Совершенствование процессов разрыхления, очистки и смешивания для производства хлопкольняной пряжи

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 образо вательном учреждении высшего профессионального образования «Иванов ская государственная текстильная академия» (ИГТА).

Хосровян Гайк Амаякович,

Научный консультант:

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» ФГБУ «Агентство по производству и первичной

Ведущая организация:

переработке льна и конопли «Лён»

Защита состоится «27» декабря 2012 г. в 10 часов на заседании диссер тационного совета Д 212.061.01 при ФГБОУ ВПО «Ивановская государст венная текстильная академия» (ИГТА). Адрес: 153000, г. Иваново, пр. Шере метевский, д. 21, ауд. Г-235, e-mail: [email protected], факс (4932)412108.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ива новская государственная текстильная академия».

Автореферат разослан «...»................ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета КУЛИДА Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В настоящее время одним из наиболее распространенных видов волок нистого сырья, выращиваемого на территории Российской Федерации, явля ется лен. Современные технологии промышленного производства позволяют вырабатывать из него котонин, который используется при производстве сме совой хлопкольняной пряжи. Добавление котонина к хлопку заметно снижа ет стоимость пряжи и, кроме того, улучшает ее гигиенические свойства. Не маловажно и то, что при этом используются традиционные технологии хлоп копрядения.

Современный подход к качеству выпускаемой хлопкольняной пряжи требует постоянного улучшения процессов подготовки полуфабрикатов пря дильного производства. С учетом неоднородности котонизированных воло кон это особенно актуально на таких основных этапах обработки волокон, как разрыхление, очистка и смешивание.

В процессе разрыхления и очистки котонизированные волокна прохо дят 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 принудительно го 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 ко тонизированный лен проявляет специфические особенности в процессе сжа тия в вертикальных камерах дозаторов-смесителей. Поэтому актуальным яв ляется решение проблемы математического моделирования движения кото низированных волокон и их обеспыливания в смешивающих машинах в со ответствии с законами механики и аэродинамики. В связи с закостренностью котонизированных волокон возникает необходимость производить при под готовке очистку до предельно допустимых значений параметров костринок в них, чтобы снизить обрывность в процессе формирования пряжи. Сущест вующий уровень теоретических исследований механики обрыва пневмоме ханической пряжи не позволяет заранее прогнозировать эти параметры. Вме сте с тем хлопкольняной полуфабрикат нуждается в дополнительной очистке от костры и жестких волокон в процессе дискретизации. Однако современ ные пневмомеханические прядильные машины, предназначенные для хлоп копрядения, в значительной степени не приспособлены для очистки котони зированных волокон, что вызывает необходимость создания принципиально новых теоретически обоснованных конструкций узлов дискретизации.

Целью диссертационной работы является совершенствование про цессов разрыхления, очистки и смешивания при производстве хлопкольня ной пряжи.

Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены сле дующие 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 враще ния барабана и скорости снимающего воздушного потока;

– разработка эффективного устройства для разрыхления, очистки и пе рераспределения котонизированных волокон с двумя узлами аэросъема;

– вывод уравнения, моделирующего процесс движения котонизиро ванных волокон и их обеспыливания в вертикальной камере дозатора смесителя;

– вывод зависимости для расчета линейной плотности настила на вы ходе из вертикальной камеры дозатора-смесителя с учетом геометрических параметров камеры, механических характеристик котонизированных воло кон, аэродинамических условий в незаполненной части вертикальной каме ры дозатора-смесителя и разряжения, создаваемого обеспыливающей систе мой;

– вывод теоретической зависимости, характеризующей выравниваю щую способность модуля дозатора-смесителя;

– разработка алгоритма и программы для расчета оптимальных пара метров дозатора-смесителя;

– разработка математической модели для расчета крутки пряжи на вхо де на фрикционную поверхность воронки в момент появления костринки в баллонирующем участке;

– вывод зависимости предельно допустимой массы и размеров кост ринки в полуфабрикате от радиуса прядильного ротора, частоты его враще ния 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 выра ботки хлопкольняной пряжи.

Методы исследований. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчислений, векторного анали за, аналитической геометрии, теории обыкновенных дифференциальных уравнений, численные методы прикладной математики, методы теории меха ники гибкой нити. Экспериментальные исследования проводились на лабо раторном и действующем производственном оборудовании с использованием стандартных методик и современной измерительной аппаратуры. Расчеты осуществлялись на ЭВМ с применением современного математического про граммного пакета Mathcad.

Достоверность и обоснованность. Математические модели техноло гических объектов разрабатывались на основе законов механики. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами теории вероят ностей и математической статистики.

Научная новизна В рамках развития теоретического обоснования процессов разрыхле ния, очистки и смешивания волокнистых материалов в производстве хлоп кольняной пряжи впервые получены следующие научные результаты:

– разработана теория процесса одностороннего перехода котонизиро ванных волокон между пильчатыми гарнитурами двух вращающихся бараба нов, в ходе которого со второго барабана узлом аэросъема удаляется оста точный 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 перераспределе ния котонизированных волокон между узлами аэросъема разработанного разрыхлителя-очистителя;

– на основе законов механики и аэродинамики выведено уравнение, моделирующее процесс движения котонизированных волокон и их обеспы ливания в вертикальной камере дозатора-смесителя;

– получена зависимость для расчета линейной плотности настила на выходе из вертикальной камеры дозатора-смесителя с учетом геометриче ских 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, производи мого одним модулем дозатора-смесителя, возрастает пропорционально раз ности между давлением над волокнистым столбом в вертикальной камере и давлением во всасывающих отверстиях в боковых стенках дозатора смесителя;

– теоретически выведена зависимость, характеризующая выравни вающую способность дозатора-смесителя, и разработан алгоритм для опти мизации 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 пряжевы водной воронки и, следовательно, к снижению уровня крутки на баллони рующем участке;

– выведена зависимость предельно допустимой массы протяженной ко стринки, 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 свидетель ствами 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 положитель ные решения о выдаче патентов РФ.

Новизна разработанного программного обеспечения защищена сви детельством о государственной регистрации № 2011616800 (опубл.

1.09.2011).

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Практическая реализация работы осуществлялась на ОАО «Прядильно ткацкая фабрика № 1» (г. Фурманов, Ивановская обл.), ООО «Южа-текстиль» (г. Южа, Ивановская обл.), ООО СП «RUSO’ZBEKTEKS» (г. Рештан, Рес публика Узбекистан). Разработанные программные продукты применялись для оптимизации процессов смешивания и дискретизации волокон.

Результаты работы могут быть использованы при модернизации дейст вующего 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 кон ференциях в ИГТА, МГТУ, КГТУ, РосЗИТЛП, ЮРГУЭС, СПГУТД, Алма тинском технологическом университете (Республика Казахстан).

Публикации. Основные результаты выполненных исследований пред ставлены 4 статьями в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций, 22 тезисами докладов научно технических конференций, 2 патентами на полезную модель и свидетельст вом о государственной регистрации программы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на листах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, библио графического списка из 106 наименований, содержит 7 таблиц, 56 рисунков и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформули рованы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практиче ская 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 про цессов 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. Хосро вян, В.М. Зарубин, Г.И. Карасев, А.Ф. Плеханов, В. Роглен, П. Артцт, Г. Эг берс и др.

На основании проведенного анализа сделан вывод об актуальности ис следований процесса перераспределения котонизированных волокон между рабочими органами разрыхлителей-очистителей по их линейной плотности и разработки эффективных устройств для этой цели. Вместе с тем процесс пе рераспределения котонизированных волокон при их переходе с поверхности одного пильчатого барабана на другой возможен только в случае осуществ ления аэросъема остаточных слоев с барабанов. Методика расчета аэросъема волокон рассматривалась ранее в частном случае без учета аэродинамиче ской силы, действующей на волокна. Поэтому важной задачей является изу чение динамики волокон при аэросъеме с учетом аэродинамической силы.

Другой важной проблемой на этапе последующей обработки котонизи рованного льняного волокна является оптимизация процесса смешивания и обеспыливания. В результате критического анализа современного техноло гического оборудования определены основные тенденции развития смеши вающего оборудования фирм Rieter и Trutzschler. Выявлено, что существую щие математические модели движения волокнистых компонентов в верти кальных камерах накопителей волокнистых материалов не учитывают дейст вие аэродинамического фактора. Поэтому они нуждаются в дальнейшей до работке, основанной на законах механики и аэродинамики, которая позволи ла бы рассчитывать высоту столба волокон в вертикальной камере дозатора смесителя и давлений в питающей и обеспыливающей системах по физико механическим характеристикам исходного продукта, заданной линейной плотности настила на выходе.

Актуальной проблемой в процессе подготовки смесей котонизирован ных волокон с хлопком к пневмопрядению остается их очистка от костры.

Однако все костринки извлечь из котонина невозможно. Поэтому для проек тирования подготовки полуфабриката из хлопкольняных смесей к пневмоме ханическому прядению необходимо заранее иметь информацию о величине допустимой массы соринок в нем. Ранее И.И. Мигушовым проводились ис следования предельно допустимой массы соринки в полуфабрикате из хлоп ка, однако в его работах соринка принималась как материальная точка. Такое предположение в целом недопустимо в отношении костринок. Поэтому сде лан вывод об актуальности создания на основе законов механики математи ческой модели для определения предельно допустимой массы и размеров ко стринки в полуфабрикате.

Отмечено, что проблема очистки при дискретизации имеет существен ное 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 принципи ально нового устройства дискретизации с контролируемыми воздушными потоками.

Вторая глава посвящена математическому моделированию и экспери ментальному исследованию процессов разрыхления и очистки котонизиро ванных льняных волокон, а также теоретическому исследованию процесса перераспределения котонизированных льняных волокон по их линейной плотности в разрыхлителе-очистителе.

Разработана математическая модель одностороннего перехода котони зированных льняных волокон между пильчатыми гарнитурами двух вра щающихся барабанов. Показано, что загрузка первого барабана остаточным слоем определяется зависимостью mос mн exp аотн 1, (1) 4k m gV22 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 уче том этого при наращивании содержания жестких волокон, поступающих в зону волокноперехода (при mн = const), имеет место снижение загрузки бара бана 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 волокни стый 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 аэро съема. Поэтому важно определить оптимальные параметры этих узлов. В ра боте теоретически рассмотрен процесс аэросъема волокон с пильчатой гар нитуры вращающегося барабана. Выведено уравнение движения центра масс волокна в системе координат Ох, связанной с рабочей гранью зуба гарниту ры:

M в 0,5сD аir Dв Lв vаir v vаir r r K1 x M в 2 rK 2 M в g sin x (2) kв 0,5с D аir Dв Lв vаir v vаir r r K 2 2M в x M в rK1 M в g cos 4, 0, где vаir v vаir r К1 rK1 x К 2 vаir r r ;

vаir (r ) 1 2 r 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;

– плотность воздуха;

аir v – абсолютная скорость волокна;

vаir – вектор скорости воздушного потока;

– угловая скорость вращения барабана;

hЗ – высота зуба гарнитуры барабана.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследо ваний разработан разрыхлитель-очиститель для обработки котонизированно го 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 захва тываются гарнитурой передающего барабана наиболее интенсивно. Поэтому остаточный слой волокон на приемном барабане представляет собой в ос новном мягкие волокна, которые уносятся узлом аэросъема с последующей их транспортировкой к волокноотводящему каналу 3. Во второй зоне волок ноперехода 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 волок ноотводящий канал 3. Разработанное устройство позволяет осуществить раз деление исходного волокнистого потока на два: в одном из них (с узла аэро съема 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 зави симости, 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:

М вых,1 3600 1 k прб П пит exp( 12 ) k пб 1 exp( 12 ) exp( 23 ) ;

(3) М вых,2 3600 1 k прб k пб k сб П пит 1 exp( 12 ) 1 exp( 23 ), 2k m 23 gVсб lп 2k m12 gVпб l п где 12 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 дозаторе смесителе, а также процесса выравнивания линейной плотности выпускаемо го 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 сече ния 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 па раллелепипеда со стороны наружных слоев волокон. Давление нижележаще го слоя волокон на вышележащий равно = fd /(аb). На основе законов меха ники и аэродинамики выведено уравнение Рис. 2. Схема вертикальной камеры модуля дозатора-смесителя d M N (x ), (4) dx где M k тр g (1 у з ) 1 ;

Q g вн /( 1 у з ) ;

Q при 0 х ha ;

N ( x ) Q p (h) p (ha ) / hac при ha x hс ;

Q при h x h;

с p – давление воздуха;

kтр – коэффициент трения;

– параметр;

вн – плотность волокон в массе в несжатом состоянии.

Зависимость для расчета распределения плотности засоренного волок нистого материала по высоте камеры:

x k тр ( х ) ( h) exp( Mx ) C N ( ) exp( M )d p, (5) 1 yз где C G1 G2 p (h) p (ha ) ;

G1 QM 1 p (h) QM 1 exp( Mh) ;

G2 ( Mhac ) 1 exp( Mha )1 exp( Mhaс ).

Линейная плотность настила от одного модуля дозатора-смесителя:

Tн 10 6 k н ab(1 y з ) 1 вн kсж G1 k сж G2 p ( h) p ( ha ), (6) где kн – параметр;

kсж – коэффициент сжимаемости волокон в массе.

Так как G2 0, то пропорционально увеличению p (h) p (ha ) возраста ет и величина линейной плотности настила. Таким образом, теоретически доказано, что линейная плотность настила, производимого одним модулем дозатора-смесителя, возрастает с увеличением разряжения в обеспыливаю щей системе при условии, что высота столба волокон и давление в незапол ненной части вертикальной камеры поддерживаются неизменными.

Рис.3. Схема действия сил на тонкий горизонтальный слой волокнистого материала в камере Выведена аналитическая зависимость для расчета выравнивающей спо собности модуля смесителя-дозатора.

Четвертая глава посвящена разработке математической модели для расчета натяжения пряжи при наличии костринки, включенной в баллони рующий участок пряжи, с целью определения предельно допустимых пара метров костринки в полуфабрикате, приготовленном из хлопкольняных сме сей. Для этого рассматривается процесс кручения пряжи на фрикционной по верхности 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:

2 l / r l dK knк 0 с с 6 c к c e k, (7) d vвып 10 rкT где lc rк rc – длина протяженной костринки;

0, 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 –линейная плотность протяженной костринки;

– текущий угол охвата пряжей поверхности воронки в плоскости осевого размера.

Как следует из решения уравнения (7), при наличии протяженной кост ринки, включенной в пряжу, крутка пряжи на входе на фрикционную по верхность воронки уменьшается. Это приводит к снижению уровня крутки пряжи на ее баллонирующем участке и, следовательно, к увеличению обрыв ности.

Разработано устройство для определения крутки пряжи на баллони рующем ее участке в роторе пневмомеханической прядильной машины (па тент 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 ан тенну. Для просмотра полученного сигнала используется ТВ-тюнер с антен ной.

Показано, что при наличии включенной в пряжу протяженной кост ринки величина силы натяжения пряжи в точке r = rс (рис.4):

Pс 0,5к (106 Т с )2rк lc lc, (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 10 5 Pу mc T lc. (9) 2 rк nк Выведена зависимость предельно допустимой длины костринки от ее диаметра 3PуT (10) lc, 4 2 rк nк 0,25 c Dc2 10 6 Т где с, Dc – плотность и диаметр костринки соответственно.

Пятая глава посвящена теоретическому исследованию движения сор ных примесей в зоне дискретизации, разработке дискретизирующего устрой ства, а также экспериментальным и производственным исследованиям доза тора-смесителя, разработанного разрыхлителя-очистителя и устройства для дискретизации волокнистых материалов.

Выведена аналитическая зависимость для расчета траектории движения сорной частицы, сброшенной с зуба гарнитуры расчесывающего барабанчи ка:

x a 0 x a y ( х) v a bвит exp b V 1 V, (11) XС вит XС 0, где bвит g 1vвит V XС va 2 2 ;

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 мо делирование аэродинамического поля в сороотводящем канале и траекторий движения сорных частиц и жестких котонизированных льняных волокон с разными аэродинамическими характеристиками. Доказано, что благодаря со кращению расхода воздуха в транзитном воздушном потоке происходит за метное увеличение скорости частицы в направлении сороотводящей трубки и, следовательно, интенсификация выделения сорных частиц и жестких во локон в отходы.

С учетом полученных теоретических результатов для повышения эф фективности процесса дискретизации хлопкольняного полуфабриката разра ботано дискретизирующее устройство пневмомеханической прядильной ма шины (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 сороотводяще го 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 сороотделе ния.

Проведен эксперимент по испытанию разработанного дискретизирую щего 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 волокнопе рехода с одного рабочего органа с пильчатой гарнитурой на другой основаны на значительных приближениях и не в полной мере отражают реальный про цесс. Кроме того, в данных работах при описании процесса аэросъема воло кон 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 тео рии впервые проведены теоретические исследования процесса односторонне го волокноперехода между пильчатыми гарнитурами двух вращающихся ба рабанов. Выведена математическая модель для расчета угловых значений ду ги аэросъема волокон в зависимости от параметров гарнитуры, радиуса, час тоты вращения пильчатого барабана и скорости снимающего воздушного по тока.

3. Разработаны и исследованы новые разрыхлители-очистители, обес печивающие процессы разрыхления, очистки, съема, транспортировки и пе рераспределения волокнистых материалов (положительные решения на заяв ки №2011131281/12 и №2012132803/12). В результате исследования получе ны математические зависимости, позволяющие проектировать выход массы волокнистого материала в единицу времени из узлов аэросъема в зависимо сти от радиусов и частот вращения рабочих органов, разводок между ними и высоты расположения кончиков волокон над зубьями барабанов. Производ ственные испытания показали преимущество разработанного разрыхлителя очистителя перед существующими, заключающееся в том, что выход мягкой фракции котонизированных льняных волокон с разработанного трехбарабан ного разрыхлителя-очистителя в 1,8 раза выше, чем с двухбарабанного.

4. В результате исследований дозатора-смесителя, проведенных в про изводственных условиях, на основе законов механики и аэродинамики выве дено уравнение, моделирующее процессы движения волокон и их обеспыли вания в вертикальных камерах дозатора-смесителя. Получена зависимость для расчета линейной плотности настила на выходе из дозатора-смесителя с учетом геометрических параметров камер, механических характеристик во локнистой смеси, аэродинамических условий в незаполненной части камер дозатора-смесителя и создаваемого обеспыливающей системой разряжения.

5. Теоретически доказано, что линейная плотность настила, произво димого одним модулем дозатора-смесителя, возрастает пропорционально пе репаду давлений между незаполненной частью вертикальной камеры и пат рубком обеспыливающей системы. Выведена аналитическая зависимость для расчета выравнивающей способности модуля дозатора-смесителя. Разработа ны алгоритм и программа для расчета оптимальных параметров дозатора смесителя (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, доказы вающий, что это приводит к снижению уровня крутки на баллонирующем участке, и, следовательно, является одной из причин обрывности. Разработа но экспериментальное устройство для определения крутки пряжи в камере ротора пневмомеханической прядильной машины (патент на полезную мо дель № 111141 РФ).

7. Выведена зависимость предельно допустимой массы и размеров про тяженной костринки, включенной в баллонирующий участок пряжи, от ра диуса прядильного ротора и частоты его вращения. Полученная зависимость позволяет рассчитывать предельно допустимые параметры протяженных ко стринок в полуфабрикате.

8. Проведено компьютерное моделирование траекторий движения сор ных частиц и жестких котонизированных льняных волокон с разными аэро динамическими характеристиками в сороотводящем канале. На основе ре зультатов расчетов доказано, что снижение расхода воздуха в транзитном по токе в сороотводящем канале способствует интенсификации выделения сор ных частиц и жестких волокон в отходы.

9. Разработано дискретизирующее устройство, обеспечивающее повы шение эффективности выделения в отходы сора и жестких волокон с одно временным уменьшением потерь прядомых волокон при выработке хлоп кольняной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах (патент на полезную модель № 119344 РФ). Производственные испытания разработан ного дискретизирующего устройства при получении хлопкольняной пряжи подтверждают его преимущество перед существующими, о чем свидетельст вует увеличение разрывной нагрузки на 9,1%, уменьшение коэффициента ва риации по разрывной нагрузке на 13,8%.

10. Результаты производственных испытаний разработанного разрых лителя-очистителя, встроенного в технологическую цепочку для получения хлопкольняной пневмомеханической пряжи, показали, что удельная разрыв ная 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 ос новных 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. Хос ровян // 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 раз рыхлителе-очистителе с многоступенчатой очисткой с определением гранич ных условий работы [Текст] / А.Г. Хосровян, А.С. Мкртумян, О.Н. Кушаков, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Изв. вузов. Технология текстильной промыш ленности. –2011. – №6. – С. 77 – 79.

4. Рыжов, А.И. Математическое моделирование механики волокон при их аэродинамическом съеме с зубьев пильчатого барабана [Текст] / А.И. Ры жов, 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 пневмоме ханической прядильной машины [Текст] / Красик Т.Я., Хосровян Г.А., Хос ровян И.Г. – № 2011131585/12;

заявл. 27.07.2011;

опубл. 10.12.2011, Бюл.

№34.

6. Патент на полезную модель № 119344 РФ, МПК D01H4/00. Дискре тизирующее 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 обеспы ливания [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 жест ких волокон при пневмопрядении смесей с содержанием котонина [Текст] / Т.Я. Красик, И.Ю. Ларин, Г.А. Хосровян, В.Э. Рыбин // Современные науко емкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой про мышленности (ПРОГРЕСС-2008): сб. материалов междунар. науч.-техн.

конф. – Иваново: ИГТА, 2008. – Ч. 1. – С. 11 – 12.

9. Красик, Т.Я. Исследование механики процесса перехода протяжен ной костринки из волокнистого клина в баллонирующий участок пряжи [Текст] / Т.Я. Красик, И.Ю. Ларин, Г.А. Хосровян, В.Э. Рыбин // Современ ные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и лег кой 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 котониносо держащих смесей [Текст] / А.Р. Бариев, Т.Я. Красик, И.Ю. Ларин, А.М. Оси пов, 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. –С.

11.

11. Красик, Т.Я. Расчет предельно допустимых размеров жестких воло кон 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 дискре тизации 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 выработ ке пневмомеханической пряжи из котонина [Текст] / И.Ю. Ларин, В.В. Капи танов, А.Р. Бариев, Г.А. Хосровян, Т.Я. Красик // Проблемы экономики, про грессивные 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 дози рованием [Текст] / А.Г. Хосровян, О.Н. Кушаков, А.С. Мкртумян, Т.Я. Кра сик, 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 про цесса сжатия волокнистых продуктов в шахте бункерного питателя [Текст] / А.Г. Хосровян, А.С. Мкртумян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Молодые уче ные – 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. Хосро вян // Современные технологии и оборудование текстильной промышленно сти (Текстиль-2009): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф.. – М.:

МГТУ, 2009. – С. 16.

17. Хосровян А.Г. Рациональное смешивание путем тонкого дозирова ния и эффективной очистки [Текст] // А.Г. Хосровян, Т.Я. Красик, Г.А. Хос ровян // 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 –очистителя с многофунк циональной очисткой [Текст] / А.Г. Хосровян, Т.Я. Красик, Г.А. Хосровян // Интеллектуальный потенциал – источник возрождения текстильной про мышленности: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. – Шахты:

ЮРГУЭС, 2009. – С. 35 –36.

19. Красик, Т.Я. Компьютерное моделирование процесса очистки во локна 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 прогрес сивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях про мышленности (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 воло кон с зубьев гарнитуры барабана на разрыхлителе-очистителе с многосту пенчатой очисткой [Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, О.Н. Кушаков, Г.А.

Хосровян // Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышлен ности (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 многоступен чатой очисткой [Текст] / Т.Я. Красик, А.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Моло дые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск 2010): 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. материа лов межвуз. науч.-техн. конф.– Иваново: ИГТА, 2010. – Ч. 2. – С. 142 –143.

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 ма териалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2010): сб. мате риалов 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. Ку шаков, Г.А. Хосровян // Современные наукоемкие технологии и перспектив ные 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 волокни стых материалов [Текст] / Т.Я. Красик, И.Г. Хосровян, Г.А. Хосровян // Сту денты и молодые ученые КГТУ – производству: сб. материалов межвуз. на уч.-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 очист кой [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 уче ные – развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2011): сб.

материалов межвуз. науч.-техн. конф.– Иваново: ИГТА, 2011. – Ч. 2. – С. – 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. Формат 1/16 60х84. Бумага писчая. Плоская печать.

Усл.печ.л. 1,16. Уч.изд.л. 1,11. Тираж 80 экз. Заказ № Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии Копировально-множительное бюро 153000 г. Иваново, пр. Шереметевский,