Повышение эффективности разъединения хлопковых волокон в процессах кардочесания и пневмомеханического прядения при производстве нетканых материалов и пряжи

На правах рукописи

Голубева Елена Николаевна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЪЕДИНЕНИЯ ХЛОПКОВЫХ ВОЛОКОН В ПРОЦЕССАХ КАРДОЧЕСАНИЯ И ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЯДЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ И 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 об разовательном учреждении высшего профессионального образования «Ива новская государственная текстильная академия» (ИГТА).

Н а у ч н ы й р у к о в о д и т е л ь:

Васенев Николай Федорович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ивановская государственная текстильная академия» (ИГТА), доцент кафедры технологии текстильных изделий.

О ф и ц и а л ь н ы е о п п о н е н т ы:

Плеханов Алексей Федорович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный текстильный университет име ни А.Н.Косыгина», профессор кафедры прядения.

Башков Александр Павлович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ивановская государственная текстильная академия» (ИГТА), профес сор кафедры безопасности жизнедеятельности.

В е д у щ а я о р г а н и з а ц и я – федеральное государственное бюджет ное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет» (КГТУ).

Защита состоится «31» мая 2012 г. в 11.00 часов на заседании диссерта ционного совета Д 212.061.01 при ФГБОУ ВПО «Ивановская государствен ная текстильная академия» (ИГТА) по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Эн гельса, 21, ауд. Г-235, e-mail: [email protected], факс (4932) 412108.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иванов ская государственная текстильная академия» (ИГТА).

Автореферат разослан «_» 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Кулида Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ обрывов на пневмомеханических пря дильных машинах показывает, что чаще всего они происходят из-за недоста точной подготовки полуфабрикатов к прядению. Из опыта работы большин ства текстильных предприятий за последние годы известно, что наиболее ак туальными вопросами являются: снижение выхода хорошего хлопкового во локна в отходы, повышение качества вырабатываемых полуфабрикатов, снижение металлоемкости конструкции машин прядильных производств и, как следствие, снижение затрат и получение прибыли. В связи с этим иссле дование альтернативных способов разъединения волокон полуфабрикатов как на малогабаритных чесальных машинах с модернизированными зонами чесания в производстве чесальной ленты кардной системы прядения и в со ставе чесально-вязальных агрегатов для выпуска нетканых материалов, так и в процессе дискретизации на пневмомеханических прядильных машинах яв ляется актуальной задачей, имеющей важное значение как в практическом, так и в научно-техническом плане.

Повышение эффективности производства и качества выпускаемой про дукции в текстильной промышленности связано с совершенствованием тех нологических процессов, повышением прочности пряжи, снижением неров ноты и обрывности в прядении. Особую значимость в ряду факторов, влияющих на процессы чесания и дискретизации, приобретает модернизация текстильного оборудования, создание на базе существующих, принципиаль но новых узлов и механизмов. Чесание и дискретизация являются одними из важнейших процессов в прядении. Актуальность исследования обуславлива ется необходимостью совершенствования процессов чесания и дискретиза ции и оптимизации факторов, влияющих на них.

Цель и задачи исследований. Цель работы состоит в разработке и на учном обосновании альтернативных способов разъединения волокон в про цессе чесания и дискретизации полуфабрикатов при оптимизации заправоч ных параметров модернизированных конструкций зон чесания и дискрети зирующих устройств для повышения качества выпускаемой продукции.

Для достижения цели работы поставлены и решены следующие на учные и технические задачи:

1. Проведен критический анализ отечественных и зарубежных литератур ных источников, патентных документов и определены пути совершен ствования чесальных машин и дискретизирующих барабанчиков в пневмомеханических прядильных машинах.

2. Проведены технологические испытания вариантных исполнений зон чесания на чесальных машинах и дискретизирующих барабанчиков на пневмомеханических прядильных машинах в производственных усло виях.

3. Определены заправочные параметры рабочих органов зоны чесания на модернизированной чесальной машине для выявления их оптимальных значений с помощью методов математического планирования экспери мента.

4. Определены заправочные показатели узла дискретизации на пневмо механической прядильной машине для выявления оптимальных пара метров работы с помощью методов математического планирования эксперимента.

5. Разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции пнев момеханической прядильной машины и технологии дискретизации во локон полуфабриката.

6. Сделаны выводы и обобщения.

Научная новизна. На базе полученных математических моделей про цесса валичного чесания на чесальных машинах при производстве хлопча тобумажной пряжи, нетканых материалов и процесса дискретизации волокон на пневмомеханической прядильной машине, а также регрессионных зависи мостей, полученных экспериментально, научно обоснованы конструктивные характеристики чешущих и дискретизирующих узлов чесальных и пневмо механических прядильных машин.

Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в сле дующем:

- получены математические модели процесса валичного чесания волокон на модернизированных чесальных машинах для выработки кардной ленты в хлопкопрядении, по которым определены оптимальные заправочные пара метры исследуемой зоны;

- получены математические модели процесса чесания на модернизирован ных чесальных машинах, входящих в состав чесально-вязального агрегата для выработки нетканого материала, по которым определены заправочные параметры исследуемой зоны;

- получены математические модели процесса дискретизации волокон на пневмомеханической прядильной машине, по которым определены опти мальные заправочные параметры исследуемой зоны;

- предложены новые технологические и конструктивные решения по совер шенствованию конструкции дискретизирующего барабанчика на пневмоме ханической прядильной машине.

Методы исследований.

Диссертационная работа включает теоретические и экспериментальные исследования. Для теоретических исследований использовались методы ма тематического моделирования и теории оптимизации. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях работающего предприятия. Исследования проводились с использованием но вейшего зарубежного лабораторного оборудования по стандартным и специ ально разработанным методикам. Обработка результатов эксперимента вы полнена с применением методов математической статистики, регрессионного анализа с помощью специально разработанных программ для ПК. Достовер ность экспериментальных и теоретических результатов исследования обес печивалась корректным использованием методов оценки погрешности изме рения и подтверждалась экспериментально.

Практическая ценность. В результате проведенных эксперименталь ных исследований:

1. Рекомендованы альтернативные способы разъединения волокон полу фабриката в процессе чесания и дискретизации, позволяющие снизить об рывность и повысить качество пряжи.

2. Рекомендованы альтернативные способы разъединения комплексов во локон полуфабриката в процессе чесания, позволяющие повысить качество нетканого материала.

3. Определены оптимальные режимы работы узла дискретизации пнев момеханической прядильной машины.

4. Определены оптимальные режимы работы модернизированной зоны чесания малогабаритной чесальной машины.

5. Рекомендованы защищенные патентом на полезную модель, патентом на изобретение и решением о выдаче патента на изобретение три варианта конструкции дискретизирующего барабанчика.

Основные результаты работы внедрены и получили положительную оценку в условиях прядильного производства ПТФ №3 ОАО ХБК «Шуйские ситцы», г. Фурманов.

Кроме того, результаты работы могут быть использованы в научных и производственных исследованиях, при проектировании нового и модерниза ции существующего оборудования, в практической работе текстильных предприятий, а также в учебном процессе.

Реализация результатов работы.

Основные результаты работы получили подтверждение в условиях пря дильного производства ПТФ №3 ОАО ХБК «Шуйские ситцы», г. Фурманов.

Отдельные результаты исследований используются в учебном процессе ИГТА по направлению подготовки 05.19.02 – Технология и первичная обра ботка текстильных материалов и сырья.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертацион ной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оцен ку:

на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и сту дентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промыш ленности» (Поиск – 2006), ИГТА, г. Иваново, 2006 г.;

межвузовской научно-технической конференции «Современные нау коемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс – 2006), ИГТА, г. Иваново, 2006 г.;

межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студен тов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышлен ности» (Поиск – 2007), ИГТА, г. Иваново, 2007 г.;

межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студен тов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышлен ности» (Поиск – 2008), ИГТА, г. Иваново, 2008 г.;

межвузовской научно-технической конференции «Современные нау коемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс – 2008), ИГТА, г. Иваново, 2008 г.;

международной научно-технической конференции «Современные тех нологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль – 2008), МГТУ имени А.Н.Косыгина, г. Москва, 2008 г.;

всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные проблемы проектирования и технологии изго товления текстильных материалов специального назначения» (Техтек стиль – 2010), ДИТУД (филиал) УлГТУ, г. Димитровград, 2010 г.;

международной научно-технической конференции «Современные нау коемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс – 2010), ИГТА, г. Иваново, 2010 г.;

межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студен тов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышлен ности» (Поиск – 2010), ИГТА, г. Иваново, 2010 г.;

межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студен тов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышлен ности» (Поиск – 2011), ИГТА, г. Иваново, 2011 г.;

расширенном заседании кафедры технологии текстильных изделий ИГТА, 2012 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы двадцать четыре пе чатные работы, в том числе четыре статьи в журнале «Известия вузов. Тех нология текстильной промышленности», одна статья в сборнике «Известия Ивановского отделения Петровской академии наук и искусств», три статьи депонированы в ВИНИТИ, а также тринадцать тезисов докладов на между народных и межвузовских научно-технических конференциях. Получены па тент на полезную модель №105295 РФ и два патента на изобретение №2443808 РФ, №2447209 РФ.

Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в дис сертации. Вклад автора состоит в участии во всех этапах процесса, непо средственном участии в получении исходных данных и научных эксперимен тах, в обработке и интерпретации экспериментальных данных, непосредст венном проведении аналитических исследований, обобщении результатов и формулировке выводов, подготовке и издании основных публикаций по вы полненной работе. Доля соискателя в опубликованных с соавторами работах по теме диссертации составляет от 25% до 100%.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения с основными выводами по рабо те, библиографического списка (135 наименований) и пяти приложений. Дис сертация изложена на 212 страницах машинописного текста, содержит рисунков и 67 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования, раскрыты элементы научной новизны и практическая значи мость проведенного исследования.

В первой главе выполнен литературный обзор существующего отече ственного и зарубежного оборудования для подготовки полуфабрикатов к прядению и выработке нетканого материала.

Многие ученые во всем мире проводят изыскательские работы по про блемам кардочесания и дискретизации. Это труды профессоров В.А. Воро шилова, Н.Я. Канарского, Н.И. Труевцева, А.Г. Севостьянова, Г.И. Карасева, И.Г. Борзунова, Ф.Т. Александрова, Н.М. Ашнина, В.В. Крылова, В.Д. Фро лова, В.М. Зарубина, И.И. Мигушова, А. Хаузнера, Д. Кауфмана, Ф. Монфо ра, П. Тоуненда и др.

В результате проведенного анализа выявлено, что в связи с достаточно большим парком малогабаритных чесальных машин на отечественных тек стильных предприятиях необходима их модернизация с целью улучшения процесса подготовки полуфабриката как к пневмомеханическому прядению, так и для выработки нетканых материалов. Для повышения эффективности разъединения хлопковых волокон на малогабаритных чесальных машинах целесообразно вводить различные варианты валичных зон чесания. Для улучшения показателей качества пряжи на пневмомеханических прядильных машинах целесообразно вводить варианты различных дискретизирующих устройств.

Испытания и технологические исследования вариантов модернизации малогабаритных чесальных машин и дискретизирующих устройств на пнев момеханической прядильной машине позволят повысить эффективность разъединения хлопковых волокон в процессах кардочесания и дискретизации и получить продукцию с высокими показателями качества.

Во второй главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований модернизированной малогабаритной чесальной машины с ва личной зоной чесания, состоящей из одинарных валиков. Валичная зона чеса ния (рис.1, 2) представляет собой шесть валиков, обтянутых гарнитурой, рас положенных по дуге главного барабана. Рабочие валики механизма валичной зоны чесания приводятся в движение от редуктора узла питания чесальной машины. Между рабочими валиками установлены ножи, таким образом, что бы не допускать образования прочеса на рабочих валиках и увеличивать дугу взаимодействия гарнитуры валика с волокнами. Нож состоит из собственно ножа и камеры. Он устанавливается на минимальную разводку к гарнитуре главного барабана и максимально вводится в пространство между гарниту рой главного барабана и валика. Камера же располагается перед гарнитурой следующего за ножом валика. При этом волокна и их комплексы, захвачен ные гарнитурой главного барабана, транспортируются ею к валику. Их сво бодные от захвата гарнитурой концы под воздействием центробежной силы отходят от гарнитуры. Попав в камеру ножа, соприкасаются с гарнитурой ва лика на большой дуге и расчесываются его зубьями. В то же время та часть волокна, которая захвачена зубьями главного барабана, пройдя разводку ме жду главным барабаном и валиком, попадает в разводку между следующим ножом и валиком и, будучи прижатой ножом к гарнитуре барабана, уносится ею под нож, увлекая за собой все волокно. Таким образом, нож обеспечивает условия для интенсивного и эффективного расчесывания волокон и недопу щения намота на рабочие валики.

Рис. 1. Схема зоны чесания, состоящая из одинарных валиков Рис. 2. Общий вид зоны чесания Для нахождения оптимальных параметров работы валичной зоны чеса ния проводился ряд экспериментов. В качестве факторов оптимизации, влияющих на работу исследуемой зоны, выбраны частота вращения рабочих валиков, разводка между ножом и рабочим валиком, а также разводка между рабочим валиком и главным барабаном (табл. 1).

Таблица Основная характеристика плана эксперимента Факторы Уровни варьирования -1 0 + Х1 – частота вращения рабочих ва 26,1 19,5 16, ликов, мин- Х2 – разводка между ножом и ра 0,25 0,2 0, бочим валиком, мм Х3 – разводка между рабочим ва 0,28 0,22 0, ликом и главным барабаном, мм В качестве критериев оптимизации выбраны:

Y1 – засоренность, пор./г;

Y2 – Cv на длинных отрезках чесальной ленты, %;

Y3 – Cv на коротких отрезках чесальной ленты, %;

Y4 – выход отходов в исследуемой зоне, %.

В результате проведенных исследований получены математические мо дели целевых функций, по которым построены поверхности отклика:

Y1=87,098+3,556Х1-Х2-1,333Х3+1,911Х12+1,583Х1Х2+2,577Х22-0,583Х1Х3 -1,167Х2Х3+1,577Х32;

Y2=3,931-0,077Х1+0,052Х2+0,265Х3+0,738Х12- 0,044Х1Х2+0,573Х22- 0,027Х1Х3 -0,032Х2Х3-0,377Х32;

Y3=5,593+0,548Х1+0,206Х2-0,274Х3-0,530Х12-0,335Х1Х2+0,751Х22-0,17Х1Х3+ +0,188Х2Х3+0,043Х32;

Y4=1,993+0,3Х1-0,017Х2-0,022Х3+0,132Х12+0,242Х1 Х2+0,048Х22-0,033Х1Х3 -0,225Х2Х3-0,265Х32.

С достоверностью 95 % математические модели 1 -4 адекватно описы вают процесс чесания и позволяют определить оптимальные параметры ра боты валичной зоны чесания.

На основании проведенного математического планирования экспери мента получены следующие оптимальные значения режимов работы валич ной зоны чесания с одинарными валиками:

- частота вращения рабочих валиков: Х1 = 19,5 мин-1;

- разводка между ножом и рабочим валиком: Х2 = 0,2 мм;

- разводка между рабочим валиком и главным барабаном: Х3= 0,22 мм.

Полученные оптимальные значения заправочных параметров валичной зоны чесания модернизированной малогабаритной чесальной машины (табл.2) позволяют обеспечить лучшее качество прочеса, минимальную не ровноту чесальной ленты на длинных и коротких отрезках.

Экспериментальные исследования показывают, что использование ва личной зоны чесания с одинарными валиками положительно сказывается на свойствах получаемого полуфабриката и рассмотренная конструкция может применяться при модернизации существующих малогабаритных чесальных машин.

Таблица Качественные показатели чесальной ленты и ленты с ленточных машин І и ІІ переходов (опытный вариант к контрольному) Контрольный % изменения Опытный вариант вариант Норма Наименование показателя Чесальная лента Линейная плотность ленты, ктекс 5,56 5.55 5,53 Качество прочеса, пор./г - 88 84 4, Cv по линейной плотности ленты, % 8,00 4,60 3,85 16, Cv на коротких отрезках, % 4,00 5,30 4,80 9, Выход отходов в исследуемой зоне, % 2,20 2,11 1,51 28, Лента с І перехода ленточных машин Линейная плотность ленты, ктекс 3,85 3,70 3,50 Cv по линейной плотности ленты, % 2,6 3,02 3,69 22, Cv на коротких отрезках, % 7,5 7,91 7,20 8, Лента со ІІ перехода ленточных машин Линейная плотность ленты, ктекс 4,00 4,02 4,05 Cv по линейной плотности ленты, % 2,1 1,9 1,41 25, Cv на коротких отрезках, % 8,0 7,75 6,07 21, Проведен расчет экономического эффекта от внедрения узла модерниза ции с использованием одинарных валиков. Ожидаемая эффективность со ставляет 64,2 тыс. руб. на три модернизированные малогабаритные чесаль ные машины.

В третьей главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований вариантных исполнений дискретизирующих устройств. Цель эксперимента состояла в выборе оптимальных параметров гарнитур дискре тизирующих барабанчиков и параметров работы узла дискретизации при вы работке кардной пряжи линейной плотности 29 текс на пневмомеханических прядильных машинах ППМ-120-МС. Для проведения эксперимента изготов лены новые дискретизирующие барабанчики с игольчатой гарнитурой (рис.3). Предприятием, на котором производился эксперимент, предложены дискретизирующие барабанчики, обтянутые пильчатой лентой с гарнитурой ОК-40, которые выбраны в качестве контрольного варианта. Техническая ха рактеристика гарнитуры дискретизирующих барабанчиков представлена в табл. 3.

Таблица Техническая характеристика дискретизирующих барабанчиков по вариантам Шаг, мм Диаметр по иг Плотность игл Угол наклона лам (зубьям), барабанчика, Диаметр игл игл (зубьев), (зубьев), мм зубьев), мм высота игл (толщина между между Ширина Вариант (зубьев) Рабочая на 1см градус рядами иглами мм мм игл (зубьями) (зубьев), в ряду, мм мм 1 2 3 4 5 6 7 8 А 21,0 63,7 5,1 3,5 65 2,5 1,3 В 21,0 63,0 5,5 3,0 55 1,8 0,9 Г 21,0 63,5 2,8 2,3 55 2,5 1,3 Д 21,0 63,0 8,4 4,5 60 2,5 0,7 * К 21,0 63,0 4,3 2,5 24 2,0 0,1 * К – контрольный вариант.

Вариант А Вариант В Вариант Г Вариант Д Рис. 3. Дискретизирующие барабанчики по вариантам На обрыв и повреждаемость волокон оказывает влияние интенсивность воз действия дискретизирующего барабанчика на бородку.

Под интенсивностью дискретизации понимается количество зубьев расче сывающего барабанчика, приходящееся на одно волокно.

Интенсивность воздействия дискретизирующего барабанчика на бородку определим по формуле m=znТвlшт /(1000·ТлVп), где z - число зубьев на поверхности дискретизирующего барабанчика;

n - частота вращения дискретизирующего барабанчика мин-1;

Тв, Тл - линейная плотность соответственно волокна и ленты, текс;

lшт - средневзвешенная длина волокон в питающей ленте, мм;

Vп - линейная скорость питания, м/мин.

Данные расчетов представлены в табл. 4.

Таблица Интенсивность воздействия гарнитуры дискретизирующего барабанчика на волокно Кол-во игл (зубьев) дискретизирующего барабанчика, приходящееся на одно во Вариант локно, при трех скоростных режимах барабанчика 7700 8150 -1 - мин- мин мин А 2,2 2,3 2, В 1,5 1,6 1, Г 6,1 6,4 6, Д 0,91 0,96 1, К 7,6 8,0 8, С увеличением частоты вращения дискретизирующего барабанчика по вышается интенсивность воздействия его зубьев на волокно. Однако, чем выше интенсивность воздействия, тем больше вероятность повреждения волокна. Ра циональные значения принадлежат барабанчику варианта Г.

Следующим этапом работы явилось определение оптимального типа гарнитур и выбор благоприятных условий работы дискретизирующего уст ройства.

Для нахождения оптимальных параметров работы узла дискретизации проводился ряд экспериментов. В качестве факторов оптимизации были вы браны частота вращения дискретизирующего барабанчика, разводка между питающим цилиндром и питающим столиком, плотность игл барабанчика на 1 см2 (табл.5).

Таблица Основная характеристика плана эксперимента Факторы Уровни варьирования -1,44 -1 +1 +1, Х1 – величина разводки между питаю щим столиком и питающим цилиндром, - 1,4 1,6 мм Х2 – частота вращения дискретизирую - 7700 8150 щего барабанчика, мин- Х3 – плотность игл барабанчика на 1 см2 3 5 7 В качестве критериев оптимизации выбраны:

1 – удельная разрывная нагрузка, сН/текс;

2 – коэффициент вариации по удельной разрывной нагрузке, %;

3 – коэффициент вариации по линейной плотности, %.

В результате проведенных исследований получены математические мо дели целевых функций, по которым построены поверхности отклика:

Y1 = 4,946 - 0,268X1 - 0,056X2 + 0,347X3 + 4,946X12 +0,135X1X2 + 0,256X22 -0,028X1X3 -0,066X2X3 - 0,52X32;

Y2 = 3,234 + 0,5668X1 + 0,467X2 - 0,332X3 + 3,234X12 + 0,006X1X2 + 0,284X22 + +0,327X1X3 + 0,072X2X3 + 2,182X32;

Y3 = 0,746 + 0,334X1 + 0,037X2 + 0,088X3 + 0,746X12 - 0,052X1X2 + 0,094X22 + +0,033X1X3 +0,019X2X3 + 0,136X32.

С достоверностью 95 % математические модели 1 -3 адекватно описы вают процесс дискретизации и позволяют определить оптимальные парамет ры работы дискретизирующего устройства.

На основании проведенного математического планирования экспери мента получены следующие оптимальные значения параметров работы узла дискретизации на пневмомеханической прядильной машине:

- разводка между питающим столиком и питающим цилиндром: Х1 = 1,4 мм;

- частота вращения дискретизирующего барабанчика: Х2 = 7700 мин-1;

- плотность игл барабанчика: Х3 = 20 игл на 1 см2 (вариант Г).

Полученные значения заправочных параметров узла дискретизации обес печивают максимальное значение удельной разрывной нагрузки пряжи, ми нимальные значения коэффициента вариации по удельной разрывной на грузке и коэффициента вариации по линейной плотности.

Экономический эффект от внедрения в производство дискретизирующих барабанчиков с игольчатой гарнитурой составил более 3500 тыс. руб. в год.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований разрабо таны и предложены: расчесывающий барабанчик (патент на полезную модель №105295 РФ);

расчесывающий барабанчик (патент на изобретение № РФ);

игольчатый барабанчик (патент на изобретение №2447209 РФ). Вариан ты дискретизирующих барабанчиков представлены на рис.4.

Вариант 1 Вариант 2 Вариант Рис. 4. Варианты дискретизирующих барабанчиков Дискретизирующие барабанчики 1 содержат цилиндрическую обечайку 2, смонтированные на ней иглы и штырьки (барабанчики вариантов 1 и 2), образующие ось вращения 4. На барабанчиках вариантов 2 и 3 между рядами игл и штырьков параллельно продольной оси барабанчика выполнены вы борки 6. Штырьки 5 и выборки 6 своей кромкой прямоугольной или округлой формы поперечного сечения образуют внутри камеры у поверхности обечай ки барабанчика воздушный поток – воздушную подушку, которая не допус кает проникновения волокон к основанию игл и обеспечивает их расчесыва ние вершинами игл, что приводит к более щадящему режиму расчесывания волокнистой массы и способствует выводу расчесанного волокна в прядиль ную камеру.

В четвертой главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований модернизированной малогабаритной чесальной машины с ва личной зоной чесания, состоящей из одинарных валиков, в составе чесально вязального агрегата.

Для нахождения оптимальных параметров работы валичной зоны чеса ния проводился ряд экспериментов. В качестве факторов оптимизации, влияющих на работу исследуемой зоны, выбраны частота вращения рабочих валиков, разводка между ножом и рабочим валиком и разводка между рабо чим валиком и главным барабаном (табл. 6).

Таблица Основная характеристика плана эксперимента Факторы Уровни варьирования -1 0 + Х1 – частота вращения рабочих ва 5 10 ликов, мин- Х2 – разводка между ножом и рабо 0,15 0,20 0, чим валиком, мм Х3 – разводка между рабочим вали 0,2 0,25 0, ком и главным барабаном, мм В качестве критериев оптимизации выбраны:

1 – модальная длина, мм;

2 – штапельная длина, мм;

3 – количество коротких волокон, %;

4 – коэффициент вариации по штапельной длине, %.

В результате проведенных исследований получены математические мо дели целевых функций, по которым построены поверхности отклика:

Y1=18,00+0,100X1 -0,017X2+0,044X3+0,089X12+0,158X1X2+0,139X22 -0,011X32;

Y2=25,1+0,050X1-0,033X2+0,144X3+0,028X12+0,133X1X2-0,022X22+0,078X32;

Y3=27,9-2,206X1-0,767X2+0,411X3+1,361X12+1,050X1X2 -0,256X22-1,289X32;

Y4=41,1- 0,817X1+0,489X2+0,650X3+1,017X12- 0,125X1X2-1,333X22+0,150X32.

На основании проведенного математического планирования экспери мента получены следующие оптимальные значения режимов работы валич ной зоны чесания с одинарными валиками:

- частота вращения рабочих валиков: Х1 = 5 мин-1;

- разводка между ножом и рабочим валиком: Х2 = 0,15 мм;

- разводка между рабочим валиком и главным барабаном: Х3 =0,3 мм.

Полученные значения заправочных параметров позволяют обеспечить максимальные значения модальной и штапельной длин волокна, минималь ные значения количества коротких волокон и коэффициента вариации по штапельной длине в прочёсе.

Проведен расчет экономического эффекта от внедрения узла модерниза ции с использованием одинарных валиков на малогабаритную чесальную машину в составе АЧВ-5. Ожидаемая экономическая эффективность от мо дернизации ЧММ-14ПС составляет более 270,0 тыс. руб. на 3 машины.

В пятой главе рассматриваются результаты экспериментальных ис следований модернизированной малогабаритной чесальной машины с валич ной зоной чесания, состоящей из трех групп трех валиков, в составе чесаль но-вязального агрегата.

Обработанный приемным барабаном волокнистый материал поступает в узел «валичная зона чесания – главный барабан», где подвергается воздейст вию гарнитур рабочих валиков (рис.5, 6) и главного барабана. Здесь проис ходит разделение клочков волокнистой массы на отдельные волокна, причем часть их уносится главным барабаном к следующей группе валиков, а часть волокон снимается чистительным валиком с рабочих валиков и передается на поверхность главного барабана, где волокна смешиваются с вновь посту пающими порциями волокон. Таким образом, происходит выравнивание слоя волокон на главном барабане. К последней зоне чесания трех валиков волок но подходит достаточно параллелизованным и очищенным.

Для нахождения оптимальных параметров работы валичной зоны чеса ния проводился ряд экспериментов. В качестве факторов оптимизации, влияющих на работу исследуемой зоны, выбраны частота вращения рабочего и чистительного валиков, разводка между рабочим валиком и главным бара баном, а также разводка между валиками (табл. 7).

Рис. 5. Схема зоны чесания с использованием трех групп из трех валиков Рис. 6. Общий вид зоны чесания Таблица Основная характеристика плана эксперимента Факторы Уровни варьирования -1 0 + Х1 – частота вращения валиков, мин-1 10 15 Х2 – разводка между валиками, мм 0,20 0,25 0, Х3 – разводка между рабочим валиком 0,15 0,20 0, и главным барабаном, мм В качестве критериев оптимизации выбраны:

Y1 – модальная длина, мм;

Y2 – штапельная длина, мм;

Y3 – количество коротких волокон, %;

Y4 – коэффициент вариации по штапельной длине, %.

В результате проведенных исследований получены математические мо дели целевых функций, по которым построены поверхности отклика:

Y1=18,018+0,114Х1-0,125Х2-0,183Х3-0,123Х12-0,021Х1Х2+0,096Х22-0,043Х32;

Y2=24,143+0,047Х1+0,075Х2+0,066Х3-0,084Х12-0,038Х1Х2 -0,101Х22-0,240Х32;

Y3=34,947+1,229Х1-0,027Х2+0,163Х3+0,009Х12+0,410Х1Х2 -1,091Х22 +1,179Х32;

Y4=41,446+0,119Х1-0,275Х2-0,336Х3-0,390Х12-0,213Х1Х2 +0,427Х22+0,264Х32.

На основании проведенного математического планирования экспери мента получены следующие оптимальные значения режимов работы валич ной зоны чесания, состоящей из трех групп трех валиков:

- частота вращения рабочих валиков: Х1 = 20 мин-1;

- разводка между валиками: Х2 = 0,2 мм;

- разводка между рабочим валиком и главным барабаном: Х3 = 0,2 мм.

Полученные значения заправочных параметров позволяют обеспечить максимальные значения модальной и штапельной длин волокна, минимальные значения количества коротких волокон и коэффициента вариации по штапель ной длине. Валичная зона чесания обеспечивает снижение выхода прядомого волокна в отходы, улучшение качества выпускаемого прочеса за счет интен сивной обработки волокнистого материала с одновременным увеличением выделенного сора. Зона может успешно использоваться для переработки хлопка низких сортов с длиной перерабатываемого волокна 32/33 мм и засо ренностью до 12% и отходов производства.

Проведен расчет экономического эффекта от внедрения узла модерниза ции с использованием трех групп из трех валиков. Ожидаемая эффективность составит 204,8 тыс. руб. на три малогабаритные чесальные машины ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Впервые в хлопкопрядении исследованы модернизированные чесаль ные машины с валичными зонами чесания и игольчатые дискретизирующие устройства в пневмомеханическом прядении.

2. Предложенные альтернативные способы разъединения комплексов во локон полуфабриката в процессе чесания позволяют повысить качество не тканого материала.

3. Проведенные технологические испытания в производственных услови ях вариантных исполнений валичных зон чесания на чесальных машинах и игольчатых дискретизирующих барабанчиков на пневмомеханической пря дильной машине доказали целесообразность использования предложенных конструкций в прядильном производстве.

4. С использованием методов математического планирования экспери мента определены оптимальные параметры работы модернизированной ма логабаритной чесальной машины с валичной зоной чесания, состоящей из одинарных валиков. Оптимальные заправочные параметры ЧММ-14Т: часто та вращения рабочих валиков – 19,5 мин -1, разводка между ножом и рабочим валиком – 0,20 мм, разводка между рабочим валиком и главным барабаном – 0,22 мм. Заправочные параметры ЧММ-14ПС: частота вращения рабочих ва ликов – 5 мин -1, разводка между ножом и рабочим валиком – 0,15 мм, раз водка между рабочим валиком и главным барабаном – 0,30 мм.

5. С использованием методов математического планирования экспери мента определены оптимальные параметры работы узла дискретизации пневмомеханической прядильной машины. Оптимальные заправочные пара метры ППМ-120-МС: частота вращения дискретизирующего барабанчика – 7700 мин -1, плотность игл барабанчика – 20 игл на 1 см2, разводка между питающим столиком и питающим цилиндром – 1,4 мм.

6. С использованием методов математического планирования экспери мента определены оптимальные параметры работы модернизированной ма логабаритной чесальной машины с валичной зоной чесания, состоящей из трех групп из трех валиков, в составе АЧВ-5. Оптимальные заправочные па раметры ЧММ-14ПС: частота вращения рабочих валиков – 20 мин -1, развод ка между рабочим и чистительным валиками – 0,2 мм, разводка между рабо чим валиком и главным барабаном – 0,2 мм.

7. Предложены новые конструкции дискретизирующих барабанчиков:

расчесывающий барабанчик (патент на полезную модель №105295 РФ), рас чесывающий барабанчик (патент на изобретение №2443808 РФ), игольчатый барабанчик (патент на изобретение №2447209 РФ).

8. Получен экономический эффект от внедрения предложенных вариан тов валичных зон чесания и новых конструкций дискретизирующих барабан чиков более 5000 тыс. руб. на годовой выпуск продукции ПТФ №3 ОАО ХБК «Шуйские ситцы», г. Фурманов.

Публикации, отражающие основное содержание диссертации Статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1. Голубева, Е.Н. Сравнительные исследования валичных зон чесания на малогабаритной чесальной машине в составе АЧВ-5 [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Изв.вузов. Технология текстильной промыш ленности. – 2011. – №1. – С.38-41.

2. Голубева, Е.Н. Определение оптимального варианта конструкции дис кретизирующего барабанчика [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.– 2011.– №3.– С.30-33.

3. Голубева, Е.Н. Исследование процесса чесания на малогабаритной че сальной машине, входящей в состав АЧВ-5 [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Изв. вузов. Технология текстильной промыш ленности. – 2011. – №6. – С.27-30.

4. Голубева, Е.Н. К вопросу о совершенствовании процесса чесания на малогабаритных чесальных машинах [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. – 2012.

– №1. – С.31-34.

Патенты:

5. Пат. на полезную модель 105295 РФ, МПК D 01 H4/30. Расчесываю щий барабанчик пневмомеханической прядильной машины [Текст] / Зарубин В.М., Васенёв Н.Ф., Голубева Е.Н., Шмелева Т.В., Полякова Е.В., Сизов А.А., Васенёв А.Н., Медведев О.С., Глинкин П.М. – № 2011104492/12;

заявл.

08.02.2011;

опубл. 10.06.2011, Бюл. №16.

6. Пат. на изобретение 2443808, МПК D 01 H4/30 (2006.01). Расчесываю щий барабанчик пневмомеханической прядильной машины [Текст] / Зарубин В.М., Васенёв Н.Ф., Голубева Е.Н., Шмелева Т.В., Полякова Е.В., Сизов А.А., Васенёв А.Н. – № 2010143594/12;

заявл.25.10.2010;

опубл. 27.02.2012, Бюл.

№6.

7. Пат. на изобретение 2447209, МПК D 01 H4/30 (2006.01). Игольчатый барабанчик пневмомеханической прядильной машины [Текст] / Зарубин В.М., Васенёв Н.Ф., Голубева Е.Н., Шмелева Т.В., Полякова Е.В., Сизов А.А., Васенёв А.Н., Медведев О.С. – № 2010153039/12;

заявл.23.12.2010;

опубл.

10.04.2012, Бюл. №10.

Депонированные рукописи:

8. Голубева, Е.Н. Исследование и оптимизация процесса чесания на мо дернизированной малогабаритной чесальной машине в составе АЧВ- [Текст] / Е.Н.Голубева;

ИГТА. – М., 2011. – 8 с. – Деп. в ВИНИТИ 01.11.2011, №478-В2011.

9. Голубева, Е.Н. Выбор оптимального варианта конструкции дискрети зирующего барабанчика на пневмомеханической прядильной машине [Текст] / Е.Н.Голубева;

ИГТА. – М., 2011. – 7 с. – Деп. в ВИНИТИ 01.11.2011, №479-В2011.

10. Голубева, Е.Н. Исследование зоны чесания на малогабаритных чесаль ных машинах в составе АЧВ-5 [Текст] / Е.Н.Голубева;

ИГТА. – М., 2011. – 7 с. – Деп. в ВИНИТИ 01.11.2011, №480-В2011.

Материалы научных конференций и тезисы докладов:

11. Васенёв, Н.Ф. Исследование модернизированных малогабаритных че сальных машин [Текст] / Н.Ф.Васенёв, Е.Н.Голубева // Известия Ивановского отделения Петровской академии наук и искусств. Секция технических наук:

сб.науч.статей / ИГТА. – Иваново, 2006. – С.182-187.

12. Голубева, Е.Н. Исследование и оптимизация процесса чесания на мо дернизированной малогабаритной чесальной машине ЧММ-14Т [Текст] / Е.Н.Голубева // Современные наукоемкие технологии и перспективные мате риалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2006): сборник материалов международной научно-технической конференции / ИГТА. – Иваново, 2006. – С.16-17.

13. Голубева, Е.Н. Модернизация зоны чесания малогабаритных чесаль ных машин ЧММ-14Т [Текст] / Е.Н.Голубева, А.А.Багрова, А.П.Москвина // Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПО ИСК-2006): сборник материалов межвузовской научно-технической конфе ренции аспирантов и студентов / ИГТА. – Иваново, 2006. – С.32-33.

14. Голубева, Е.Н. Модернизация зоны чесания на чесальных машинах ЧМД-4 [Текст] / Е.Н.Голубева // Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2007): сборник материалов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов / ИГТА. – Ива ново, 2007. – С.4-5.

15. Голубева, Е.Н. Исследование модернизированного узла дискретизации на пневмомеханической прядильной машине [Текст] / Е.Н.Голубева, Н.Ф.Васенёв, Е.Е.Гусева, Н.В.Королева, Е.А.Галаншина // Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2008): сборник материалов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов / ИГТА. – Иваново, 2008. – С.3-4.

16. Голубева, Е.Н. Совершенствование процесса дискретизации на пнев момеханической прядильной машине [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Современные наукоемкие технологии и перспективные мате риалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2008): сборник материалов международной научно-технической конференции / ИГТА. – Иваново, 2008. – С.15-16.

17. Голубева, Е.Н. Определение оптимального типа гарнитуры дискрети зирующего барабанчика на пневмомеханической прядильной машине ППМ – 120 МС [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (ТЕКСТИЛЬ 2008): сбор. матер. междунар. научно-технической конф. / МГТУ. – М., 2008.

– С.19-20.

18. Васенёв, Н.Ф. Исследование влияния дискретизирующих барабанчиков с различными игольчатыми гарнитурами на основные показатели пряжи [Текст] / Н.Ф.Васенёв, Е.Н.Голубева // Теоретические знания – в практиче ские дела: сборник материалов межвузовской научно-практической конфе ренции / ОГИС. – Омск, 2008. – С.41-42.

19. Голубева, Е.Н. Совершенствование процесса чесания при выработке нетканых материалов [Текст] / Е.Н.Голубева, Н.Ф.Васенёв // Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материа лов специального назначения (ТЕХТЕКСТИЛЬ-2010): сборник материалов всероссийской научно-технической конференции с международным участи ем / УлГТУ. – Димитровград, 2010. – С.115-116.

20. Голубева, Е.Н. Модернизация зоны чесания на чесальных машинах в прядильном производстве [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Современные наукоемкие технологии и перспективные мате риалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2010): сборник материалов международной научно-технической конференции / ИГТА. – Иваново, 2010. – С.8-9.

21. Голубева, Е.Н. Совершенствование технологического процесса выра ботки пряжи на ППМ [Текст] / Е.Н.Голубева, В.М.Зарубин, Н.Ф.Васенёв // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстиль ной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2010): сборник материалов меж дународной научно-технической конференции / ИГТА. – Иваново, 2010. – С.19-20.

22. Голубева, Е.Н. Совершенствование технологии чесания при выработ ке нетканого материала [Текст] / Е.Н.Голубева, А.А.Исупова, В.В.Гречина, Н.Ф.Васенёв // Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промыш ленности (ПОИСК-2010): сборник материалов межвузовской научно технической конференции аспирантов и студентов / ИГТА. – Иваново, 2010. – С.4-5.

23. Голубева, Е.Н. Влияние состава разрыхлительно-трепального агрегата на степень очистки волокнистого материала [Текст] / Е.Н.Голубева // Моло дые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК 2010): сборник материалов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов / ИГТА. – Иваново, 2010. – С.9-10.

24. Медведев, О.С. Расчесывающий барабанчик для пневмомеханической прядильной машины [Текст] / О.С.Медведев, Е.Н.Голубева, Н.Ф.Васенёв // Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПО ИСК-2011): тез. докл. межвуз. науч.-техн. конференции / ИГТА. – Иваново, 2011. – С.210.

Подписано в печать 23.04.2012.

Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать.

Усл. печ. л. 1,22. Уч.-изд. л. 1,16. Тираж 80 экз. Заказ № Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии Копировально-множительное бюро 153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса,