На правах рукописи

ГРОМОВА

Екатерина Ивановна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПИЛЬНО-КОЛОСНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ОЧИСТИТЕЛЕЙ ВОЛОКНА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ

Специальность:

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Кострома

2008

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Корабельников

Ростислав Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Гусев

Вадим Александрович

(Костромской государственный

технологический университет)

кандидат технических наук,

доцент Гаврилова

Алла Борисовна

(Костромской научно-исследовательский институт льняной промышленности)

Ведущая организация: Ивановская государственная текстильная академия

Защита состоится 31 октября 2008 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: г. Кострома, ул. Дзержинского - 17, ауд.а214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан У 29 Ф сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Рудовский

Павел Николаевич

1. Общая характеристика работы

Актуальность исследования

Основными направлениями экономического и социального развития страны остаются повышение производительности и качества выпускаемой продукции во всех областях промышленности.

В текстильной промышленности России наметился подъем производства. На первый план выносятся проблемы совершенствования технологических процессов и создания нового высокопроизводительного оборудования. При создании нового оборудования первостепенное значение необходимо уделить поиску решений по более эффективной переработке волокнистых материалов, позволяющей улучшить качество полуфабрикатов и пряжи, снизить ее себестоимость.

Одним из важнейших процессов технологии текстильной промышленности является технологический процесс очистки волокнистого материала от сорных примесей и пороков волокна. Именно здесь закладываются основы высокого качества конечной продукции.

Переработка волокна с повышенной засоренностью и широкое использование пневмомеханических прядильных машин требует увеличения степени очистки волокнистого материала. Модернизация существующего очистительного оборудования заключается, в основном, в изменении скоростных режимов рабочих органов, ужесточении технологических разводок, увеличении числа ступеней очистки, замене некоторых рабочих органов. Однако интенсификация механических воздействий на волокнистый материал при последовательном применении однотипных рабочих органов приводит к утере волокном природных свойств: прочности, эластичности, длины и тонины.

Для удовлетворения потребности предприятий текстильной промышленности в натуральных волокнах в последние годы ведутся поиски дополнительных источников сырья. При переработке в смеси с хлопковым волокном на оборудовании хлопчатобумажной отрасли текстильной промышленности льняное волокно подвергается котонизации. Технологический процесс котонизации сводится к изменению длины и линейной плотности льняного волокна, очистке от костры и пыли. В современных условиях, когда решающим критерием технологических процессов является фактор экономичности, использование для очистки короткоштапельного льняного волокна традиционного очистительного оборудования хлопкопрядильного производства, к недостаткам которого относятся низкий очистительный эффект и высокая волокнистость отходов, нельзя считать рациональным.

Решение задачи повышения интенсивности технологического процесса очистки волокнистого материала при сохранении природных свойств и бережном использовании сырья требует совместных усилий научных и проектных организаций в разработке фундаментальных вопросов прикладной науки и создании высокоэффективных очистительных машин. В этой связи тема диссертационной работы является актуальной.

Цель и задачи исследования

Цель исследования: на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов взаимодействия волокнистого материала с элементами очистительной секции, совершенствование конструкции очистительной машины для хлопкового и короткоштапельного льняного волокон.

Для достижения указанной цели исследования в диссертации решены следующие задачи:

1. Проведен обзор существующих конструкций волокноочистительных машин и пильно-колосниковых систем очистительных машин, определены их недостатки. Проведен анализ работ, посвященных совершенствованию технологического процесса очистки волокнистых материалов;
2. Теоретически и экспериментально исследован процесс взаимодействия волокнистого материала с колосником волокноочистительной машины;
3. Экспериментально исследован процесс ударного взаимодействия пряди волокон с элементами колосниковой решетки. Установлено влияние отдельных факторов технологического регулирования (скорости взаимодействия, угла установки колосников и шага расстановки колосников) на характер взаимодействия, на очистительный эффект и на качество волокна;
4. Разработана конструкция и проведено экспериментальное исследование модели волокноочистительной машины с регулируемыми параметрами пильно-колосниковой системы для хлопкового и короткоштапельного льняного волокон.

Методы исследования

Диссертационная работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования проводились с применением методов дифференциального и интегрального исчисления, теории механических колебаний. Экспериментальные исследования проводились с применением методов планирования. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований проводилась на основе общепринятых методов оценки и интерпретации при доверительной вероятности не ниже 0.95. Теоретические и экспериментальные исследования проводились с применением ПЭВМ, прикладных программ MathCad, AutoCad, Microsoft Excel и оригинальных программных разработок на языке программирования C++.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в том, что:

• Создан комплекс математических и физических моделей, описывающих процессы очистки натуральных волокон и являющихся основой для создания гибкой технологии в новой пильно-колосниковой системе очистительной машины с регулируемыми параметрами;
• Разработана математическая модель процесса взаимодействия волокна с колосниковой решеткой, описывающая взаимосвязь кинематических и конструктивных параметров волокноочистительной машины; предложена методика для определения основных параметров процесса ударного взаимодействия;
• Разработана методика определения сил аэродинамического сопротивления для частиц натуральных волокон с возможностью использования полученных результатов для теоретических исследований и при проектировании машин;
• Получены экспериментальные зависимости усилий взаимодействия пряди волокна с колосниками от основных технологических и конструктивных характеристик очистителя;
• Установлены причины и получены зависимости укорачивания длины волокна от конструктивных параметров колосниковой решетки.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в том, что:

• Изготовлен экспериментальный стенд для исследования процесса ударного взаимодействия пряди волокон с элементами колосниковой решетки, который может быть макетом для создания будущей очистительной машины;
• Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании новых волокноочистительных машин короткоштапельного волокна, а также при модернизации существующих очистителей;
• Создана новая конструкция и выбраны рациональные технологические и конструктивные характеристики пильно-колосниковой системы очистительной машины для хлопкового и короткоштапельного льняного волокон.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы были представлены и получили положительную оценку:

• на заседаниях кафедры ТММ и ПТМ КГТУ (2005 - 2008 гг.);
• на международной научно-технической конференции Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях (Лен 2006, Лен 2008) г. Кострома;
• на международной научно-практической конференции Наука, сельское хозяйство и промышленность - пути развития и ожидаемые результаты г. Вологда, 2006, 2008;
• на международной научно-технической конференции Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс 2005, 2007) г. Иваново;
• на всероссийской научно-технической конференции Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль - 2006, 2007, 2008) г. Москва;
• на научно-методической конференции, посвященной юбилею Костромского государственного технологического университета, 2007.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ, из них 3 статьи в журнале, включенном в перечень ВАК, 3 статьи в научных сборниках, 10 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературных источников, приложений. Диссертационная работа изложена на 130 страницах, содержит 11 таблиц и 48 рисунков.

2. Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель и задачи исследования, отмечена новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен обзор существующих способов очистки и конструкций очистительных машин, проведен анализ работ, посвященных совершенствованию технологического процесса очистки волокнистого материала.

Традиционно очистка волокон осуществляется в зажатом или в свободном состоянии. В первом случае происходит ударное взаимодействие рабочего органа, а во втором - ударное воздействие клочков материала о колосниковую решетку с выделением сорных примесей между колосниками и растаскивающее воздействие на материал подвижного рабочего органа и неподвижной колосниковой решетки.

Но как показали исследования существующие способы очистки и конструкции очистительных машин обладают рядом недостатков, основным из которых является невысокая очистительная способность. Стремление повысить очистительную способность приводит к росту поврежденности волокон с образованием сопутствующих пороков. В этой связи перед сотрудниками научных и проектных организаций стоит задача совершенствования техники и технологии очистки волокнистых материалов.

Среди существующих очистительных машин пильные волокноочистительные машины наиболее эффективны. Решение задачи нахождения новых резервов совершенствования конструкций пильных волокноочистительных машин предполагает необходимость глубоких теоретических и экспериментальных исследований сложных процессов, происходящих в них.

Значительный вклад в развитие теории и практики технологического процесса очистки внесли ученые Будин Е.Ф., Мирошниченко Г.И., Корабельников Р.В., Бурнашев Р.З. и другие. Вопросами совершенствования конструкции пильных волокноочистительных машин занимались ученые Крыгин А.И., Турсунов Х.К., Корабельников А.Р., Лебедев Д.А. и другие.

Совершенствование техники и технологии очистки волокнистого материала приобретает особую актуальность при переработке короткого льняного волокна или льняного очеса в хлопчатобумажной отрасли.

Вместе с тем, ряд вопросов остается не исследованным.

До настоящего времени недостаточно исследованы механика процессов ударного взаимодействия волокнистого материала с элементами очистительных секций пильных волокноочистительных машин и влияние отдельных факторов технологического регулирования на характер взаимодействия;

На основании представленных выводов были сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям процесса взаимодействия волокнистого материала с элементами колосниковой решетки.

Одним из основных этапов удаления сорных примесей и пороков волокна на пильных волокноочистительных машинах является протрепывание захваченного зубьями пильного цилиндра волокнистого материала по колосниковой решетке.

В работе рассмотрен сложный процесс взаимодействия прядки волокна с элементом колосниковой решетки. Были разработаны математические модели, описывающие движение прядки волокна в процессе взаимодействия с колосником, с учетом и без учета силы аэродинамического сопротивления. В результате теоретического исследования получены зависимости угла поворота прядки волокна относительно кромки колосника и ее угловой скорости от времени взаимодействия (рисунок 1, 2).

Рисунок 1. Зависимость угловой скорости пряди волокна от времени

(1 - без учета аэродинамического сопротивления; 2 - с четом аэродинамического сопротивления)

Рисунок 2. Зависимость угла поворота пряди волокна от времени

(1 - без учета аэродинамического сопротивления; 2 - с четом аэродинамического сопротивления)

Анализ полученных данных показал, что угловая скорость за короткий промежуток времени достигает довольно большого значения, что может вызвать существенный динамический удар прядки о переднюю поверхность колосника. Эти данные подчеркивают необходимость регулирования передней грани колосника с целью повышения эффективности очистки волокна.

Известно, что все волокна хлопковые и особенно льняные теряют свою длину при механических взаимодействиях с рабочими органами очистительных машин. Главными причинами обрыва волокон, а особенно кончиков, являются высокие напряжения, возникающие в волокнах при механических взаимодействиях с активными и пассивными рабочими органами. В этой связи проведена качественная оценка напряжений, возникающих в сечении прядки.