Совершенствование конструкции и технологических параметров машины для трепания льна

Актуальность проблемы. За последние годы в льняном комплексе России произошли существенные изменения, связанные с качеством структуры обрабатываемого сырья при получении льняного волокна. Практически повсеместно на льнозаводы поступает стланцевая треста. Ее получение осуществляется в льносеющих хозяйствах с использованием интенсивных механизированных технологий, ориентированных на поставку тресты в рулонах. Недостаточная заинтересованность при производстве льна в хозяйствах способствует снижению уровня технологической дисциплины и неправильному использованию уборочной техники. Данное обстоятельство привело к ухудшению структурных свойств обрабатываемого слоя стеблей и, как следствие, к уменьшению выхода длинного волокна на льнозаводах. Его значение в 1,5.2 раза ниже, чем на аналогичных предприятиях Западной Европы.

Основой технологии первичной обработки льняной тресты являются процессы формирования слоя стеблей, их промина и трепания сырца. При реализации последнего процесса формируется основная масса волокнистых отходов. Ухудшение структуры слоя льна способствует существенному увеличению упомянутой массы отходов. При этом их образование во времени (по длине трепальной машины) существенно неравномерно. На начальных этапах процесса трепания количество отходов наибольшее. Из этого следует необходимость дополнительного исследования и совершенствования используемых машин для трепания льна. По мнению специалистов, применяемое оборудование в настоящее время устарело, поскольку при его разработке была ориентация на повышенную производительность по пропуску тресты. При дефиците сырья приоритетом стало увеличение выхода длинного волокна, что потребовало поиска технических решений по улучшению технологических эффектов переработки тресты на льнозаводах. Поэтому работы, связанные с обоснованием направлений совершенствования процесса трепания льна и конструкций машин для их реализации являются актуальными и направлены на решение важнейшей народно-хозяйственной задачи — укрепление сырьевой базы отечественных текстильных предприятий.

Цель работы и задачи исследований. Основной целью работы является увеличение выхода длинного волокна за счет совершенствования обработки льняной тресты на начальных этапах процесса трепания.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи: анализ факторов и условий обработки льна, влияющих на формирование отходов трепания льнаисследование условий ввода и силового нагружения прядей сырца в конусных частях трепальных барабановизучение влияния поперечной деформации слоя при его взаимодействии с билом на силы натяжения прядей и их давления на кромку билаисследование и обоснование технических решений, способствующих снижению сил давления кромок бил на прядь и вероятности образования волокнистых намотов на входные части трепальных барабановобоснование рациональных параметров модернизированного трепального барабана и новой конструкции трепальной машины, а также экономическая оценка предлагаемых технических решений.

Методы исследований. Методической основой диссертации явились труды ведущих ученых в области первичной обработки лубяного сырья. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В первом случае использовали приемы дифференциального и интегрального исчисления, положения теории вероятностей. При экспериментальных исследованиях применяли лабораторный стенд кафедры ТПЛВ, а также многоканальную тензоаппаратуру «СИИТ» для изучения сил натяжения прядей при различных параметрах обработки. Интерпретацию опытных данных проводили после соответствующей их статистической обработки (включая дисперсионный анализ) при общепринятом уровне доверительной вероятности с использованием ПЭВМ и пакетов программ MathCAD, Statgraphics и Excel.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые: установлены причины негативного влияния конусных частей существующих на практике трепальных барабанов на изменение сил натяжения прядей, а также обоснованы параметры конуса, при которых данное влияние отсутствуетобоснована необходимость учета поперечной деформации прядей сырца в результате взаимодействия с кромкой била при трепании и проведена оценка их силового нагружения при наличии упомянутой деформациипредложена аналитическая модель и алгоритм расчета сил натяжения и давления на деформируемую путем сжатия прядь при ее взаимодействии с кромками била, что явилось основой новых технических решений по, совершенствованию процесса трепания стеблей лубяных культурразработаны методы расчета параметров конструкции трепального барабана с многокромочными билами, обеспечивающими снижение варьирования сил давления на обрабатываемый материал при его перемещении в поле трепания и по длине трепальной машины. Практическая значимость работы состоит в следующем. Предложено для дифференциации силового нагружения прядей в процессе их трепания использовать технические приемы регулирования сил давления на пряди кромок бил. Особенностью этих приемов является возможность изменения упомянутых сил, формирующихся вблизи зажима прядей и в зоне их концевых участков. Впервые предложены многокромочная конструкция била и способ обработки прядей на начальных этапах трепания. Их использование обеспечивает необходимое снижение сил давления кромок бил на льняные пряди, способствующее увеличению выхода длинного волокна, а также уменьшению вероятности образования намотов на входную часть барабанов.

Разработан алгоритм выбора параметров конусных частей трепального барабана, при которых исключается локальное сгруживание слоя прядей при его перемещении вдоль трепальной машины.

Реализация результатов работы осуществлена путем использования разработанных исходных требований на модернизацию существующих трепальных барабанов и создание новой трепальной машины. Данные исходные требования приняты к практическому применению Всероссийским НИИ по переработке лубяных культур и Костромским СКБТМ. Модернизированные барабаны и новая трепальная машина позволят обеспечить повышение эффективности начальных трепальных воздействий и снижение вероятности образования волокнистых намотов на входные части барабанов.

В подготовке главы 2 диссертации принимал непосредственное участие д.т.н. Лапшин А.Б.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку: на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен-2000), г. Костромана международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен-2002), г. Костромана 53-й, 54-й научных конференциях молодых ученых и студентов КГТУ, г. Кострома, 2001;2002 гг.- межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе», КГСХА, Кострома, 2002 г.- на заседаниях кафедры ТПЛВ КГТУ 2000;2003 гг.- на Всероссийском семинаре по проблемам переработки лубоволокнистых материалов, КГТУ, Кострома, 2003 г.- на заседаниях Ученого совета Всероссийского НИИ по переработке лубяных культур, Кострома, 2002;2003 гг.

Результаты исследований экспонировались на международной льняной выставке-ярмарке, Вологда, 2002 г.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 11 печатных работ, получено 2 патента на изобретения и положительное решение на полезную модель.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Вихарев С. М., Лапшин А. Б., Пашин E.JI. Влияние поперечной деформации пряди сырца на степень ее нагружения при трепании. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2002, № 1. С. 21−24.

2. Вихарев С. М., Лапшин А. Б., Пашин Е. Л. Влияние поперечной деформации прядей льносырца на силу натяжения при трепании // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2002, № 4−5. С. 33−36.

3. Вихарев С. М., Лапшин А. Б. Измерительный комплекс для исследования процесса трепания. // Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях. Тез. докл. междунар. научно-техн. конф. — КостромаКГТУ, 2000. С. 34.

4. Вихарев С. М., Пашин Е. Л. Расчет сил натяжения в трепальном барабане при применении многокромочности // Актуальные проблемы науки в АПК. Тез. докл. межвуз. научно-практ. конф. — КостромаКГСХА, 2002. С. 7 — 48.

5. Вихарев С. М., Лапшин А. Б., Пашин Е. Л., Антонов А. Б. Испытание новой конструкции трепального барабана // Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях. Тез. докл. междунар. научно-техн. конф. —КостромаКГТУ, 2002. С. 21−22.

6. Вихарев С. М., Антонов А. Б. Испытание новой конструкции трепального барабана. // Материалы 54 научно-технической конференции молодых ученых и студентов посвященной 70-летию КГТУКостромаКГТУ, 2002. С. 122−123.

7. Пашин Е. Л., Лапшин А. Б., Вихарев С. М., Антонов С. И. Технические решения по модернизации оборудования для получения трепаного льняного волокна. — КостромаВНИИЖ, 2002.

8. Вихарев С. М., Пашин Е. Л. Исследование влияния противонамоточного желоба на процесс трепания льняного сырца. // Сборник научных трудов молодых ученых КГТУ. — КостромаКГТУ, 2003. С. 56−58.

9. Вихарев С. М.,. Лапшин А. Б., Пашин Е. Л. Учет влияния тыльной кромки бильной планки на характер силового нагружения льна при трепании. // Вестник ВНИИЖ. — Кострома, 2003, № 1. С. 47−49.

