автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему: Совершенствование условий формирования пряжи пневмомеханического способа прядения
Автореферат диссертации по теме "Совершенствование условий формирования пряжи пневмомеханического способа прядения"
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
На правах рукописи
Парфенов Петр Ефимович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЯЖИ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОГО СПОСОБА ПРЯДЕНИЯ
Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов
АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена на кафедре прядения хлопка и химических волокон и кафедре механической технологии текстильных материалов Ивановской государственной текстильной академии.
Научный руководитель - зав. кафедрой прядения хлопка и химических волокон Ивановской государственной текстильной академии, доктор технических наук, профессор Ю.В.Павлов.
Научный консультант - зав. кафедрой теплотехники Ивановской государственной текстильной академии, доктор технических' наук, профессор М.Н.Герасимов.
зав. кафедрой прядения Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна, доктор технических наук, профессор Н.М.Ашнин;
зав. кафедрой электротехники Ивановской государственной
текстильной академии, кандидат технических наук, доцент А.М.Осипов.
Ивановский научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности (ИвНИГИ) г.Иваново.
Защита состоится НйЯ^РЙ 1995 г.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан «¿А"СКГЯ<ГрЯ 1995 г. Ученый секретарь диссертационного совета, доцент к Н.А.Кулида
В работе проведен анализ структурно-механических свойств хлопкого волокна и их практического значения при формировании пряжи пневмомеханическим способом прядения.
Рассмотрено влияние условий процесса формирования на физико-механические показатели пряжи пневмомеханического способа прядения и ее структуру.
Проведен анализ влияния температурно-влажностных параметров среды на технологические процессы прядильного производства.
Изучено влияние физических и механических свойств волокон на процесс формирования пряжи в прядильном устройстве.
Установлена возможность улучшения прядомых свойств волокон, путем их предварительной обработки с целью усовершенствования условий процесса формирования пряжи.
Экспериментально определен оптимальный уровень влажности хлопчатобумажной питающей ленты для пневмомеханического способа прядения.
Дано теоретическое обоснование способа увлажнения волокон хлопчатобумажной ленты в среде водяного пара и проведена его экспериментальная проверка.
Разработан способ пневмомеханического прядения с использованием предварительной обработки волокон питающей ленты в среде водяного пара (а.с. №1284284) и разработано устройство для его осуществления.
Проведены экспериментальные исследования процесса формирования пряжи базового и предлагаемого способов и устройств.
Выявлено улучшение условий процесса формирования пряжи по предлагаемому способу. Получена пряжа с улучшенными физико-механическими показателями. Структура пряжи имеет более плотное и упорядоченное расположение волокон.
Проведены промышленные испытания предлагаемого способа и устройства в условиях АО "Южская прядильно-ткацкая фабрика".
Получен экономический эффект за счет снижения уровня обрывности, повышения производительности оборудования и улучшения физико-механических показателей выпускаемой пряжи.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Внедрение пневмомеханических прядильных машин решает важнейшую народнохозяйственную задачу значительного повышения производительности труда и улучшения его условий. Структура и свойства пряжи пневмомеханического способа прядения отличаются от пряжи кольцевого способа прядения. Она имеет рыхлую структуру и большую объемность, более равномерна по линейной плотности и прочности, обладает лучшими теплоизоляционными способами, более устойчива к износу, несмотря на повышенную крутку, более равновесна, но имеет пониженную прочность, что и ограничивает область ее применения.
Снижение прочности пряжи пневмомеханического способа прядения связано с процессом ее формирования в свободном состоянии в условиях малых натяжений, с увеличением повреждаемости волокон при дискретизации, со снижением распрямленности и параллелизации волокон при их транспортировании.
Поведение волокон в выше указанных процессах зависит от их взаиморасположения в полуфабрикате и свойств: длины, линейной плотности, разрывной нагрузки, удлинения, жесткости, коэффициента тангенциального сопротивления, электролизуемости, зрелости (для хлопкового волокна), гигроскопичности.
Известно, что с повышением влажности хлопка увеличивается разрывная нагрузка и удлинение, уменьшается жесткость, увеличивается цепкость и коэффициент тангенциального сопротивления, повышается электропроводность волокон.
Влияние температуры и влажности на эффективность рыхления, очистки, чесания и прядения при кольцевом способе достаточно хорошо изучено.
Вопросы повышения прочности пряжи пневмомеханического способа прядения решаются в основном путем конструктивных изменений прядильного устройства:
- увеличением заправочной крупен;
- применением новых конструкций роторов;
- использованием интенсификаторов крутки.
Однако, использование дополнительных элементов и конструктивных изменений в прядильном устройстве связано с трудностями их внедрения. А именно, большая частота вращения роторов, дополнительные экономические затраты на изготовление ( с высокой точностью) и установку, затруднения при обслуживании.
Поэтому, представляется важным и своевременным развить направление по улучшению прядильной способности волокон применительно к пневмомеханическому прядению, путем оптимизации влажности питающей ленты, и на этой основе усовершенствовать процесс, повысить прочность, улучшить структуру и расширить ассортимент выпускаемой пряжи.
Цель н задачи исследования. Целью работы является увеличение прочности пряжи, снижение обрывности, повышение производительное™ пневмомеханических прядильных машин путем улучшение условий процесса формирования за счет увлажнения питающей ленты.
В соответствии с постановленной целью предусмотрено решение следующих задач:
1 .Изучение влияние влажности хлопковой ленты на ее структуру и качественные показатели процессов дискретизации и кручения, определение оптимального уровня влажности хлопчатобумажного полуфабриката, используемого для пневмопрядения.
2.Математическое описание процесса увлажнения полуфабрикатов прядения в среде водяного пара на основе общих характеристик системы: пористости текстильного материала, его теплоемкости в сухом состоянии, коэффициента взаимной диффузии паровоздушной смеси и некоторых других универсальных физических постоянных.
3. Разработка способа пневмомеханического прядения с применением предварительного увлажнения хлопковой ленты в среде водяного пара и устройства для его осуществления.
4.Изучение структуры пряжи, выработанной с использованием предлагаемого способа и устройства.
5.Исследование влияния предлагаемого.способа и устройства ' для его осуществления на физико-механические показатели пряжи и на ход технологического процесса.
Методика исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. Использовалась теория тепломассообмена текстильного материала с водяными парами для обоснования способа, механизма увлажнения и определения расчетных соотношений длительности пребывания волокнистых полуфабрикатов > прядения до заданного уровня влажности.
Для обеспечения экспериментальной части созданы лабораторные установки и разработаны методики:
- получения кинетики увлажнен^ полуфабриката в среде водяного пара,
- определения усилий дискретизации волокнистого материала,
- определения усилий протаскивания волокнистой ленты через запарную камеру.
Экспериментальные исследования проводились в лабораториях ИвТИ - Иваново, ИвНИТИ - Иваново, УиВ - Усти над Орлицей, Чехия. Использовались тензометрические способы измерения, фотографирование внешнего вида и срезов пряжи под микроскопом, исследование процесса транспортирования волокон в канале на приборе РОМЕО, скоростное фотографирование мычки в желобе прядильной камеры.
Научная новизна. Экспериментально определен диапазон влажности волокнистой хлопковой ленты для пневмопрядения, который составил 9-11% к весу сухого волокна.
На основе математической модели кинетики обработки текстильного материала в среде водяного пара получено расчетное соотношение для описания процесса увлажнения волокнистой ленты до достижения заданного уровня влажности. Описание выполнено на
основе общих характеристик системы: пористости текстильного материала, его теплоемкости в сухом состоянии, коэффициента взаимной диффузии паровоздушной смеси и других универсальных физических постоянных.
Разработаны методики и приборное обеспечение для определения кинетики увлажнения волокнистой ленты в среде водяного пара.
Экспериментально подтверждена пригодность математической модели кинетики обработки текстильного материала в среде водяного пара для описания процесса увлажнения хлопковой ленты до заданного уровня.
Разработана методика и лабораторная установка для определения усилия дискретизации волокнистой ленты.
Исследованы параметры процесса формирования и структуры пряжи с использованием увлажнения волокнистой ленты в среде водяного пара.
Практическая ценность. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан способ пневмомеханического прядения и устройство для его осуществления, что позволяет при выработке х/б пряжи линейной плотности 42 текс повысить относительную разрывную нагрузку на 9%, снизить коэффициент вариации по разрывной нагрузке на 13%,: повысить показатель качества на 22%. При этом получена пряжа с новой улучшенной структурой. Увлажнение волокнистой хлопковой ленты в зоне питания позволяет снизить время на сороочистку камер, а также количество микропыли . в технологической зоне и тем самым улучшить санитарно-гигиенические условия работающих. Экономи- » ческий эффект от внедрения данного способа и устройства для его осуществления при выработке х/б пряжи линейной плотности 42 текс в условиях АО "Южская прядилъно-ткацкая фабрика" на 1990 год составил 8414 рублей в год на одну пневмомеханическую прядильную машину.
Предлагаемый способ увлажнения хлопчатобумажного полуфабриката (ленты, ровницы) может быть использован на других технологических переходах хлопкопрядения.
Математическая модель процесса тепло-массообмена волокнистой ленты и водяного пара может быть использована для расчета длительности пребывания волокнистого полуфабриката в запарной камере при определении заданного уровня влажности.
Реализация работы. Способ пневмомеханического прядения (а.с. №1284284) и устройство для его осуществления внедрены на АО "Южская прядильно-ткацкая фабрика", г.Южа, Ивановской области, а также прошли производственное испытание на АО "ФАТЕКС", Иваново.
Основные научные разработки, экспериментальные установки и методики внедрены в учебный процесс ИГТА.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: 1 .Научно-технической конференции "Современная техника и технология и перспективы развития отрасли на 12 пятилетку". ИвТИ, 1984 г., Иваново.
2.Научно-технической конференции "Основные направления и меры по ускорению научно-технического прогресса в создании хлопкопрядильного оборудования". 1985 г., Пенза.
3.Научно-технической конференции "Основные направления научно-исследовательских работ в области развития ассортимента, техники и технологии хлопчатобумажной промышленности в 12 пятилетке". ИвНИТИ, 1985 г., Иваново.
4.Научно-технической конференции "Текстильной промышленности -передовую технику и прогрессивную безотходную технологию. Прогресс - 86". ИвТИ, 1986 г., Иваново.
5.Научно-технической конференции "Научным разработкам - широкое внедрение в практику. Прогресс - 88". ИвТИ, 1988 г., Иваново.
6. Научно-технической конференции "Новые технические и технологические разработки и их внедрение в текстильной и легкой промышленности. Прогресс - 89". ИвТИ, 1989 г., Иваново.
7. Научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности. Прогресс -94". ИГТА, 1994 г., Иваново, 1994.
Структура н объем работы.
Диссертация состоит из 5 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Она включает 138 страниц машинописного текста, 4 приложения, 32 рисунка, 18 таблиц и 117 наименований списка литературы.
В первом разделе рассматриваются структурно-механические свойства волокна хлопка: упругость, пластичность, прочность, эластичность, которые обуславливают способность к сопротивлению' деформациям и разрушениям под действием ударных нагрузок в процессе обработки материала. Они непосредственно связаны со структурой хлопко-волокна, действующими в них молекулярными силами сцепления и особенностями хаотического теплового движения.
Большой вкладе изучение данных вопросов внесли: Кукин Г.Н., АлфрейТ., Усманов Х.У., Каргин В.А., Щеколдин М.И., Букина В.К., Байдюк П.В., Ульдяков А.И., Соловьев А.Н. и др.
Влияние различных факторов на технологический процесс и физико-механические показатели пряжи пневмомеханического способа прядения наиболее полно изучены в работах: Севостьянова А.Г., Роглена В., Кашпарека Я., Рипки И., Лорда П.Р., Плеханова Ф.Н., Павлова Г.Г., Уральской С.Л., Артца П., Эгберса Г.
В основном рассматриваются вопросы влияния заправочных и конструктивных параметров на процессы дискретизации и формирования пряжи пневмомеханического способа прядения. Пониженная прочность пряжи объясняется условиями формирования в свободном состоянии при малом натяжении, где имеет место деформация с изгибающим моментом эквивалентным крутящему.
Рядом исследователей: Бэйном Ч.Я., Голубовичем Р.Ф., Ипполитовым Я.Я., Сорокиным Н.С., Ратмановым М.М. и другими были найдены оптимальные условия микроклимата и влажности полуфабриката по переходам, обеспечивающие стабильность технологического процесса и нормальные условия труда работающих. Однако, часто уровень влажности воздуха необходимый для
нормального протекания технологического процесса, значительно отличается от влажности регламентированной требованиями санитарно-гигиенических норм.
Возникает необходимость в разработке устройства прямого воздействия на волокна полуфабрикатов прядения с целью улучшения прядильной способности применительно к процессу пневмопрядения.
Во втором разделе проведен анализ теоретических исследований посвященных процессам дискретизации и формирования пряжи на пневмомеханических прядильных машинах.
На основе теоретических моделей предлагаемых Севостьяновым А.Г., Левеевым Л.Н. , Яцковским Т., Уральской С.А., Никаноровым П.В., Сеидовой С.Н., Будрик Т.Г., Лапушкиной И.П. объясняющих особенности процесса пневмопрядения, структуры и физико-механических показателей пряжи, определены наиболее значимые физические и механические свойства волокон и основные факторы процесса.
Выявлено, что на процесс формирцвания пряжи и ее структуру оказывает влияние: жесткость волокон на изгиб и скручивание, фрикционные свойства, прочность и удлинение волокон, электризуемосгь при дискретизации и аэродинамическом транспортировании.
Проведен анализ зависимости выше названных свойств волокон от их влажности и определен механизм улучшения прядильной способности волокон применительно к пневмопрядению.
В третьем разделе приводятся результаты исследования влияния фактической влажности ленты, приближающейся к кондиционной, на структуру ленты и физико-механические свойства пряжи.
Для исследований использовалась хлопчатобумажная лента второго ленточного перехода линейной плотности 4,16 ктекс. Фактическая влажность ленты 1Ул изменялась на четырех уровнях (5,3% - контрольный; 6,6%; 8,7%; 10,6% - опытные) и устанавливалась в нужных пределах путем выдерживания его в климатической камере. Определялись следующие показатели ленты: коэффициент вариации по линейной плотности на коротких отрезках (%), распрямленносгь
волокон в ленте на приборе Леонтьевой (%), комплексный показатель структуры ленты (сН/текс). Результаты представлены в табл. 1
Качественные показатели структуры ленты
I контрольный 1 опытный 2 опытный 3 опытный
Фактическая влажность ленты, % 5,3 6,6 8,7 10,6
Коэффициент ва- 6,62 6,25 6,02 5,78
Распрямленность 80,3 84,85 88,9 92,9
волокон в ленте, %
казатель структу- 141 121 128 125
Физико-механические показатели выработанной пряжи представлены в табл. 2.
Физико-механические показатели пряжи
1 контроль -ный 1 опытный 2 опытный 3 опытный
Линейная плотность 25,1 25,9 25,6 26,8
Разрывная нагрузка, сН 237 261 257 273
Удельная разрывная 9,5 10,1 10,0 10,2
Коэффициент вариации по 10,4 9,1 8,6 9,5
Разрывное удлинение, % 3,9 4,8 5,6 4,9
Показатель качества 0,91 1,11 1,16 1,07
Крутка, кр/м 999 1008 1025 1037
Линейная плотность 24,8 26,1 25,3 26,5
Коэффициент вариации по 3,15 2,77 2,23 2,62
Относительная разрывная 7,5 8,14 7,99 8,31
Показатель качества 2,4 2,93 3,58 3,17
Проверка значимости различий средних показателей опытов проводилась по критерию Стьюденга с учетом доверительной вероятности 0,954 и подтвердила их значимость.
Выявлено, что при приближении фактической влажности хлопчатобумажной ленты к кондиционному значению улучшаются ее структурные характеристики.
Установлено, что с повышением влажности полуфабриката от 5,3 до 10,6% величина относительной разрывной нагрузки пряжи возрастает, а также имеет место увеличение фактической крутки пряжи.
Экспериментальными исследованиями решались вопросы определения влияния влажности волокон питающей ленты на качественные показатели процесса дискретизации:
- повреждаемость и укорачивание волокон,
- коэффициент относительной параллелизации и распрямлен-ности волокон,
- вытягивающее усилие волокон и их комплексов из зажатой бородки (усилия дискретизации).
Качественные показатели процесса дискретизации.
Показатель 1 контр. 1Ул=5,4% 1 опытный \Ул
Г/о 2 опытный \Ул-Ю% 3 опытный \¥л=12%
Линейная плотность ленты, ктекс 3,57 4,16 3,57 4,16 3,57 4,16 3,57 • 4,16
Усилие дискретизации, сН 28,5 35,4 29,7 37,8 30,8 37,3 31,5 41,8
Влажность мычки, % 5,4 5,5 7,6 7,8 9.3 9,6 11 10,7
Укорочение средней длины волокон, % 19,72 21,2 17,4 18,6 12,42 14,7 12,1 14,8
Коэф. относительной параллелизации в мычке, % 50 49 52,7 50,4 53,5 52,5 53 54,5.
Коэф. относительной параллелизации в ленте, % 67 65 68 71 70 69 71 73
Распрямленносгь волокон в ленте, % 79 78 80,3 79,5 80,5 81,4 83 81,6
Распря мленность волокон в мычке, % 68,7 64 66,9 64,7 72,4 70,8 65,3 62,1
С целью определения влияния влажности питающей ленты, заправочной крутки и частоты вращения дискретизирующего барабанчика на физико-механические показатели пряжи и выявления наиболее значимых факторов был проведен полный факторный эксперимент.
Получены уравнения регрессии: У¡=10,09+0,63X/-0,24Хг, У2=13,79-0,46Х,+0,39Хз где X] - влажность питающей ленты, %;
Хз - заправочная крутка, кр/м;
К/ - удельная (относительная) разрывная нагрузка пряжи, сН/текс;
Уз - коэффициент вариации по разрывной нагрузке, %. Анализ экспериментальных исследований показал, что повышение влажности хлопковых волокон питающей ленты для пневмомеханического способа прядения до уровня 9 - 11 % является эффективным. В этом случае имеется возможность снижения заправочной крутки на машине, получения пряжи с более пологой круткой при хороших качественных показателях. Повышается производительность прядильной машины.
В четвертом разделе обосновывается возможность использования увлажнения волокнистого материала в среде водяного пара. Приводится математическое описание процесса увлажнения текстильного материала в среде водяного пара на основе общих характеристик системы: пористости текстильного материала, его теплоемкости в сухом состоянии, коэффициента взаимной диффузии паровоздушной смеси и некоторых других универсальных физических постоянных.
На основе математической модели кинетики увлажнения текстильного материала получено расчетное соотношение длительности пребывания волокнистой ленты до достижения заданного влагосодержания: