Разработка технологии получения льняной ровницы кольцевым способом
На правах рукописи
Муравьева
Галина Юрьевна
Разработка технологии
получения ЛЬНЯНОЙ Ровницы
кольцевым способом
Специальность 05.19.02 – Технология и первичная обработка
текстильных материалов и сырья
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Кострома 2008 г.
Работа выполнена на кафедре прядения натуральных и химических волокон в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет».
Научный руководитель:
кандидат технических наук Симонов
доцент Владимир Борисович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук
профессор Костромской государственный Телицын
технологический университет Анатолий Алексеевич
кандидат технических наук
доцент ООО «Яковлевская мануфактура» Мурзин
г. Приволжск Олег Вячеславович
Ведущая организация: Костромской НИИ льняной
промышленности (КНИИЛП)
Защита состоится 26 декабря 2008 года в 10 часов
на заседании диссертационного совета Д 212.093.01
в Костромском государственном технологическом университете
по адресу: 156005, Кострома, ул. Дзержинского, 17, аудитория 214
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ.
Автореферат разослан «___»__________2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор Рудовский П.Н.
Общая характеристика работы
Актуальность темы диссертационного исследования. На состоявшемся в Иванове в июне этого года заседании президиума Госсовета "О модернизации текстильной отрасли и мерах по повышению уровня жизни и социальной защищенности ее работников" президент Д. Медведев подчеркнул необходимость срочных мер для преодоления технологической отсталости текстильной промышленности. «Для полного преодоления технологической отсталости и предотвращения всех негативных процессов, которые сегодня идут, необходимы качественные специальные меры. И государству, и предпринимательскому сообществу надо сосредоточиться на тех конкурентных нишах текстиля, «где мы можем быть лидерами», - заявил глава государства. Такой «нишей» для России является производство льняных тканей.
В последние годы на мировом рынке повышенным спросом пользуются недорогие чистольняные и полульняные ткани, основными поставщиками которых являются азиатские страны, а могла бы быть Россия. Однако, оборудование, применяемое в отечественной льняной промышленности, давно морально устарело и сильно изношено. Требуется совершенствование технологических процессов и создание новых, недорогих, но высокопроизводительных машин. В технологической цепочке получения пряжи используется ровничная машина. Это один из самых сложных по конструкции, наладке и обслуживанию видов оборудования. Эта машина имеет высокую металлоемкость и энергоемкость. Она сложна в наладке и эксплуатации. Одним из перспективных направлений является получение ровницы кольцевым способом. Разработка новой технологии получения ровницы, позволяющей значительно упростить конструкцию машины и повысить ее производительность, является актуальной.
Цель работы: повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции за счет снижения себестоимости путем создания технологии выработки льняной ровницы кольцевым способом.
Для реализации заявленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
- определение рациональных скоростных режимов выработки ровницы и параметров заправки крутильно-мотального механизма;
- анализ влияния на натяжение ровницы изменения веса бегунка и частоты вращения катушки;
- определение рационального диаметра намотки ровницы и его влияния на плотность паковки;
- анализ влияния времени переработки ровницы на качество получаемой из нее пряжи;
- изучение свойств (величины ворсистости и разброса крутки) ровницы и их влияния на качество пряжи.
Научная новизна результатов.
В диссертационной работе впервые:
- научно обоснованы технологические параметры заправки крутильно-мотального механизма для кольцевого способа получения льняной ровницы;
- научно обоснован рациональный размер ровничной паковки с точки зрения стабильного протекания процесса химической обработки ровницы;
- установлена максимально возможная длительность переработки ровницы на прядильной машине из условия получения качественной пряжи;
- предложены зависимости для расчета веса бегунка и крутки ровницы при наматывании на паковку;
- установлены параметры необходимого изменения частоты вращения катушки для поддержания постоянной крутки ровницы при использовании машин с раздельными регулируемыми приводами вытяжного прибора и веретена;
- установлен закон распределения плотности ровничной паковки по диаметру при кольцевом и рогулечном способах наматывания;
- разработана методика исследования ворсистости льняной ровницы; определены факторы, влияющие на ее величину; установлено влияние ворсистости ровницы на качество получаемой из нее пряжи;
Практическая значимость работы.
- предложено использование кольцевого крутильно-мотального механизма для получения ровницы, что позволит упростить конструкцию машины, ее наладку и ремонт, снизить ее металлоемкость по сравнению с рогулечной ровничной машиной; повысить производительность одного рабочего места;
- даны практические рекомендации по допустимому времени переработки химически обработанной ровницы на прядильной машине;
- определен рациональный, с точки зрения качественной химической обработки, размер ровничной паковки;
- экспериментально доказано, что ворсистость ровницы, возрастающая при увеличении частоты вращения катушки до 1500 мин-1 не влияет на качество получаемой из нее пряжи;
- экспериментально доказано, что изменение крутки ровницы на 10-15% не влияет на протекание процесса вытягивания в вытяжном приборе прядильной машины;
- на основе проведенных исследований разработаны исходные требования на создание опытного образца кольцевой ровничной машины.
Методика проведения теоретических и экспериментальных исследований.
При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования базируются на апробированных положениях текстильной технологии и текстильного материаловедения. Использовались методы планирования эксперимента и статистической обработки результатов. Статистическая обработка экспериментальных данных проведена на основе общепринятых методов оценки и интерпретации данных при доверительной вероятности не ниже 95%.
Основные положения диссертации проверены с помощью современных методов электротензометрии на экспериментальной установке в условиях лаборатории кафедры прядения Костромского государственного технологического университета; на стенде кольцевой ровничной машины, установленном в лаборатории КНИИЛП.
При проведении исследований и обработке экспериментальных значений использовались ПЭВМ и пакеты прикладных программ: Microsoft Excel, MathCad2000, Adobe PhotoShop CS3, CorelDRAW X3 и собственные программные продукты.
Апробация работы.
Результаты работы были изложены и получили положительную оценку на:
- Международных научных конференциях «Лен-96», «Лен-98», «Лен-2008» (Кострома, октябрь 1996 г., октябрь 1998 г., октябрь 2008 г.)
- Международной научной конференции «Прогресс-99» (Иваново, май 1999 г.)
- На всероссийском семинаре «Технология текстильных материалов» российской академии наук (Костромской филиал, февраль 2002 г.)
- На расширенном заседании кафедры «Прядение натуральных и химических волокон» КГТУ (Кострома, сентябрь 2008 г.)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 1 статья в журнале, из списка, рекомендованного ВАК РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, семи глав с выводами, общих выводов и рекомендаций, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 128 страницах, содержит 38 рисунков, 16 таблиц. Список используемой литературы включает 69 наименований.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы.
В первой главе проведен анализ литературных источников, посвященных способам получения ровницы и перспективам их использования для получения льняной ровницы.
Рогулечный способ формирования ровницы является универсальным и применяется для получения льняной, хлопчатобумажной и шерстяной ровницы. Существенным недостатком рогулечных машин является низкая производительность. Скорость выпуска на них не превышает 30 м/мин. Рогулечные ровничные машины металлоемки, имеют сложный крутильно-мотальный механизм. Структура намотки, формируемая при помощи такого механизма, неизменна из-за наличия жесткой кинематической связи между механизмами, обеспечивающими раскладку ровницы по высоте катушки и приводящими ее во вращение. Пропуск 2-3 слоев ровницы на машине не позволяет продолжать процесс наматывания из-за провисания ровницы. Рогулечный крутильно-мотальный механизм не обеспечивают точного исполнения закона наматывания, за счет чего натяжение ровницы в процессе наматывания изменяется. Для решения проблемы постоянства натяжения при наработке паковки в КГТУ был разработан механизм наматывания без принудительного привода катушек с фрикционными электромагнитными тормозками. Однако этот метод не нашел широкого применения в промышленности, оставшись на стадии экспериментов.
Повысить производительность ровничного перехода можно используя безрогулечные методы формирования ровницы. К ним относятся метод сучения, самокруточный, кольцевой методы.
Ровничные машины с сучильными рукавами и самокруточные ровничные машины успешно работают в шерстяной промышленности. В нашей стране и за рубежом проводились исследования по разработке технологии получения льняной и хлопчатобумажной ровницы самокруточным способом. Однако пульсирующее поле сил трения в вытяжном приборе прядильной машины при переработке льна приводило к нарушению процесса вытягивания, к налипанию волокон на нажимные валики, что в результате существенно повышало неровноту пряжи и обрывность на прядильной машине.
В настоящее время в КГТУ ведутся работы по разработке технологии получения льняной бескруточной ровницы мокрым способом.
Одним из перспективных направлений является получение ровницы кольцевым способом. Разработка новой технологии получения ровницы, позволяющей значительно упростить конструкцию машины и повысить ее производительность, снизить металлоемкость является актуальной.
В результате проведенного анализа литературных источников, в главе сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе обоснован выбор бегунков, приведены описания и расчеты экспериментального стенда.
На основе анализа условий работы, износостойкости, качества изготовления бегунков сделан вывод о предпочтительности использования бегунков крутильного типа. Они с меньшими рывками, т.е. более плавно движутся по кольцу, меньше засоряются волокнами, поэтому более пригодны для наматывания ровницы.
Для проведения опытов при разработке технологии получения ровницы кольцевым способом изготовлен экспериментальный стенд. Он выполнен на базе прядильной машины ПС-132-ПД. На стенде установлено 9 веретен типа ВНТ-45 с переделкой под посадку стандартной двухфланцевой катушки. Частота вращения веретен 500-2700 мин-1. Крутка 10-55 КР/М, скорость выпуска до 102 м/мин. Вытяжной прибор – однозонный, одноремешковый с самогрузными валиками. На стенде установлены кольца крутильного типа, диаметр 178 мм. Крутильно-мотальный механизм позволяет наматывать ровницу на обычную 2-х фланцевую катушку (высотой 285 мм) и на уменьшенную (высотой 130 мм).
В третьей главе приводятся теоретические основы процесса кручения ровницы при кольцевом способе и результаты проведенных исследований крутки ровницы.
Крутка Кр (КР/М) при кольцевом способе формирования продукта определяется по формуле:
(1)
где nБЕГ – частота вращения бегунка по кольцу, мин-1;
VВЫП – скорость вытяжного цилиндра, м/мин;
nКАТ – частота вращения катушки, мин-1;
dНАМ – диаметр наматывания, м.
Из формулы (1) следует, что крутка при наматывании паковки изменяется. Диапазон изменения значений крутки для катушки с диаметром ствола 66 мм и фланцев 157 мм - составляет 2,8 КР/М. При использовании ровничных катушек с другими диаметрами ствола и фланцев диапазон ее изменения можно определять из выражения:
, (2)
где dMIN – минимальный диаметр наматывания (диаметр ствола), мм;
dMAX – максимальный диаметр наматывания (при наработке полной катушки равен диаметру у края фланца), мм.
При заправе машины крутку определяют в два этапа: на первом - определяют расчетную крутку, исходя из линейной плотности ровницы - ТР и рекомендуемого коэффициента крутки – Т ; на втором - по сменным шестерням выбирают ее заправочное значение, наиболее близкое к расчетной крутке.
По опыту работы предприятий льняной промышленности известно, что, изменяя крутку, можно регулировать степень дробления волокна при химической обработке ровницы. При обработке растворы действуют на различные слои ровницы по-разному. Ровница, наработанная на ствол катушки, подвергается меньшему воздействию, а наружные 3-4 слоя при обработке разбиваются циркуляцией. Волокно, имеющее степень дробления выше или ниже нормального, перерабатывается на прядильной машине при повышенной обрывности. Это особенно заметно при партионной работе в прядении, когда на машину заправляется партия полных катушек. Неравномерность химической обработки различных слоев ровницы можно сгладить, изменяя крутку продукта. Увеличение крутки ровницы на наружных слоях, позволит несколько снизить воздействие химических растворов на волокно, что стабилизирует процесс вытягивания и снизит обрывность при наработке с паковки первого съема пряжи. Одновременно, снижение крутки ровницы, нарабатываемой на ствол катушки, позволит создать более благоприятные условия для обработки.
Из сказанного следует, что при получении ровницы кольцевым способом рациональнее за расчетную крутку принимать ее значение внутри катушки. Для этого расчетную величину крутки можно определить по формуле:
, (3)
где К – постоянная величина, учитывающая отклонения значений крутки от расчетной.
Значение К можно определить по формуле:
, (4)
где dО – диаметр, на котором отклонение крутки от расчетного значения равно нулю. Величина этого диаметра рассчитывается по формуле:
. (5)
При рогулечном способе получения ровницы частота вращения рогульки и скорость выпуска постоянны, поэтому крутка ровницы должна быть также постоянной на каждом ее участке. Это утверждение справедливо для идеально ровного продукта, имеющего в любом сечении равное количество волокон. Получить на практике идеальную ровницу невозможно, потому что она имеет некоторую неровноту. Известно, что крутка перераспределяется, раскручивая толстые и сильнее закручивая тонкие места. Для того чтобы определить фактические колебания значений крутки ровницы были проведены эксперименты.
В лаборатории КГТУ, на Большой Костромской льняной мануфактуре (БКЛМ) и на «Льнокомбинате им. И.Д. Зворыкина» на рогулечных ровничных машинах РН-216-Л были наработаны ровничные паковки. Крутка ровницы определялась методом непосредственного раскручивания 25 см отрезков. Для того чтобы не происходило перераспределения крутки по длине продукта, сматывание витков ровницы производилось в радиальном направлении. Измерения проводились последовательно по всей длине продукта на катушке. В результате проведенных экспериментов было установлено, что у ровницы, наработанной на этой машине, крутка на больших участках не постоянна. Ее величина зависит не только от скорости выпуска и частоты вращения рогульки, но и от направления движения нижней каретки. При движении каретки сверху вниз (раскладка витков снизу вверх) крутка ровницы больше, чем при движении снизу вверх. Разница значений достигает 2 - 2,5 КР/М, что составляет порядка 10%. Это можно объяснить тем, что из-за несовершенства механизма передачи движения от коноидов к катушкам нарушается одно из основных уравнений наматывания ровницы. Это выражается в том, что возвратно-поступательное движение каретки вверх-вниз влияет на вращательное движение катушки. При подъеме каретки происходит небольшое затормаживание катушки, при этом образуется провисание ровницы. Крутка распределяется на большем участке, за счет чего значение, приходящееся на единицу ее длины, уменьшается. За счет неравномерности вращения катушки, при определенной заправке, крутка выходит за пределы, рекомендованные в справочной литературе.
При заправе ровничной машины, крутка ровницы определяется исходя из рекомендуемого коэффициента крутки Т. Коэффициент кручения задает минимально и максимально возможные значения крутки (разница составляет 2,1 КР/М или около 10%) В настоящее время на предприятиях, в случаях необходимости, увеличивают фактическую крутку ровницы на 2-2,5 кручения от верхнего расчетного значения. Таким образом, разница между нижним расчетным и верхним фактическим пределом может достигать 4-4,5 кручения на метр, т.е. более 15 %. Экспериментально было доказано, что изменение крутки на 10-15% не нарушает нормального протекания процесса вытягивания в вытяжном приборе прядильной машины, что позволяет расширить рекомендуемые пределы крутки ровницы.
При создании кольцевой ровничной машины с раздельным приводом катушек и вытяжного прибора, можно поддерживать постоянную крутку во всем диапазоне изменения диаметров наматывания. Для этого случая предложен закон изменения частоты вращения катушек в зависимости от диаметра намотки ровницы.
Четвертая глава посвящена анализу процесса наматывания ровницы на катушку кольцевым способом; описанию результатов проведенных исследований влияния частоты вращения, массы бегунка, диаметра наматывания на плотность нарабатываемой паковки. В главе описана установка для определения натяжения ровницы на участке бегунок-катушка, изложена методика проведения измерений.
Для химической обработки ровницы большое значение имеет структура ее намотки на катушку. Основными параметрами намотки являются: плотность, равномерность плотности намотки и структура расположения витков ровницы относительно друг друга по высоте катушки.
При формировании ровничной паковки кольцевым способом использовалась цилиндрическая намотка. Цилиндрическая намотка позволяет производить процесс наматывания с меньшими динамическими воздействиями на ровницу, т.к. в сравнении с конической намоткой при наработке одного слоя скорость бегунка и скорость движения кольцевой планки остаются все время постоянными и реже изменяется направление движения кольцевой планки. Вследствие этого ровница укладывается на катушку равномернее и с меньшей обрывностью.
При кольцевом способе получения ровницы использовалась намотка с переменным шагом витков. В первом слое витки ровницы укладываются параллельно, в последующих - с некоторым шагом, причем по мере увеличения диаметра намотки этот шаг увеличивался. Это происходит автоматически, с изменением диаметра наматывания при постоянстве скорости кольцевой планки.
При формировании паковки применяли беспрослойную намотку, которая увеличивает массу катушки за счет увеличения плотности ее намотки.
В результате проведения экспериментов по наработке ровницы кольцевым способом, было установлено, что плотность намотки катушки увеличивается пропорционально возрастанию частоты вращения катушки и массы бегунка. При проведении предварительных исследований было отмечено, что плотность намотки ровницы в радиальном направлении не постоянна и уменьшается по мере увеличения диаметра наматывания. Для определения этих зависимостей был проведен ряд опытов. Плотность наматывания катушек определялась весовым методом при разматывании паковок с ровницей 800 и 645 текс. При наработке паковок последовательно на стенде изменяли частоту вращения катушки (815-1300 мин-1) и номер бегунка (№418, 550, 582).
Получены уравнения зависимости средней плотности намотки от диаметра dНАМ для разных частот вращения катушки и линейной плотности ровницы. Так, например, при наматывании ровницы 800 текс, с частотой вращения катушки – 815 об/мин, и бегунком №418 уравнение изменения плотности наматывания принимает вид:
. (6)
Исследования показали, что разница плотности намотки ровницы внутренних и внешних слоев ровницы при кольцевом способе составляет 14-20%. Для обеспечения более равномерной плотности необходимо наматывать первые 5-7 слоев при более низкой частоте вращения катушки (800-850 мин-1), а затем увеличивать ее до рабочей.
Для определения натяжения ровницы при кольцевом способе ее формирования был разработан и изготовлен стенд, позволяющий определять натяжение на участке бегунок-катушка. Стенд представляет собой жестко закрепленную кольцевую планку с кольцом крутильного типа ( 178 мм), бегунком и вращающимся веретеном. В движение веретено приводится при помощи бесконечной тесьмы от электродвигателя постоянного тока. На веретене закреплен тензодатчик, состоящий из плоской пружины с наклеенными на боковые поверхности тензорезисторами. Тензорезисторы включены по полумостовой схеме и соединены с токосъемными кольцами. Сигнал тензодатчика с токосъемных колец, вращающихся с веретеном, через скользящий контакт передается на подпружиненные неподвижные токосъемные пластины и в дальнейшем, поступает на вход тензоусилителя измерительной схемы. Сигнал тензодатчика с токосъемных колец, вращающихся с веретеном, через скользящий контакт передается на подпружиненные неподвижные
Рисунок 1. Зависимость натяжения ровницы на участке бегунок – катушка
от частоты вращения веретена: 1 - на диаметре 100 мм; 2 - на диаметре 120 мм;
3 - на диаметре 140 мм; 4 - на диаметре 160 мм
токосъемные пластины и в дальнейшем поступает на вход тензоусилителя измери- тельной схемы. Аналоговый сигнал с выхода тензоусилителя преобразуется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и подается на ЭВМ. За счет изменения положения датчика на веретене имитируется изменения диаметра наматывания. К тензодатчику при помощи нити крепится бегунок, скользящий по кольцу. Частота опроса составляет 1 кГц.
Измерения проводились на разных бегунках, диаметрах наматывания и частотах вращения веретена. Полученные зависимости представлены на рисунках 1 и 2. Из графиков на рисунке 1 и 2 видно, что натяжение увеличивается при увеличении веса бегунка, частоты вращения веретена и уменьшении диаметра наматывания.
Рисунок 2. Зависимость натяжения ровницы на участке бегунок – катушка от веса бегунка (на диаметре наматывания 120 мм): 1 - вес бегунка 7,4 г; 2 - вес бегунка 5,8 г;
3 - вес бегунка 4,18; 4 - вес бегунка 2,96 г.
Используя известную формулу Ворошилова В.А. для натяжения продукта в зоне бегунок-катушка и результаты экспериментальных исследований зависимости плотности наматывания от частоты вращения, веса бегунка, диаметра наматывания, получено выражение для определения веса бегунка. Данный вес бегунка обеспечивает оптимальную, с точки зрения процесса химической обработки, плотность наматывания ровницы на паковку (0,35 Г/СМ3).
Получено выражение для расчета номера (веса 100 бегунков):
(7)
где Т – линейная плотность ровницы, текс;
n КАТ – частота вращения катушки, мин-1;
DК – диаметр кольца, мм.
В пятой главе определены наилучшие для протекания процесса химической обработки размеры ровничной паковки и рациональное время срабатывания беленой и вареной льняной ровницы на прядильной машине.
При химической обработке льняной ровницы большое значение имеют средняя плотность намотки и равномерность плотности намотки ровницы по диаметру катушки. Аппараты типа АКД позволяют обрабатывать ровницу, намотанную на катушку с плотностью до 0,4 Г/СМ3. Однако при такой плотности часто встречается непробел ровницы. В связи с этим на предприятиях плотность намотки ровницы поддерживают в пределах 0,31 - 0,36 Г/СМ3, но и при данной плотности наматывания наблюдаются случаи плохого отбеливания ровницы вблизи ствола катушки.
Для изучения причин этого явления на БКЛМ и на «Льнокомбинате им.
И.Д. Зворыкина» была проверена плотность намотки ровницы, предназначенной для химической обработки. С трех машин отбирали по 5 ровничных паковок. Измерения проводились весовым методом при разматывании ровницы. В результате проведения замеров было установлено, что при рогулечном способе плотность зависит от диаметра наматывания. При диаметре наматывания 80 мм приближается к предельно допустимой, а при дальнейшем уменьшении диаметра превышает ее. Разница плотности намотки ровницы внутренних и внешних слоев при рогулечном способе составляет 14-30%.
Плотность намотки оказывает существенное влияние на прохождение отделочных растворов внутри катушки. Зная, что внутри катушки плотность намотки не постоянна, можно предположить, что и процесс химической обработки будет протекать с различной интенсивностью. Для изучения влияния плотности намотки на процесс химической обработки определяли послойное изменение степени белизны ровницы на фотометре ФО-1. Были проверены катушки их 6 партий ровницы. Полученные результаты представлены на рисунке 3.
Рисунок 3. Степень белизны ровницы по слоям катушки.
Из графиков на рисунке 3 видно, что на внутренних и внешних слоях катушки степень белизны различна. При диаметре наматывания менее 80 мм происходит резкое уменьшение значений белизны, что можно объяснить возрастающей плотностью намотки.
Рогулечные ровничные машины для льна РН-216-Л3 и Р-216-Л не создавались специально и не модернизировались для получения ровницы, предназначенной для химической обработки. Поэтому, обеспечивая получение заданной средней плотности намотки, машина не может обеспечить постоянную плотность намотки ровницы в радиальном направлении. Для того чтобы исключить непробел, правильнее было бы увеличить диаметр ствола катушки до 80 мм.
При переходе на выработку пряжи малых линейных плотностей при неизменном объеме ровничной паковки увеличивается время срабатывания ровницы на прядильной машине. Существенное увеличение времени может привести к изменению свойств ровницы, что может отразиться на обрывности на прядильных машинах и на качественных показателях пряжи. Чтобы определить влияние времени срабатывания ровницы на качество пряжи, на предприятиях были отобраны 4 партии ровницы, две из которых подвергались окислительной варке, а 2 - щелочной. После обработки из ровницы нарабатывали вареную и беленую пряжу 46 текс и
56 текс. В процессе срабатывания катушек из этих партий на прядильной машине, через определенные промежутки времени брали образцы ровницы для исследования ее разрывной нагрузки. При проведении исследований время срабатывания ровницы было искусственно увеличено. При отборе образцов с паковок сматывался верхний слой, после чего отматывалось по 30 отрезков ровницы. В дальнейшем образцы погружались на 30 секунд в теплую воду (t=350С) с целью имитации прохождения ровницы через прядильное корыто, а затем определялась прочность ровницы на разрывной машине. Разрывная нагрузка ровницы определялась на 100 мм отрезках. В результате проведения замеров было установлено, что сначала разрывная нагрузка возрастает (ровница подсыхает), а затем после 36 часов для вареной и 48 часов для беленой ровницы - уменьшается (можно предположить, что начинается деструкция целлюлозы).
Одновременно с определением прочности ровницы, проводились замеры разрывной нагрузки пряжи, полученной из нее. Установлено, что удельная разрывная нагрузка пряжи при увеличении времени срабатывания ровничной паковки уменьшается незначительно. С течением времени существенно изменяется коэффициент вариации по разрывной нагрузке пряжи. При срабатывании паковок в течение 42-45 часов пряжа В 46 текс и В 56 текс отвечает требованиям ГОСТ 10078, затем наблюдается значительный рост коэффициента вариации по удельной разрывной нагрузке. При выработке пряжи из беленой ровницы, время до повышения коэффициента вариации по разрывной нагрузке несколько больше и составляет 50-55 часов.
По полученным в ходе эксперимента данным можно сделать вывод: для получения качественной пряжи, общее время срабатывания не должно превышать для вареной ровницы 45 часов, для беленой ровницы 55 часов. Зная время переработки, можно определить массу ровницы, обеспечивающую получение качественной пряжи. Например, при наработке ровницы для получения пряжи 30 текс, для получения качественной пряжи масса паковки не должна превышать 900 грамм. При средней плотности намотки 0,36 Г/СМ3 и использовании катушки с диаметром ствола 80 мм, продукт необходимо нарабатывать до диаметра 130-135 мм. При этом общее время срабатывания ровницы не превысит 55 часов.
В шестой главе разработана методика определения ворсистости суровой ровницы и приведены результаты измерений ворсистости.
При наматывании на ровницу действует множество сил – силы трения об элементы крутильно-мотального механизма, центробежные силы инерции, сила тяжести, сопротивление воздуха, кориолисовы силы инерции, а также силы натяжения по концам баллона. Под их действием в ровнице появляется ворсистость.
При предварительном осмотре ровницы было установлено, что ворсистость в льняной ровнице образуется за счет разных по длине выступающих кончиков, петель и группы спутанных волокон. Большая часть ворсинок в ровнице образуется задними кончиками волокон. Доля петель незначительна и не превышает 2% от общего числа выступающих волокон.
Измерения ворсистости (т.е. числа ворсинок на 250 мм отрезке ровницы) проводились при помощи масштабного планшета с ценой деления 2,5 мм. На него накладывался и прижимался стеклом отрезок ровницы длиной 250 миллиметров. Ворсинками считались волокна, длина которых более 2,5 мм. При проведении замеров определялась длина волокон, попавших в соответствующую зону. Принятые допущения: волокна распрямлены и расположены перпендикулярно оси ровницы. Волокно, расщепленное менее чем на длины, считалось как одно. В процессе экспериментов проводилось 60 замеров по каждому варианту. Из них 30 при раскладке витков ровницы снизу вверх и 30 – сверху вниз.
Сравнивались образцы, наработанные при рогулечном и кольцевом способах. Ворсистость ровницы, получаемой на рогулечных машинах, была принята за контрольный вариант.
Ворсистость увеличивается с повышением частоты вращения катушки. Изменение ворсистости от частоты вращения представлено на рисунке 4.
Рисунок 4. Зависимость ворсистости ровницы от частоты вращения катушки:
1 – при кольцевом способе; 2 – при рогулечном способе.
В результате экспериментов установлено, что при кольцевом и рогулечном способах формирования ровницы ворсистость при равной частоте вращения - находится примерно на одном уровне.
Трение полуфабриката об элементы крутильно-мотального механизма, также оказывает влияние на величину ворсистости ровницы. Наблюдения показали, что увеличение ворсистости при наличии баллоноограничительного кольца невелико и составляет лишь 12-15% от значений, полученных при свободном вращении баллона. Использование плоских нитеразделителей приводит к существенному возрастанию ворсистости продукта (в 1,5 – 2 раза), поэтому их применение нецелесообразно.
На величину ворсистости влияет направление движения каретки или кольцевой планки. Исследования показали, что при изменении направления движения каретки или кольцевой планки угол охвата ровницей направляющего глазка рогульки или бегунка изменяется. При значении угла перегиба более 900, ровница проходит вскользь, минимально касаясь направляющего ее глазка рогульки или бегунка. При значении угла перегиба менее 900, поверхность контакта максимальна, ровница испытывает дополнительное воздействие. В этом случае число выступающих волокон увеличивается. Это происходит при раскладке витков сверху вниз. В это время каретка движется вверх, а кольцевая планка вниз. При рогулечном способе разница более существенна, и составляет 7 – 10%, при получении ровницы новым способом лишь 3 – 6%.
В седьмой главе приведены результаты сравнительных испытаний и определения качественных показателей ровницы, наработанной рогулечным и кольцевым способами и пряжи из нее. Определена экономическая эффективность использования кольцевого способа получения ровницы.
Для технологических испытаний в лаборатории прядения КГТУ была наработана лента линейной плотностью 6586 текс. На рогулечной ровничной машине и экспериментальном стенде кольцевым способом вырабатывалась ровница линейной плотностью 717 текс. Ровница нарабатывалась при различных частотах вращения рогульки или катушки. Частота вращения рогулек изменялась от 500 до 1000 мин-1; частота вращения катушек при кольцевом способе от 710 до
1500 мин-1. Для достоверности получаемых результатов для выработки ровницы использовалась лента из одних тазов.
При наматывании ровницы на рогулечной ровничной машине использовалась цилиндрическая намотка с постоянным шагом укладки витков (виток к витку), широко применяемая на предприятиях отрасли. При получении ровницы кольцевым способом применялась цилиндрическая намотка с переменным шагом витков. Первые витки укладывались на ствол катушки параллельно, затем, по мере увеличения диаметра наматывания, намотка переходила в крестовую. Фактическая крутка ровницы при кольцевом способе изменялась в пределах 25-28 кр/м, заправочная крутка при рогулечном способе 26,6 кр/м, которая изменялась из-за неравномерности вращения катушек.
После наработки ровницы, с помощью программно-аппаратного комплекса КЛА-2, определялся коэффициент вариации по массе для суровой ровницы, намотанной на рогулечной машине и кольцевом экспериментальном стенде. Как показал проведенный анализ, коэффициент вариации по массе на всем диапазоне длин отрезков от 1 см до 50 см для ровницы наработанной различными способами находится на одном уровне.
Катушки с ровницей, наработанной различными способами, были подвергнуты отбеливанию по способу окислительной варки на производственном оборудовании ООО «Льнокомбинат им. И.Д. Зворыкина». На этом же предприятии из ровницы 717 текс с рогулечной и кольцевой ровничной машины была наработана пряжа 46 текс. Для выработки использовалась прядильная машина ПМ-88-Л8 со следующими заправочными параметрами: частота вращения веретена 5084 мин-1 и крутка 431 кр/м. Пряжа из ровницы, наработанной при различных крутильно-мотальных механизмах, вырабатывалась на одних веретенах. Процесс прядения шел стабильно, как при переработке ровницы наработанной на рогулечной ровничной машине, так и на кольцевом экспериментальном стенде. Следовательно, изменение крутки как при рогулечном, так и при кольцевом способе не оказывают негативного влияния на процесс утонения ровницы при получении пряжи.
В процессе прядения было отмечено, что после прохождения ровницей прядильного корыта, часть ворсинок меняют направление и располагаются вдоль оси продукта. Остальные поступают в зону вытягивания под углом к направлению движения продукта, следовательно, они могут создавать в пряже пороки внешнего вида. Это справедливо для ровницы наработанной и рогулечным способом, и кольцевым. При выработке пряжи 46 текс на двух прядильных местах перед питающей парой вытяжного прибора была установлена дополнительная уплотняющая воронка с шириной прорези 4 мм. Пряжа с каждой паковки нарабатывалась как с уплотняющей воронкой, так и без нее. Существенных различий во внешнем виде пряжи не отмечено.
По ГОСТ 10078 были проверены физико-механические свойства наработанной пряжи. Определена линейная плотность, удельная разрывная нагрузка и коэффициенты вариации по ним. Класс чистоты внешнего вида определялся путем сравнения образцов с фотоэталонами. Дополнительно, в соответствии с
ОСТ 17-519-75 были отмотаны 300 метровые мотки нити, из них вырезаны пороки пряжи, диаметр которых превышает нормальный более чем в 2,5 раза. После чего вырезанные нити были пропущены через калибромер. Испытания показали, что число внешних пороков пряжи, выработанной из ровницы кольцевого и рогулечного способов, находится на одном уровне. Пряжа соответствует 1 сорту, группа качества СЛ или ВЛ.
Проведен сравнительный расчет экономической эффективности применения кольцевого и рогулечного способа получения ровницы. При одинаковых скоростных параметрах заправки фактическая производительность 1 веретена при кольцевом способе возрастает почти на 15% за счет увеличения КПВ машины. Это происходит потому, что время на выполнение основных рабочих приемов работницей, обслуживающей машину, сокращается для сопоставимого ассортимента примерно на 33 – 35%. Металлоемкость из расчета на 1 веретено при кольцевом способе снижается почти в 1,5 раза по сравнению с рогулечным. Значительно упрощается наладка при перезаправе и обслуживание машины, сокращается время простоя машины на снятие съема. Применение кольцевого крутильно-мотального механизма позволяет решить проблему отставших катушек.
Общие выводы
- Анализ существующих ровничных рогулечных машин для льна показал, что механизмы наматывания ровницы сложны и металлоемки. Структура намотки, формируемая при помощи такого механизма, неизменна из-за наличия жесткой кинематической связи между механизмами, обеспечивающими раскладку ровницы по высоте катушки и приводящими ее во вращение. Пропуск 2-3 слоев ровницы на машине не позволяет продолжать процесс наматывания из-за провисания ровницы.
- Разработаны технологические параметры заправки кольцевого крутильно-мотального механизма наматывания льняной ровницы, позволяющего получать паковки с изменяющейся структурой намотки, что способствует в дальнейшем более стабильному протеканию процесса химической обработки ровницы.
- Установлено, что рогулечная ровничная машина не обеспечивает постоянную плотность намотки ровницы на катушку в радиальном направлении. При наматывании слоев у ствола катушки (диаметр менее 80 мм) плотность намотки превышает 0,4 Г/СМ3, что затрудняет пробел ровницы. Для нормального отбеливания ровницы необходимо увеличить диаметр ствола до 80 мм.
- Установлено, что снижение качественных показателей ровницы, вызванных увеличением длительности переработки её на прядильной машине, негативно влияет на качественные показатели пряжи. Для получения качественной пряжи, общее время срабатывания не должно превышать для вареной ровницы 42-45 часов, для беленой ровницы 50-55 часов.
- Установлено, что фактическая крутка ровницы при рогулечном способе наматывания непостоянна и зависит от направления движения нижней каретки, за счет чего, при определенной заправке, крутка выходит за пределы, рекомендованные в справочной литературе. В связи с этим необходимо расширить рекомендуемые пределы крутки.
- Крутка ровницы при кольцевом способе переменна, в связи с этим разработана методика, позволяющая обеспечить ее изменение по диаметру наматывания в заданном интервале, рациональном с точки зрения стабильности протекания процесса химической обработки ровницы. Установлено, что изменение крутки ровницы на 10 - 15% не оказывает негативного влияния на процесс вытягивания и не повышает обрывность на прядильной машине.
- Для поддержания постоянной крутки ровницы при кольцевом способе, при создании машин с раздельными регулируемыми приводами вытяжного прибора и веретена, установлены параметры необходимого изменения частоты вращения катушки.
- Определена зависимость плотности намотки ровничной паковки от частоты ее вращения, веса бегунка и линейной плотности ровницы. Получены выражения для расчета веса бегунка. Разработана методика экспериментального определения уровня натяжения ровницы на участке бегунок-катушка.
- Разработана методика определения ворсистости льняной ровницы. Установлено, что с повышением частоты вращения как при кольцевом, так и при рогулечном способах ворсистость увеличивается; характер изменения ворсистости и длина ворсинок при частотах вращения катушек до 900 мин-1 при обоих способах одинаков. Установлено, что наличие баллоноограничительных колец при кольцевом способе существенно не влияет на ворсистость, плоские нитеразделители значительно увеличивают её, поэтому из использование не целесообразно. Определено, что ворсистость, возрастающая при увеличении частоты вращения катушки до 1500 мин-1, не влияет на качество химической обработки ровницы и получаемой из нее пряжи.
- Установлено, что качественные показатели пряжи мокрого прядения, выработанной из ровницы кольцевого и рогулечного способов, находятся на одном уровне.
- Применение кольцевого способа наматывания ровницы значительно упрощает конструкцию ровничной машины. Металлоемкость из расчета на 1 веретено снижается почти в 1,5 раза по сравнению с рогулечным способом. Значительно упрощается наладка при перезаправе и обслуживание машины, сокращается время ее простоя на снятие съема. Определено, что при одинаковых скоростных параметрах заправки фактическая производительность 1 веретена при кольцевом способе возрастает почти на 15%. Применение кольцевого крутильно-мотального механизма позволяет решить проблему отставших катушек.
Публикации по теме диссертации
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
- Муравьева Г.Ю. О плотности намотки льняной ровницы при кольцевом способе ее формирования./Муравьева Г.Ю.//Технология текстильной промышленности. -2008.- № 4С.-с 48-50.
Статьи в других изданиях:
- Муравьева Г.Ю. Исследование ворсистости льняной ровницы./ Муравьева Г.Ю., Симонов В.Б. //Вестник КГТУ.-1999-№1, с.40
- Муравьева Г.Ю. К вопросу о размере ровничной паковки/ Муравьева Г.Ю., Симонов В.Б. //Вестник КГТУ. – 2002.- №5. с. 37
Тезисы научно-технических конференций:
- Симонов В.Б. О структуре намотки ровницы при кольцевом способе./ Симонов В.Б., Муравьева Г.Ю.// Сборник докладов международной научно-технической конференции «Лен-96», Кострома, КГТУ. 1996. – с.24
- Смельский В.В. Исследование эффективности технологии кольцевого способа производства льняной ровницы/Смельский В.В., Муравьева Г.Ю. // Сборник докладов международной научно-технической конференции «Лен-98», Кострома, КГТУ. 1998. – с.30
- Муравьева Г.Ю. Экономическая эффективность использования кольцевого способа для получения льняной ровницы./ Муравьева Г.Ю., Симонов В.Б., Бородина Н.С. //Тезисы докладов конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной промышленности (Прогресс – 99)», Иваново, ИГТА, 1999. - с.85
- Муравьева Г.Ю. Получение ровницы кольцевым способом./ Муравьева Г.Ю., Симонов В.Б. //Тезисы докладов конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной промышленности (Прогресс –2000)», Иваново, ИГТА, 2000. - с. 74