10. Лапшин А. Б., Вихарев С. М., Безбабченко A.B. Влияние тыльной кромки бильной планки на силу давления и натяжения пряди при трепании льна.// Вестник КГТУ. — 2003, № 7. С. 8−10.

11. Лапшин А. Б., Пашин Е. Л., Вихарев С. М. Особенности взаимодействия конусных частей барабанов с прядями сырца в поле трепания. // Вестник ВНИИЖ. — Кострома, 2003, № 1. С. 24−28.

12. Лапшин А. Б., Пашин Е. Л., Вихарев С. М. Барабан трепальной машины для обработки лубяных волокон. Патент РФ № 2 151 222. Бюл. № 17 от 26.11.99.

13. Пашин Е. Л., Вихарев С. М., Лапшин А. Б. Способ получения длинного лубяного волокна. Патент РФ № 2 186 163. Бюл. № 21 от 27.06.2001.

14. Пашин Е. Л., Антонов С. И., Вихарев С. М. Секция трепальной машины для обработки лубяных волокон. Положительное решение ф.№ 01, ПМ-2003 по заявке № 2 003 116 408/20(17 459) от 02.06.2003.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. При разработке конструкций существующих трепальных машин оказались не достаточно обоснованными решения по способу ввода слоя сырца в поле трепания (наличие противонамоточного желоба) и по его обработке конусными частями трепальных барабановпри исследовании характера изменения сил натяжения прядей и давления на них не учитывали фактически существующую поперечную деформацию слоя сырца в зоне контакта с кромками бил.

2. Анализ штапельного состава волокон, находящихся в отходах трепания, выявил две группы волокон по длине, выделение которых может происходить на участках вблизи точки зажима прядей и на их концахпричиной этого, вероятно, может быть известный рост давления со стороны кромок била на этих же участках пряди.

3. Поперечная деформация слоя сырца в зоне его контакта с основными кромками бил трепального барабана приводит к росту сил натяжения прядей и давления их на кромку на 50.60%.

4. Учет тыльной кромки несущественно влияет на силу нормального давления на основной кромке. На тыльной кромке наблюдается значительное нормальное давление (до 50% от уровня давления на основной кромке), что необходимо учитывать при обосновании рабочих органов трепальных барабанов.

5. На основе использования разработанной теоретической зависимости сил натяжения и давления от совокупности режимно-конструктивных параметров установлено, что при учете поперечного сжатия прядей наибольшее влияние на прирост указанных силовых характеристик оказывают толщина слоя (доля влияния 51%), радиус рабочей кромки (22%) и скорость вращения барабанов (12%).

6. Для снижения сил давления кромок бил на обрабатываемые в процессе трепания пряди предложено использовать многокромочную конструкцию била, основными параметрами которого являются количество кромок в блоке, их шаг и относительный вылетчисленное значение этих параметров следует определять на основе учета длины костры и условия непревышения требуемого уровня сил давления.

7. Для обеспечения необходимой дифференциации по уровню силового на-гружения прядей сырца при их трепании требуется выравнивание сил давления кромок бил на пряди как по высоте поля трепания, так и по длине трепальной машины. Для обеспечения последнего положения количество кромок в многокромочном биле по длине барабана должно изменяться. Характер данного изменения должен быть сходным с изменением сил нормального давления.

8. Существующая конструкция входных частей трепальных барабанов агрегата МТА-2Л способствует локальному сгруживанию слоя сырца при его перемещении вдоль трепальной машины и росту сил натяжения прядейдля исключения этих негативных эффектов угол между образующей конуса и осью вращения барабанов должен быть постоянным и определяться условиями трения пряди с билами барабана.

9. Предложенный новый способ трепания лубяных волокон позволяет исключить необходимость использования конуса на трепальных барабанах и про-тивонамоточного желоба для ввода прядей сырца в поле обработки. Это оказалось возможным на основе сочетания одностороннего и двухстороннего трепания сырца с постепенным увеличением длины обрабатываемого участка прядей.

10. Предложенная многокромочная конструкция била трепального барабана может быть использована при модернизации существующих трепальных машин, применение которых позволит увеличить выход длинного волокна. Использование на практике нового способа ввода и обработки льна по расчетам может обеспечить (для одноагрегатного завода) получение годового экономического эффекта в размере 0,4 млн руб.