе прядения. В рамках этих исследований разработан метод расчета крутки пряжи на входе на фрикционную поверхность пряжевыводной воронки при наличии костринки, включенной в баллонирующий участок пряжи, доказывающий, что это приводит к снижению уровня крутки на баллонирующем участке, и, следовательно, является одной из причин обрывности. Разработано экспериментальное устройство для определения крутки пряжи в камере ротора пневмомеханической прядильной машины (патент на полезную модель № 111141 РФ).
7. Выведена зависимость предельно допустимой массы и размеров протяженной костринки, включенной в баллонирующий участок пряжи, от радиуса прядильного ротора и частоты его вращения. Полученная зависимость позволяет рассчитывать предельно допустимые параметры протяженных костринок в полуфабрикате.
8. Проведено компьютерное моделирование траекторий движения сорных частиц и жестких котонизированных льняных волокон с разными аэродинамическими характеристиками в сороотводящем канале. На основе результатов расчетов доказано, что снижение расхода воздуха в транзитном потоке в сороотводящем канале способствует интенсификации выделения сорных частиц и жестких волокон в отходы.
9. Разработано дискретизирующее устройство, обеспечивающее повышение эффективности выделения в отходы сора и жестких волокон с одновременным уменьшением потерь прядомых волокон при выработке хлопкольняной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах (патент на полезную модель № 119344 РФ). Производственные испытания разработанного дискретизирующего устройства при получении хлопкольняной пряжи подтверждают его преимущество перед существующими, о чем свидетельствует увеличение разрывной нагрузки на 9,1%, уменьшение коэффициента вариации по разрывной нагрузке на 13,8%.
10. Результаты производственных испытаний разработанного разрыхлителя-очистителя, встроенного в технологическую цепочку для получения хлопкольняной пневмомеханической пряжи, показали, что удельная разрывная нагрузка полученной пряжи возросла на 15,3 %, а коэффициент вариации по разрывной нагрузке снизился на 14,1%.
ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций:
1. Красик, Т.Я. Общая теория движения волокнистых материалов в шахте бункерных питателей [Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2011. - №1, С. 75 - 79.
2. Красик, Т.Я. Методика определения линейной плотности настила на выходе из бункерного питателя, оснащенного системой обеспыливания [Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2011. - №5. - С. 79 - 82.
3. Хосровян, А.Г. Разработка регулятора линейной плотности на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой с определением граничных условий работы [Текст] / А.Г. Хосровян, А.С. Мкртумян, О.Н. Кушаков, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. Ц2011. - №6. - С. 77 - 79.
4. Рыжов, А.И. Математическое моделирование механики волокон при их аэродинамическом съеме с зубьев пильчатого барабана [Текст] / А.И. Рыжов, К.Э. Разумеев, Т.Я. Красик // Швейная промышленность. - 2012. - №5. - С. 36 - 37.
Патенты и свидетельства:
5. Патент на полезную модель № 111141 РФ, МПК D01H4/08, G01N33/36. Устройство для определения крутки пряжи в роторе пневмомеханической прядильной машины [Текст] / Красик Т.Я., Хосровян Г.А., Хосровян И.Г. - № 2011131585/12; заявл. 27.07.2011; опубл. 10.12.2011, Бюл.
№34.
6. Патент на полезную модель № 119344 РФ, МПК D01H4/00. Дискретизирующее устройство пневмомеханической прядильной машины [Текст] / Красик Т.Я., Хосровян Г.А., Хосровян И.Г. - № 2012115067; заявл.
16.04.2012, опубл. 20.08.2012, Бюл. №23.
7. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2011616800 РФ. Расчет бункерного питателя с встроенной системой обеспыливания [Текст] / Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян - № 2011614942; заявл.
5.07.2011; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 1.09.2011 г.
Материалы конференций:
8. Красик, Т.Я. К определению предельно допустимых размеров жестких волокон при пневмопрядении смесей с содержанием котонина [Текст] / Т.Я. Красик, И.Ю. Ларин, Г.А. Хосровян, В.Э. Рыбин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2008): сб. материалов междунар. науч.-техн.
конф. - Иваново: ИГТА, 2008. - Ч. 1. - С. 11 - 12.
9. Красик, Т.Я. Исследование механики процесса перехода протяженной костринки из волокнистого клина в баллонирующий участок пряжи [Текст] / Т.Я. Красик, И.Ю. Ларин, Г.А. Хосровян, В.Э. Рыбин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2008): сб. материалов междунар. науч.техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2008. - Ч.1. - С. 10 - 11.
10. Бариев, А.Р. Исследование пылевых потоков в зоне дискретизации пневмомеханического прядильного устройства при переработке котониносодержащих смесей [Текст] / А.Р. Бариев, Т.Я. Красик, И.Ю. Ларин, А.М. Осипов, Г.А. Хосровян // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2008): сб.
материалов междунар. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2008. - Ч.1. ЦС.
11.
11. Красик, Т.Я. Расчет предельно допустимых размеров жестких волокон в баллонирующем участке хлопкольняной пряжи при пневмопрядении [Текст] / Т.Я. Красик, И.Ю. Ларин, Г.А. Хосровян // Современные проблемы текстильной и легкой промышленности: сб. материалов межвуз. науч.-техн.
конф. - М.: РосЗИТЛП, 2008. - Ч.1. - С. 21.
12. Бариев, А.Р. Оптимизация аэродинамического поля в зоне дискретизации пневмомеханического прядильного устройства [Текст] / А.Р. Бариев, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Современные проблемы текстильной и легкой промышленности: сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. - М.: РосЗИТЛП, 2008. - Ч. 1. - С. 22.
13. Ларин, И.Ю. Комплексная подготовка полуфабриката при выработке пневмомеханической пряжи из котонина [Текст] / И.Ю. Ларин, В.В. Капитанов, А.Р. Бариев, Г.А. Хосровян, Т.Я. Красик // Проблемы экономики, прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности (Дни науки-2008): сб. материалов всероссийской науч.техн. конф. - СПб.: СПГУТД, 2008. - С. 48 - 49.
14. Хосровян, А.Г. Разработка смешивающей машины с тонким дозированием [Текст] / А.Г. Хосровян, О.Н. Кушаков, А.С. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян// Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2009): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2009. - Ч.2. - С. 296 - 297.
15. Хосровян, А.Г. Получение эмпирических моделей для расчета процесса сжатия волокнистых продуктов в шахте бункерного питателя [Текст] / А.Г. Хосровян, А.С. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2009): сб.
материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2009. - Ч. 2. - С.
295.
16. Хосровян, А.Г. Создание оборудования для разрыхления и очистки волокнистых материалов [Текст] // А.Г. Хосровян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2009): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф.. - М.:
МГТУ, 2009. - С. 16.
17. Хосровян А.Г. Рациональное смешивание путем тонкого дозирования и эффективной очистки [Текст] // А.Г. Хосровян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Студенты и молодые ученые КГТУ - производству: сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Кострома: КГТУ, 2009. - Т. 2. - С. 85 - 86.
18. Хосровян, А.Г. Повышение качества подготовки полуфабриката к чесанию с использованием нового разрыхлителя Цочистителя с многофункциональной очисткой [Текст] / А.Г. Хосровян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Интеллектуальный потенциал - источник возрождения текстильной промышленности: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Шахты:
ЮРГУЭС, 2009. - С. 35 Ц36.
19. Красик, Т.Я. Компьютерное моделирование процесса очистки волокна от сорных примесей в процессе аэросъема [Текст] / Т.Я. Красик, А.Р.
Бариев // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности (Дни науки-2010): сб.
материалов всероссийской науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. - СПб.:
СПГУТД, 2010. - С. 58 - 59.
20. Красик, Т.Я. Математика современных технологий разрыхления и очистки[Текст] / Т.Я. Красик, А.Р. Бариев // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности (Дни науки-2010): сб. материалов всероссийской науч.-техн.
конф. студентов и аспирантов. - СПб.: СПГУТД, 2010. - С. 59 - 60.
21. Красик, Т.Я. Компьютерная модель аэродинамического съема волокон с зубьев гарнитуры барабана на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой [Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, О.Н. Кушаков, Г.А.
Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2010): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Иваново:
ИГТА, 2010. - Ч. 2. - С. 144.
22. Красик, Т.Я. Автоматизированная система контроля равномерной подачи волокнистого материала в разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой [Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск2010): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2010. - Ч.
2. - С. 143.
23. Красик, Т.Я. Математическое моделирование процесса движения волокнистого материала в многокамерном смесителе-дозаторе [Текст] / Т.Я.
Красик, А.Г. Хосровян, А.С. Мкртумян, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2010): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2010. - Ч. 2. - С. 142 Ц143.
24. Красик, Т.Я. Механика волокнистого материала в многокамерном смесителе-дозаторе[Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, А.С. Мкртумян, Г.А. Хосровян // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2010): сб. материалов междун. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2010. - Ч. 1. - С. 5.
25. Красик, Т.Я. Математическое моделирование аэродинамического съема волокон с зубьев гарнитуры барабана на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой [Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, О.Н. Кушаков, Г.А. Хосровян // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2010): сб.
материалов международ. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2010. - Ч. 1. - С. 4 - 5.
26. Красик, Т.Я. Моделирование системы автоматического управления пневмосепарацией волокон и сорных примесей при разрыхлении волокнистых материалов [Текст] / Т.Я. Красик, И.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Студенты и молодые ученые КГТУ - производству: сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. молодых ученых и студентов. - Кострома: КГТУ, 2011. - Т.
2. - С. 11.
27. Красик, Т.Я. Определение граничных условий работы регулятора линейной плотности на разрыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой [Текст] / Т.Я. Красик, А.С. Мкртумян, А.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск -2011): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2011. - Ч.
2. - С. 190 - 191.
28. Хосровян, И.Г. Экспериментальное исследование массы и скорости витания клочков волокон при съеме с гарнитуры пильчатого барабана [Текст] / И.Г. Хосровян, Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2011): сб.
материалов межвуз. науч.-техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2011. - Ч. 2. - С. 1 - 192.
29. Рыжов, А.И. Математическое моделирование производительности узлов аэросъема котонизированных льняных волокон [Текст] / А.И. Рыжов, Т.Я. Красик // Инновационное развитие пищевой, легкой промышленности и индустрии гостеприимства: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Республика Казахстан, Алматы: АТУ, 2012. - С. 543 - 544.
Подписано в печать 14.11.20Формат 1/16 60х84. Бумага писчая. Плоская печать.
Усл.печ.л. 1,16. Уч.изд.л. 1,11. Тираж 80 экз. Заказ № 38Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии Копировально-множительное бюро 153000 г. Иваново, пр. Шереметевский,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям