Исследование и совершенствование процесса формирования ткацкого навоя на шлихтовальных машинах

Экономические реформы, проводимые в нашей стране, требуют от предприятий текстильной промышленности повышения качества выпускаемой продукции и снижения ее себестоимости на базе достижений науки и техники.

Актуальность работы. Ткачество является одной из самых трудоемких операций текстильного производства, где производительность труда, отходы пряжи и качество вырабатываемых тканей во многом определяются качеством подготовки основ и эффективностью проведения отдельных приготовительных операций, центральное место среди которых занимает процесс шлихтования.

Одна шлихтовальная машина может обслужить от 400 до 700 ткацких станков, поэтому сбой в технологии шлихтования даже на одной шлихтовальной машине в течение небольшого промежутка времени отрицательно сказывается на протяжении длительного периода работы ткацкого цеха. Эффективность работы ткацкого производства в значительной мере зависит от условий формирования ткацкого навоя на шлихтовальных машинах, так как некачественная структура намотки может существенно снизить весь эффект шлихтования.

Процесс подготовки основных нитей должен обеспечить получение ткацких навоев со стабильными, оптимальными технологическими свойствами и структурой намотки. Однако плотность намотки пряжи на навое по мере его наработки уменьшается. Переуплотнение намотки в начале наматывания приводит к частичной потере физико-механических свойств пряжи. Кроме того, снижение плотности намотки при удалении от ствола навоя уменьшает эффективную емкость паковки, так как снижает массу намотанных нитей в возрастающем слое намотки равной толщины. В этой связи важной и пока не решенной задачей является выравнивание и увеличение плотности намотки пряжи на ткацком навое. Отсутствуют исследования влияния на натяжение и деформацию нитей рассеивающего механизма и распределения натяжения по линии заправки нитей в выпускной зоне шлихтовальной машины. В связи с необходимостью стабилизации процесса ткачества и решения проблемы ликвидации остатков пряжи при доработке основ на двухнавойных ткацких станках остро стоит задача получения идентичных по структуре намотки ткацких навоев, условия формирования которых на шлихтовальных машинах до конца не исследованы. Немаловажное значение имеет снижение энергоемкости шлихтовальной машины.

Потребность в решении указанных задач обуславливает актуальность и своевременность избранной нами темы исследования.

Целью настоящего исследования является повышение эффективности работы ткацкого производства путем улучшения качества намотки пряжи за счет совершенствования процесса формирования ткацкого навоя на шлихтовальных машинах.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные научные и технические задачи:

1. Исследовано распределение натяжения и деформации нитей по линии их заправки в выпускной зоне шлихтовальной машины. Изучено влияние рассеивающего механизма на натяжение и деформацию нитей в стационарных и динамических условиях наматывания их на ткацкий навой.

2. В производственных условиях исследованы основные параметры нарабаI тываемых ткацких навоев в процессе их формирования и на базе экспериментальных данных получены математические модели намотки пряжи на ткацком навое.

3. Определено и проанализировано влияние натяжения нитей и уплотняющего усилия скалки на основные параметры намотки и характер их изменения при формировании ткацкого навоя.

4. Выявлены условия стабилизации натяжения нитей, выравнивания и увеличения плотности намотки основы на навое в процессе его наматывания.

5. Предложен новый механизм для уплотнения намотки на ткацком навое с целью улучшения качества намотки за счет повышения точности послойного выравнивания ее плотности. Дана методика расчета технологических и кинематических параметров работы этого механизма.

6. Выявлены условия получения идентичных ткацких навоев, то есть навоев, имеющих при равном текущем числе оборотов одинаковые радиусы намотки, длину намотанных нитей и другие параметры структуры намотки.

7. Даны рекомендации по совершенствованию условий формирования ткацких навоев и проведена их производственная проверка на современных отечественных шлихтовальных машинах.

Решение указанных задач соответствует направлению научных исследовании Ивановской государственной текстильной академии по совершенствованию техники и технологии ткацкого производства.

Методы исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования, в которых использовались:

— шлихтовальные машины барабанной сушки ШБ-11/140 и ШБ-11/180;

— основы для выработки хлопчатобумажных тканей действующего ассортимента;

— ткацкие станки Р-105-ZB-8 и СТБ-2−330.

Теоретическая часть работы основана на использовании методов дифференциального и интегрального исчисления, аналитической геометрии и моделирования на персональной ЭВМ. Применялись законы теоретической механики, элементы теории механизмов и машин и теоретических основ электротехники. Экспериментальные исследования проведены в условиях ОАО «Зиновьевская Мануфактура» (г. Иваново) с использованием тензометрического измерения натяжения нитей, специально изготовленных приборов и устройств и современных методов планирования и анализа факторного эксперимента. Экспериментальные данные обрабатывались с применением теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

— предложена методика расчета натяжения и деформации нитей по линии их заправки в выпускной зоне шлихтовальной машиныs.

— получены дифференциальные уравнения и методика моделирования на ПЭВМ процесса деформирования нитей в выпускной зоне шлихтовальной машины с учетом работы рассеивающего механизма, позволяющие определять изменение относительной деформации нитей при наматывании на ткацкий навой с постоянной скоростью шлихтования при произвольном изменении предварительной деформации;

— по результатам производственных экспериментов получены математические модели намотки пряжи на навое в процессе его наматывания, одновременно учитывающие натяжение нитей, давление воздуха в пневмокамере уплотняющего устройства и текущий радиус намотки. Найдены зависимости натяжения нитей и плотности намотки от уплотняющего усилия скалки и других определяющих параметров;

— выведена формула для расчета натяжения нитей, наматывающихся на ткацкий навой в установившемся режиме работы шлихтовальной машины, учитывающая ток якоря электродвигателя, магнитный поток возбуждения и окружное усилие сопротивления уплотняющей скалки вращению ткацкого навоя;

— предложена методика определения законов изменения в процессе формирования ткацкого навоя давления воздуха в пневмокамере уплотняющего устрой" ства и сигнала коррекции тока якоря в системе управления электродвигателем, обеспечивающих выравнивание и увеличение плотности намотки и стабилизацию натяжения наматываемых нитей;

— получена теоретическая математическая модель намотки пряжи на ткацком навое в процессе его формирования, в основу которой, в отличие от известной математической модели ИвНИТИ, положена не динамическая спираль намотки, а экспериментальная зависимость плотности намотки от текущего радиуса наматывания;

— разработана методика расчета динамической спирали намотки по известной (экспериментально заданной) в процессе наматывания зависимости средней плотности намотки.

Предложен новый механизм для уплотнения намотки пряжи на ткацком навое (патент РФ № 2 188 882 от 28.06.2001), позволяющий улучшить качество намотки за счет послойного выравнивания ее плотности.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Предложенное новое устройство для уплотнения намотки пряжи на ткацком навое и выявленные в диссертации закономерности изменения давления воздуха в пневмо-камере уплотняющего устройства, необходимые для выравнивания и увеличения плотности намотки в процессе формирования ткацкого навоя, могут быть реализованы путем модернизации существующего механизма.

Введение

в систему управления электроприводом ткацкого навоя сигнала коррекции тока якоря по установленному закону позволяет (в случае необходимости) изменять или стабилизировать на заданном уровне натяжение нитей в процессе их наматывания на ткацкий навой. —.

Реализация условий, обеспечивающих выравнивание и увеличение плотности намотки, и использование нового устройства дают возможность создавать ткацкую паковку более высокого качества. При этом за счет снижения уровня намоточного натяжения и увеличения уплотняющего усилия скалки уменьшается напряженное состояние нитей в намотке ири большей плотности.

Производственная проверка в условиях ОАО «Зиновьевская Мануфактура» (г. Иваново) показала, что выравнивание плотности намотки позволяет наматывать на ткацкий навой основу большей длины без увеличения обрывности основных нитей. Относительное увеличение длины намотанных нитей за счет выравнивания плотности намотки при подготовке основ для ткани марля арт.6472 составило 9%, а при подготовке основ для ткани миткаль арт. АЛ-92−33 — 11,6%. Вследствие этого снижены отходы пряжи в ткачестве и загрузка проборно-узловязального отдела и заправщиков. По расчету базового предприятия ожидаемый экономический эффект от использования новых технологических режимов в расчете на одну шлихтовальную машину в год составляет: 32 893,83 рублй при выработке марли арт.6472 и 12 200 рублей при выработке в три полотна ткани миткаль арт. АЛ-92−33. Суммарный годовой экономический эффект равен 45 093,83 рубля.

Теоретическая математическая модель и расчетные динамические спирали намотки пряжи позволяют получить условия формирования идентичных ткацких навоев. Реализация этих условий на базовом предприятии дала возможность сформировать ткацкие навои на шлихтовальной машине ШБ-11/180, близкие к идентичным: при одинаковом полном числе оборотов навоев (пк =2360) различие в конечных радиусах намотки составляло не более 1,5 мм. Срабатывание трех пар таких навоев на двухнавойных ткацких станках СТБ-2−330 при выработке ткани миткаль арт. АЛ-92−33 известным «жестким» способом (при отключенном дифференциале основного регулятора) показало одновременность схода основ, что подтверждается актом производственной проверки.

Таким образом, реализация условий получения идентичных ткацких навоев позволяет решить проблему снижения и полной ликвидации отходов пряжи при доработке основ на двухнавойных ткацких станках. Отсутствие дополнительных источников энергии (например, сжатого воздуха) для создания уплотняющего усилия скалки на намотку при использовании нового механизма снижает энергоемкость шлихтовальной машины.

Основные научные результаты диссертационной работы могут быть использованы инженерно-техническими работниками ткацких фабрик, конструкторами при создании новых шлихтовальных машин, учеными и аспирантами, а также студентами текстильных вузов для дальнейшего изучения и совершенствования технологии ткачества.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации докладывались и получили одобрение на следующих конференциях и семинарах: межвузовских научно-технических конференциях аспирантов, магистрантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 2000, 2002, 2003) — международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой прои мышленности» (Иваново, 2001, 2002) — международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Кострома, 2000) — межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству» (Кострома, 2003) — юбилейной научно-технической межвузовской конференции (Санкт-Петербург, 2000) — научно-методических семинарах кафедры ткачества ИГТА (Иваново, 2000, 2002, 2003).

Содержание представленных докладов отражено в тезисах и материалах вышеуказанных конференций.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены статьями в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», тезисами докладов и материалами научно-технических конференций, патентом на изобретение № 2 188 882 «Механизм для уплотнения намотки на ткацком навое шлихтовальной машины» от 28.06.2001 года.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 разделов с выводами после каждого и общих выводов и рекомендаций.

Список литературы

содержит 127 наименований. Работа включает 38 рисунков, 40 таблиц и 6 приложений. Общий объем работы составляет 260 страниц.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ.

1. Предложена методика расчета натяжения и деформации нитей на различных участках зоны формирования ткацкого навоя в установившемся режиме работы шлихтовальной машины, учитывающая изменение геометрии заправки нитей, коэффициенты трения в опорах ролика-датчика, рассеивающего вата и ряд других параметров.

2. Изучено влияние рассеивающего (реглажного) механизма на деформацию нитей в выпускной зоне шлихтовальной машины. Установлено, что дополнительная относительная деформация, сообщаемая нитям рассеивающим механизмом, имеет характер гармонических колебаний с периодом, вдвое меньшим периода колебаний рассеивающего вала. Получена формула для определения амплитуды колебаний дополнительной относительной деформации.

3. Получены дифференциальные уравнения деформирования нитей в выпускной зоне шлихтовальной машины, позволяющие с учетом работы реглажного механизма определять изменение относительной деформации нитей, наматывающихся на ткацкий навой при постоянной скорости шлихтования и произвольном изменении предварительной относительной деформации.

4. С использованием дифференциальных уравнений предложена методика математического моделирования процесса деформирования нитей в зоне наматывания на ткацкий навой при натичии возмущений. Эта методика может быть использована при изучении нестационарных режимов деформирования нитей в зоне формирования ткацкого навоя.

5. На основе серии полных факторных экспериментов разработана методика определения математических моделей намотки пряжи на ткацком навое в процессе его формирования, которая, в отличие от известных аначогичных методик, позволяет получать зависимости плотности намотки, длины намотанных нитей и числа оборотов паковки сразу от трех факторов: давления воздуха в пневмокамере механизма уплотнения, натяжения наматываемых нитей и текущего радиуса наго радиуса намотки. С применением предложенной методики в производственных условиях впервые получены трехфакторные математические модели намотки пряжи на навоях пневматических ткацких станков P-105-ZB-8, удовлетворительно описывающие реальные процессы подготовки основ для тканей марля арт.6472 и миткаль арт. АЛ-92−33.

6. Предложено комплексное математическое описание условий формирования ткацкого навоя и параметров намогки, включающее в себя трехфакторные математические модели намотки, формулу для определения натяжения наматываемых нитей в установившемся режиме работы шлихтовальной машины и зависимость уплотняющего усилия скалки от текущего радиуса наматывания и давления воздуха в пневмокамере механизма уплотнения.

7. Установлено, что при обычном режиме формирования ткацкого навоя, когда давление воздуха в пневмокамере уплотняющего устройства поддерживается постоянным, удельная плотность намотки по радиусу паковки уменьшается. Существующая система регулирования электропривода не обеспечивает в этом случае постоянства натяжения нитей вследствие изменения в процессе наматывания сопротивления уплотняющей скалки вращению навоя.

8. С использованием комплексного математического описания процесса формирования ткацкого навоя, учитывающего ряд геометрических, электротехнических и технологических факторов, получены условия выравнивания натяжения наматываемых нитей и методика выравнивания и увеличения удельной плотности намотки на ткацком навое за счет соответствующего изменения в процессе наматывания давления воздуха в пневмокамере уплотняющего устройства.

9. Предложен новый механизм для уплотнения намотки пряжи на ткацком навое (патент РФ № 2 188 882 от 28.06.01 г.), позволяющий выравнять послойно удельную плотность намотки до заданного уровня посредством принудительного отвода уплотняющей скалки на постоянную расчетную величину в направлении возрастания радиуса намотки и снизить энергоемкость шлихтовальной машины. Получена методика расчета параметров нового механизма.

10. Получена теоретическая математическая модель намотки пряжи на ткацком навое, основу которой составляет экспериментальный закон изменения средней плотности намотки в зависимости от текущего радиуса наматывания. Предложен новый (расчетный) способ получения динамической спирали намотки пряжи на ткацком навое, путем воспроизведения которой в процессе наматывания навоев можно получать идентичные по своей структуре ткацкие навои с заданным законом изменения средней плотности намотки.

11. Установлено, что для получения по обычной технологии идентичных ткацких навоев необходимо:

— формировать ткацкие навои на одной и той же шлихтовальной машине по одинаковому числу оборотов;

— натяжение наматываемых нитей поддерживать неизменным, а давление воздуха в пневмокамере уплотняющего устройства — на постоянном уровне, или же изменять по одинаковому закону в зависимости от текущего радиуса намотки;

— иметь ткацкие навои с одинаковыми диаметрами стволов и расстояниями между фланцами.

12. Экспериментальная реализация этих условий при формировании шести 9 ткацких навоев для выработки ткани миткаль арт. АЛ-92−33 на станках СТБ-2−330 базовой фабрики показала, что при разнице в диаметрах стволов zwq=1 мм и в рассадке фланцев ДЯдо 8 мм ткацкие навои были близки к идентичным^ при одинаковом полном числе оборотов пк=2360 разность в конечных радиусах намотки составила от 1 до 1,5 мм, а в длине намотанных нитей ALU-3.A м. Срабатывание на двухнавойных станках СТБ-2−330 этих ткацких навоев по известному способу (с отключенным дифференциалом основного регулятора) позволило ликвидировать остатки пряжи, возникающие из-за неодновременного схода основ.

13. Предложенная методика выравнивания и увеличения плотности намотки при обычной технологии и новый механизм для уплотнения намотки пряжи на ткацком навое могут быть реализованы путем модернизации существующего механизма. Производственная проверка показала, что применение условий, близких к выравниванию плотности намотки, приводит к ее увеличению на ткацком навое с 0,44 до 0,48 г/см3 для марли арт.6472 и с 0,43 до 0,48 г/см3 — для миткаля арт. АЛ-92−33. Вследствие этого длина намотанных на ткацкие навои нитей увеличилась при подготовке основ для ткани марля — на 9%, а для ткани миткаль — на 11,6% без увеличения обрывности основных нитей на ткацких станках.

14. Увеличение длины намотанных на ткацкие навои нитей позволяет повысить производительность оборудования в шлихтовании и ткачестве, снизить отходы основной пряжи и загрузку проборно — узловязального отдела и заправщиков. Ожидаемый годовой экономический эффект от использования условий выравнивания плотности намотки в расчете на одну шлихтовальную машину ШБ-11/140 в условиях ОАО «Зиновьевская Мануфактура» г. Иванова составляет 32 893,83 рубля — при выработке марли арт.6472 и 12 200 рублей — при выработке ткани миткаль арт. АЛ-92−33. Суммарный годовой экономический эффект -45 093,83 рубля.