WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

Pages:   || 2 |

«ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ..6 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР..17 1.1. Теоретические исследования процессов разрыхления и очистки волокнистых ...»

-- [ Страница 1 ] --

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.…………………………………...6

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.....………………………………………..….17

1.1. Теоретические исследования процессов разрыхления

и очистки волокнистых материалов………………………………………18

1.2. Современные разрыхлители-очистители

для волокнистых материалов……………………………………………...25

1.3. Инерционно-аэродинамическая рассортировка

волокон и сорных примесей…………………………………………….…29

1.4. Способы и оборудование для получения (производства) многослойных текстильных материалов……………………………..…..31 1.4.1. Способы получения (производства) многослойных текстильных материалов………………………………...31 1.4.2. Оборудование для производства многослойных текстильных материалов……………………………..….34

1.5. Выводы по главе…………………………………………………….………37

2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

МНОГОСЛОЙНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ НА РАЗРАБОТАННОМ ОБОРУДОВАНИИ………….38

2.1. Способ получения многослойных волокнистых материалов и оборудование для его осуществления………….............38

2.2. Технологические процессы, влияющие на качество разделения на фракции волокнистого потока в камере распределения разработанного оборудования……………………………………..….…47

2.3. Разработка теории выравнивающей способности устройства для получения многослойных волокнистых материалов……………….…49

2.4. Динамика волокнистых комплексов в процессе их аэродинамического съема с зубьев вращающихся пильчатых барабанов……….54

2.5. Выводы по главе………………………………………………………….61

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ВОЗДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ РАЗРЫХЛИТЕЛЕЙОЧИСТИТЕЛЕЙ НА ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПЛЕКСЫ…………..…62

3.1. Теоретические исследования силы удара колка о волокнистый комплекс и математическая модель для ее расчета ……………….…..64

3.2. Методика расчета сил, действующих на волокнистый комплекс, находящийся на штифте на барабане разрыхлителя-очистителя………………………………………………...69

3.3. Вывод уравнения динамики движения волокнистого комплекса вдоль поверхности штифта на барабане разрыхлителя-очистителя.….79

3.4. Расчет сил, действующих на волокнистый комплекс на колосниковой решетке до момента удара колка…………………...80

3.5. Растаскивающая сила и математическая модель для ее расчета……………………………………………………...……..92

3.6. Выводы по главе…………………………………………………...……..94

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССА РАЗРЫХЛЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

В РАЗРЫХЛИТЕЛЯХ-ОЧИСТИТЕЛЯХ…………………………….…..96

4.1. Скорость витания волокнистых комплексов после обработки рабочими органами разрыхлителей-очистителей……..…..96

4.2. Моделирование аэродинамического поля в камере разрыхлителя UNIclean B11……….…………………………………....97

4.3. Математическая модель для расчета условия движения волокнистого комплекса по поверхности штифта на барабане разрыхлителя-очистителя……………………………….105

4.4. Алгоритм для расчета условия движения волокнистого комплекса по поверхности штифта UNIclean B11……………………………….…..109

4.5. Результаты расчета процесса разрыхления в зоне вывода волокнистого материала из камеры машины UNIclean B11...116

4.6. Исследование динамики волокнистых комплексов в разрыхлителе-очистителе CL-P ………………….





.…………………123 4.6.1. Вывод уравнения движения волокнистого комплекса по поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P …….…….123 4.6.2. Расчет условия движения волокнистого комплекса по поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P …..………126 4.6.3. Решение уравнения движения волокнистого комплекса по поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P...………..132 4.6.4. Расчет траекторий движения волокнистых комплексов в воздушных потоках в камере разрыхлителя-очистителя CL-P.…136

4.7. Выводы по главе………………………………………………………...148

5. РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

РАЗРАБОТАННОГО СПОСОБА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРЯЖИ, ОДНОСЛОЙНЫХ

И МНОГОСЛОЙНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ…...…………..150

5.1. Технологический процесс получения пряжи и межвенцового утеплителя………………………………..….150

5.2. Технологический процесс получения четырехслойного материала для наполнения одеял……………………………………...167

5.3. Технологический процесс получения нетканых многослойных армированных материалов………………..……..…...170

5.4. Выводы по главе………………………………………………………...178

6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ

ПОЛУЧЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ

МАТЕРИАЛОВ РАЗРАБОТАННЫМ СПОСОБОМ……………….…180

6.1. Технологический процесс получения нетканых многослойных армированных материалов (контрольный вариант)…… ……...........180

6.2. Технологический процесс получения нетканых многослойных армированных материалов (опытный вариант)…………… ……..…183

6.3. Технический эффект от организации технологической линии для получения нетканых многослойных армированных материалов разработанным способом.…………………………………186

6.4. Расчет экономических показателей контрольного варианта производства…………………………………………………..187

6.5. Расчет экономических показателей опытного варианта производства……………………………………………..…..190

6.6. Экономический эффект……………………………………………....…194

6.7. Выводы по главе………………………………………………………...195 ИТОГИ ВЫПОЛНЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ………………………...197

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………201 ПРИЛОЖЕНИЕ 1……………………………………………………………..217 ПРИЛОЖЕНИЕ 2……………………………………………………………..224 ПРИЛОЖЕНИЕ 3……………………………………………………………..240

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы. На сегодняшний день одним из самых перспективных в текстильной промышленности является производство нетканых многослойных материалов, в том числе, армированных.

Следует отметить развитие тенденций разработки технологий и способов получения нетканых многослойных материалов из различного сырья, что позволяет значительно расширить их ассортимент. Наибольшую актуальность имеют способы, которые позволяют получить различные комбинации слоев, отличающиеся по физико-механическим показателям, с различными наполнителями и армированием, благодаря чему нетканые многослойные материалы приобретают специфические свойства и могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства.

На основе анализа опыта работы отечественных и зарубежных фирм, занимающихся разработкой технологий и оборудования для производства нетканых многослойных материалов, установлено, что есть потребность расширения ассортимента используемых волокон, повышения однородности по составу и физико-механическим свойствам получаемых слоев, рациональности использования сырья, сокращения технологических переходов и снижения трудозатрат, расширения области применения нетканых многослойных материалов, в том числе, армированных, с улучшенными показателями качества.

Поэтому актуальной становится разработка нового способа и оборудования для получения многослойных волокнистых материалов для последующего их использование в технологических линиях получения нетканых многослойных волокнистых материалов, в том числе, армированных, в которых роль арматуры могут выполнять включаемые между волокнистыми слоями тканые, трикотажные и нетканые полотна.

Так, например, один из видов нетканого многослойного материала может быть использован в качестве заменителя сукна в производстве швейных изделий специального назначения:

костюмов сварщика, вачег, рукавиц и т.п.

Актуальным также является повышение эффективности подготовки полуфабриката для получения нетканых многослойных материалов, а именно: процессов разрыхления, очистки, съема и разделения на фракции волокнистого потока. Данные технологические процессы играют значительную роль в получении слоев однородных по физико-механическим показателям и толщине.

Степень научной разработанности темы. В технологическую линию получения нетканых многослойных материалов включено разработанное оборудование, обеспечивающее новый способ получения многослойных волокнистых материалов, который разработан на основе аэродинамического метода и имеет многоступенчатых характер, включая процессы питания, разрыхления, очистки, съема, разделения на фракции волокнистого потока до непосредственного формирования и сложения слоев с образованием многослойных настилов. Важную роль для качественного разделения волокнистого потока на фракции играют процессы разрыхления и очистки на разрыхлительно-очистительном оборудовании. Теоретических исследований этих технологических процессов в целом (как единой совокупности) не существует.

Отдельные его этапы остаются неизученными, а другие нуждаются в существенной доработке. Так отдельные аспекты теории процесса разрыхления на этапе ударного воздействия рабочих элементов на волокнистые комплексы нашли свое отражение в исследованиях отечественных и зарубежных ученых.

Однако, следует отметить, что углубленных трудов по теоретическому исследованию процесса разрыхления в целом недостаточно. Также отсутствуют теоретические исследования процесса разрыхления с точки зрения механики на всех его этапах. Кроме того, на современных разрыхлителях-очистителях не определены этапы процесса разрыхления волокнистой массы и не выделены их существенные признаки, отсутствуют построенные на законах механики математические модели каждого из этапов, необходимые для достаточно целостного представления о процессе разрыхления.

В литературных источниках не нашло отражение решение проблем равномерной подачи волокнистого материала в зону разрыхления, улучшения условий качественного съема волокон, эффективного разделения их на фракции с учетом скорости витания и распределения по зонам формирования отдельных слоев, однородных по физико-механическим показателям.

Цель работы заключается в повышении эффективности процессов разрыхления и разделения на фракции волокнистого потока для получения нетканых многослойных материалов.

Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

- разработаны новый способ получения многослойных волокнистых материалов и оборудование для его осуществления;

- получена математическая модель для проектирования толщины слоев волокнистого материала, формируемых на транспортерах с учетом физикомеханических свойств поступающей в зону питания волокнистой смеси, ее засоренности и неровноты;

- выполнено на основании законов механики математическое моделирование процесса движения волокон в камере распределения при их аэросъеме и движении в зону разделения на фракции на оборудовании, обеспечивающем разработанный способ получения многослойных волокнистых материалов;

- разработана математическая модель процесса ударного воздействия колка на волокнистый комплекс в разрыхлителях-очистителях и выведена аналитическая зависимость для расчета растаскивающей силы;

- выведены на основе законов механики и аэродинамики уравнения движения волокнистого комплекса вдоль поверхности колка или штифта барабанов разрыхлителей-очистителей и математические модели для расчета условия движения волокнистого комплекса вдоль поверхности колка или штифта на барабанах разрыхлителей-очистителей;

- разработаны алгоритмы для расчета граничных значений скоростей витания волокнистого комплекса вдоль поверхности колка или штифта разрыхлителей-очистителей, превышение которых обеспечивает движение волокнистого комплекса вдоль этих поверхностей, с дальнейшим сбросом с них;

- определено, что закрученный воздушный поток в камере разрыхлителя-очистителя также, как и колок, выполняет операцию перемещения волокнистого комплекса к колосниковой решетке; установлено, что при увеличении радиуса барабана уменьшается как угловой сектор, в котором происходит движение волокнистого комплекса после сброса с колка, так и время, за которое волокнистый комплекс достигает колосниковой решетки;

- определены и реализованы варианты использования разработанного способа получения многослойных волокнистых материалов и оборудования для его осуществления с целью получения пряжи, однослойных и многослойных нетканых материалов, в том числе армированных.

Объект исследования – новый способ получения однослойных и многослойных нетканых материалов, в том числе, армированных.

Предмет исследования – технологические процессы разрыхления, очистки, съема, разделения волокнистого потока на фракции, формирования волокнистых настилов и получения однослойных и многослойных нетканых материалов, в том числе, армированных.

Научная новизна диссертационной работы заключается в развитии теории технологических процессов разрыхления, съема и разделения на фракции волокнистого потока.

В рамках этих теоретических исследований впервые получены следующие научные результаты:

- разработана методика расчета выравнивающей способности зоны питания оборудования для получения волокнистых слоев с учетом геометрических параметров бункера, механических свойств поступающей смеси, ее засоренности и неровноты плотности поступающей в зону питания волокнистой составляющей смеси;

- на основании законов механики выведено дифференциальное уравнение движения волокнистых комплексов в камере распределения при их аэросъеме и движении в зону разделения на фракции в оборудовании, обеспечивающем разработанный способ получения многослойных волокнистых материалов;

- для повышения эффективности разделения волокнистого потока на фракции разработана методика определения и оптимизации углового размера дуги аэросъема на базе решения уравнения, которое связывает характеристики волокнистых комплексов, параметры гарнитуры, радиус и частоту вращения рабочего барабана со скоростью воздушного потока в аэросъемном канале;

- разработана математическая модель процесса ударного воздействия рабочих элементов (колков, штифтов) на волокнистый комплекс в разрыхлителях-очистителях;

- доказано, что сила удара колка о волокнистый комплекс практически пропорциональна квадрату радиуса барабана разрыхлителя-очистителя, и, следовательно, с увеличением радиуса барабана происходит интенсификация процесса очистки;

- на основании законов механики и аэродинамики разработана методика расчета сил, действующих на волокнистый комплекс на штифте барабана разрыхлителя-очистителя, и выведено уравнение движения волокнистого комплекса вдоль поверхности штифта;

- выведены уравнения механики волокнистого комплекса в зоне колосниковых решеток разрыхлителя-очистителя с учетом растаскивающей силы, а также разработана математическая модель для ее расчета;

- разработаны математическая модель и алгоритм для расчета условия движения волокнистого комплекса вдоль поверхности штифта для разрыхлителя-очистителя UNIclean B11;

- выполнен расчет процесса разрыхления волокнистого материала и определены технологические условия вывода его из камеры разрыхлителяочистителя UNIclean B11;

- выведено уравнение движения волокнистого комплекса вдоль поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P, получены аналитические зависимости для расчета величин перемещения и скорости волокнистого комплекса вдоль поверхности колка;

- установлено, что колок разрыхлителя-очистителя CL-P, кроме ударного воздействия на волокнистый комплекс, выполняет и технологическую функцию, заключающуюся в том, что после удара колка волокнистый комплекс совершает движение вдоль его поверхности в направлении колосниковой решетки;

- определено, что волокнистый комплекс при сбросе с колка разрыхлителя-очистителя CL-P приобретает не только окружную, но и радиальную скорость;

- разработана методика расчета траекторий движения волокнистого комплекса в воздушных потоках в камере разрыхлителя-очистителя CL-P;

- установлено, что при увеличении радиуса барабана уменьшается как угловой сектор, в котором происходит движение волокнистого комплекса после сброса с колка, так и время, за которое волокнистый комплекс достигает колосниковой решетки.

Новизна разработанных технических решений защищена патентами на полезные модели № 111141 РФ (опубл. 10.12.2011), № 119344 РФ (опубл.

20.08.2012) и патентом № 2471897 РФ (опубл. 10.01.2013).

Теоретическая значимость работы заключается в применении методов механики и аэродинамики к комплексному моделированию процесса разрыхления волокнистого материала и в получении на этой основе математических моделей всех этапов обработки волокнистого материала в разрыхлителях-очистителях, в разработке теоретических основ процесса выравнивания линейной плотности волокнистых слоев на разработанном оборудовании, в развитии теории аэродинамического съема волокнистых комплексов с зубьев гарнитуры вращающегося пильчатого барабана и направлении их в зону разделения по фракциям с последующим формированием волокнистых слоев.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны способ и оборудование для получения многослойных волокнистых материалов. Благодаря использованию в технологических линиях разработанного оборудования для получения многослойных волокнистых материалов была создана возможность одновременного использования каждого из полученных волокнистых слоев, как для изготовления пряжи разной линейной плотности, так и для изготовления однослойных и многослойных нетканых материалов, в том числе, армированных.

Практическая реализация работы осуществлялась на ООО «Интер», ООО «К-ТЕКС», ООО «ТК ГАМТЕКС», ООО «ЛИТЕКС», ООО «СпецПошив-Иванов», ООО «ИСКРА», ООО «ПК «ИВСПЕЦПОШИВ».

Из нетканого многослойного материала «под сукно», полученного с использованием в технологической линии разработанного оборудования, обеспечивающего реализацию нового способа получения многослойного волокнистого материала, пошита партия костюмов сварщика, рукавиц и вачег с последующей их реализацией.

Физико-механические и потребительские показатели полученного в производственных условиях нетканого многослойного материала «под сукно» доказали его конкурентоспособность в сравнении с традиционным текстильным материалом (сукном). Кроме того, внедрение в производство разработанных способа и оборудования для получения многослойного волокнистого материала сокращает количество оборудования в технологической линии, что упрощает обслуживание технологической линии и улучшает экономические показатели производства.

Отдельные результаты внедрены в учебный процесс ИВГПУ в виде лабораторных работ, предназначенных для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Материаловедение и технология новых материалов», а также при выполнении курсовых, дипломных проектов и в научноисследовательской работе студентов. Кроме того, полученные результаты работы используются в лекционном материале для аспирантов по курсу «Технологические машины и оборудование текстильной и легкой промышленности».

Также, результаты работы могут быть использованы при модернизации действующего современного оборудования зарубежных фирм и при разработке нового текстильного оборудования.

Методология и методы диссертационного исследования.

В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, аналитической геометрии, теории обыкновенных дифференциальных уравнений, численные методы прикладной математики. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном и действующем производственном оборудовании с использованием стандартных методик и современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена на ЭВМ с применением современного математического программного пакета Mathcad.

Положения, выносимые на защиту:

- способ и оборудование для получения многослойных волокнистых материалов;

- методика расчета выравнивающей способности зоны питания оборудования для получения многослойных волокнистых материалов с учетом геометрических параметров бункера, механических свойств поступающей смеси, засоренности продукта и неровноты плотности поступающей в зону питания волокнистой составляющей смеси;

- дифференциальное уравнение движения волокнистых комплексов в камере распределения при их аэросъеме и движении в зону разделения на фракции в оборудовании, обеспечивающем разработанный способ получения многослойных волокнистых материалов;

- методика определения углового размера дуги аэросъема на базе решения уравнения, которое связывает характеристики волокнистых комплексов, параметры гарнитуры, радиус и частоту вращения пильчатого барабана со скоростью воздушного потока в аэросъемном канале;

- математическая модель процесса ударного воздействия рабочих элементов (колки, штифты) на волокнистый комплекс в разрыхлителяхочистителях;

- методика расчета сил, действующих на волокнистый комплекс на штифте барабана разрыхлителя-очистителя, и уравнение движения волокнистого комплекса вдоль поверхности штифта;

- уравнение механики волокнистого комплекса в зоне колосниковых решеток разрыхлителя-очистителя с учетом растаскивающей силы, а также математическая модель для расчета последней;

- математическая модель и алгоритм для расчета условия движения волокнистого комплекса вдоль поверхности штифта для разрыхлителяочистителя UNIclean B11;

- уравнение движения волокнистого комплекса вдоль поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P и аналитические зависимости для расчета величин перемещения и скорости волокнистого комплекса вдоль поверхности колка;

- методика расчета траекторий движения волокнистого комплекса в воздушных потоках в камере разрыхлителя-очистителя CL-P.

Степень достоверности и апробация результатов. Математические модели технологических объектов разрабатывались на основе законов механики и аэродинамики. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами теории вероятностей и математической статистики.

Материалы по теме диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку:

– на международных научно-технических конференциях: ПрогрессSMARTEX-2015 (ИВГПУ, Иваново); «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (МГТУ, Москва, 2010, 2011 гг.);

«Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2015 г.);

- на всероссийских научно-технических конференциях: «Инновации молодежной науки» (СПГУТД, Санкт-Петербург, 2011, 2015 гг.); «Получение и модифицирование синтетических волокон и нитей для инновационных материалов, композитов и изделий» (Плес, Ивановская обл., 2015 г.);

– на межвузовских научно-технических конференциях: Поиск-2011, 2014, 2015 (ИГТА, ИВГПУ, Иваново); «Студенты и молодые ученые КГТУ производству» (КГТУ, Кострома, 2011, 2014 гг.);

и отмечены грантом, дипломами и грамотами:

- 2011 г. дипломом за активное участие в научно-исследовательской работе и на межвузовских научно-технических конференциях «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2011)». – ИГТА, Иваново, 2011 г.;

- 2013 г. грамотой за особые успехи в научно-исследовательской работе. – ИВГПУ, Иваново, 2013 г.;

- 2014 г. дипломом за лучший доклад на межвузовской научнотехнической конференции «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2014)». – ИВГПУ, Иваново, 2014 г.;

- 2014 г. дипломом лауреата регионального инновационного конвента молодых ученых «Интеграция» в номинации «Текстильная промышленность». – ИвГУ, Иваново, 2014 г.;

- 2014 г. грантом победителя конкурса грантов ректора ИВГПУ;

- 2015 г. дипломом за лучший доклад на межвузовской научнотехнической конференции «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2015)». – ИВГПУ, Иваново, 2015 г.;

- 2015 г. грамотой за лучший стендовый доклад, дипломом и памятными подарками за активное участие во всероссийской научно-практической конференции «Получение и модифицирование синтетических волокон и нитей для инновационных материалов, композитов и изделий». – Плес, Ивановская обл., 2015 г.

Личный вклад автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Автору принадлежат: постановка задач, выбор методов и направлений исследований, обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы по диссертации. Выбор и разработка методик теоретического и экспериментального исследований механики волокнистых материалов при подготовке и получении нетканых многослойных материалов выполнены автором при участии научного руководителя и соавторов. Результаты производственных исследований и экономических расчетов принадлежат автору.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 28 печатных работах, в их числе 7 статей, 5 из которых в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», рекомендуемом ВАК РФ для изложения основных научных результатов диссертации, патент на изобретение, два патента на полезную модель и 18 тезисов в сборниках материалов научно-технических конференций различного уровня. Доля соискателя от 30 до 70 %.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 247 страницах печатного текста, состоит из введения, 6 глав, итогов выполненного исследования и перспектив дальнейшей разработки темы, библиографического списка из 137 наименований, содержит 14 таблиц и 50 рисунков. В диссертации 3 приложения на 29 страницах.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Производство новых нетканых материалов развивается бурными темпами во всех странах Западной Европы, Северной Америки, Японии, Китая и других странах. В последнее время в России производство новых нетканых материалов так же значительно возросло. Все большее значение в конкурентной борьбе приобретают экономичность в сочетании с рациональным подходом к организации производства, а также выпуск высококачественной продукции по доступным ценам с одновременной автоматизацией технологических процессов.

К числу преимуществ производства новых текстильных материалов перед производством традиционной текстильной продукции относятся:

- выработка из текстильного сырья бытовых и технических изделий на оборудовании с высокой производительностью, во много раз превышающей производительность оборудования, принимаемого в классических системах;

- сокращение производственного цикла;

- значительное повышение производительности труда;

- эффективная замена ассортимента традиционной текстильной продукции ассортиментом новых текстильных материалов с перспективой его расширения, со снижением себестоимости и более рациональным использованием натурального сырья и отходов текстильного производства;

- расширение производства с использованием минимальных производственных площадей и с меньшими затратами на капитальное строительство новых;

- переработка натуральных и химических волокон и нитей всех видов в высококачественные изделия с высоким выходом готовой продукции.

Для получения новых нетканых многослойных волокнистых материалов, в том числе, армированных, необходимо осуществить определенные технологические процессы подготовки полуфабриката: разрыхления, очистки, съема, смешивания и т.д.

1.1. Теоретические исследования процессов разрыхления и очистки волокнистых материалов Так как, волокнистый материал поступает на предприятия в кипах, то он нуждается в хорошей степени разрыхления и очистки. В процессе разрыхления происходит уменьшение объемной массы волокнистого материала вплоть до разделения его на мелкие клочки и отдельные волокна [1…3]. Технологический процесс тщательного разрыхления волокнистой массы необходим для обеспечения возможности очистки волокнистого материала от непрядомых примесей, чесания, лучшего смешивания всех компонентов волокнистой смеси [4…10].

Для разрыхления волокнистых материалов применяют методы расщипывания волокнистой массы на отдельные клочки, нанесения ударных воздействий по волокнистому материалу с целью разрыхления последнего, аэродинамического воздействия на волокнистый материал, комбинированный способ воздействия на волокнистый материал и т.д.

В случаях, когда рабочий орган машины, покрытый гарнитурой, имеет сравнительно большую скорость, элементы его гарнитуры, кроме захвата волокнистого материала и расщипывания его, производят на него ударное воздействие. Такие удары по волокнистой массе, содействуя эффекту расщипывания, имеют и самостоятельное значение в ее разрыхлении: они производят сильное встряхивание, большие перемещения и сдвиги волокон друг относительно друга. В результате этого ослабляются связи между волокнами, вследствие чего крупные клочки распадаются на более мелкие. Упругость волокон заставляет их располагаться более свободно и занимать больший объем, вследствие чего уменьшается объемная масса волокнистого материала[1…8].

При разрыхлении волокнистого материала различают следующие ударные воздействия на него: удар рабочих элементов вращающегося барабана машины по свободно движущимся клочкам волокнистой массы, удар клочков о неподвижные рабочие поверхности и удар рабочих элементов вращающегося барабана машины по некоторым участкам бородки, выступающей из зажима, подающего слой в зону разрыхления.

Ударное воздействие наряду с расщипыванием является эффективным методом разрыхления. При разрыхлении волокнистого материала разрушаются контакты между волокнами и преодолеваются силы цепкости и трения при разделении волокнистой массы на клочки. Для этого необходимо приложить силу, т.к. волокнистый материал оказывает сопротивление разрыхлению, величина которого может изменяться в зависимости от действия ряда факторов.

Изменение величины сопротивления может привести к таким последствиям: оно может сказаться на эффективности разрыхления, то есть материал будет выходить из машины с большей или меньшей объемной массой, с большей или меньшей средней массой клочков, оно может сказаться на продолжительности нахождения материала в машине. Так, например, в питателе-смесителе, пласты хлопка поднимаются игольчатой наклонной решеткой к разравнивающей игольчатой решетке, иглы которой движутся навстречу иглам наклонной игольчатой решетки и при этом встречном движении расщипывают волокнистый материал [1…8].

От степени сопротивления волокнистого материала разрыхлению зависит размер клочков, на которые он распадается при таком воздействии. Если волокнистый материал разрыхляется легко, т.е. при той же интенсивности воздействия он разделяется на более мелкие клочки, а объемная масса клочков уменьшается значительнее, то разрыхление будет происходить более эффективно и разделенный на мелкие клочки волокнистый материал будет быстрее выходить из машины. Если же волокнистый материал разрыхляется с трудом и оказывает разрыхлению большее сопротивление, то при той же интенсивности воздействия он будет с трудом распадаться на мелкие клочки и в большем количестве будет отброшен обратно в камеру машины. Трудно разрыхляемый волокнистый материал будет неоднократно подниматься наклонной игольчатой решеткой вверх к разравнивающей решетке и снова отбрасываться обратно в камеру. В результате продолжительность нахождения волокнистого материала в камере машины увеличится.

Однако в этом случае, несмотря на более длительное пребывание в камере машины, степень разрыхленности волокнистого материала на выходе из нее будет хуже, чем когда волокнистый материал разрыхляется легко.

Изменение степени разрыхленности волокнистого материала и производительности машины являются источниками возникновения неровноты полуфабрикатов прядения и пряжи.

Сопротивление волокнистого материала разрыхлению зависит от ряда факторов: плотность прессования и величина клочков (чем больше объемная масса волокнистого материала и чем крупнее поступающие в машину пласты или клочки его, тем больше усилий требуется, чтобы его разделить), влажность волокнистого материала (при увеличении влажности волокнистого материала сопротивление разрыхлению возрастает), длина волокон и другие свойства (для разрыхления волокнистого материала необходимо преодолеть сопротивление волокон растаскиванию больших клочков на более мелкие, это сопротивление тем больше, чем больше длина волокон, чем они тоньше, чем шероховатее их поверхность, чем спутаннее они).

Для успешного разрыхления волокнистого материала большое значение имеет также степень его зрелости. Волокна зрелого хлопка имеют более толстые стенки, величина силы упругости в них больше, они производят большее давление на соседние волокна и поэтому в большей мере содействуют разрыхлению. Волокна же незрелого хлопка неупруги, и поэтому незрелый хлопок разрыхляется труднее.

На интенсивность разрыхления влияют тип и размеры органов разрыхления и их гарнитура, разводка рабочих органов, скоростной режим, степень наполнения камеры машины.

В работе [8] рассмотрены три вида рабочих органов: колковый (ножевой) барабан, планочное трепало (барабан с планками), игольчатый барабан (барабан с игольчатыми планками). Определена вероятность попадания клочков хлопка под удар ножевого (колкового) барабана, а также вероятность попадания клочка под удар трепала. Приводится анализ сил, действующих на волокнистый материал в рабочей камере разрыхлителей-очистителей.

Представлено движение клочка по колосниковой решетке под действием рабочего органа для случая, когда центр масс клочка расположен между кончиком ножа и колосниками, и для случая, когда клочок совершает вращательное движения относительно своего центр масс, закатывается и зажгучивается. Кроме того, отмечено, что клочок волокнистого материала может выполнять самостоятельное движение по колосниковой решетке [8].

Процесс разрыхления сопровождается выделением сорных примесей и пыли. Очищающая способность разрыхлителя, как отмечают авторы [2,3], зависит от работы рабочего барабана, причем увеличение количества колков или ножей на поверхности барабана не приводит к повышению очистительной способности. По данным автора [2,3] в разрыхлителе возникают две силы: сила трения и центробежная сила, которые в свою очередь создают равнодействующую силу, благодаря которой отдельные соринки и жесткие примеси, приобретая инерцию, стремятся вылететь через колосники.

Профессор Севостьянов А.Г. вывел уравнения момента инерции ударяющего органа при свободном движении клочка волокнистой массы в разрыхлителе, а также импульса силы удара в случае удара клочков о неподвижные поверхности, например, о колосниковую решетку [5,11].

В работе [11] автор, опираясь на результаты [5], рассматривает процесс разработки бородки и процесс движения волокнистого комплекса по колосниковой решетке. Отметим, что автор [11] рассматривает процесс движения волокнистого комплекса по колосниковой решетке как процесс кручения волокнистого комплекса. При этом не отражается механизм растаскивания волокнистого комплекса по колосниковой решетке, не учитывается, что помимо кручения волокнистого комплекса, происходит еще воздействие на волокнистый комплекс колосниковой решетки как периодической структуры, т.е. волокнистый комплекс на колосниковой решетке периодически испытывает удары.

При выводе уравнений нахождения волокнистого клочка у колосниковой решетки поверхность колосниковой решетки В.И. Будников и А.В. Севостьянов принимали как абсолютную гладкую, причем не учитывались силы, возникающие в момент удара клочка о переднюю грань колосников [3,5,11].

В действительности же колосники установлены так, что при встрече клочка, движущегося с определенной скоростью, с передней гранью колосника возникают силы, стремящиеся остановить движение клочка по линии контакта поверхности клочка с передней гранью колосника. При этом возникают импульсные реакции (реакции наложенных связей) и клочок стремится повернуться относительно центра тяжести по направлению движения, в результате чего может произойти его закатывание [11].

В работах [12…17] отмечается, что при разрыхлении и очистке волокнистых материалов особое значение приобретает механизм соровыделения в волокноочистителе, так как он является сложным процессом взаимодействия волокна с колосниковой решеткой.

Авторами работ [14] представлена модель взаимодействия волокна с колосниковой решеткой в зоне за первым колосником, разработана методика определения шага расстановки колосников. Определена величина шага расстановки колосников для одноступенчатой прямоточной волокноочистительной машины.

Как отмечают авторы [12], колосниковая решетка является одним из наиболее важных элементов очистительной секции. При совместной работе с рабочим барабаном колосниковая решетка способствует выделению из волокнистого материала сорных примесей и пороков.

При проектировании колосниковых решеток стремятся получить максимальную очистительную способность машины при минимальном выходе в угар и порче прядомого волокна. Для того, чтобы лучше понять сущность происходящих при очистке явлений (механизм соровыделения), необходимо подробно исследовать сложный процесс взаимодействия волокна с колосником. В работе [12] рассмотрен случай взаимодействия волокон с колосником треугольного профиля.

Подобные вопросы были затронуты в работах [12…20]. В работе [12] предполагалось создать теоретические предпосылки для разработки колосниковой решетки с регулируемыми параметрами. В результате была разработана математическая модель взаимодействия пряди волокна с колосником треугольного профиля, которая описывает процесс взаимодействия пряди волокна с элементом колосниковой решетки. Представлена методика расчета основных кинетостатических параметров процесса. Так же в работе [12] предложена методика, позволяющая оценить силы натяжения, действующие на элементы пряди волокна, при различных технологических и конструктивных характеристиках очистительной секции.

Дальнейшее развитие теории процессов разрыхления и очитки было получено в работах [21…24], где рассматривались взаимодействие волокнистых материалов с пильчатой гарнитурой рабочих барабанов с использованием законов механики и аэродинамики.

В работе [21] предложена и реализована новая концепция процесса очистки волокнистых продуктов при обработке их пильчатой гарнитурой, предусматривающая уточненную модель взаимодействия сорной частицы с зубом гарнитуры, учитывающую возможность проникновения сорной частицы в межвитковое пространство. Теоретически обоснованы и разработаны аналитические методы расчета динамики ударного воздействия зуба пильчатой гарнитуры на сорную частицу, а также проведено математическое моделирование процесса выделения сора из волокнистого продукта при обработке пильчатой поверхностью. Получены аналитические зависимости для расчета траекторий движения сорных частиц в межвитковом пространстве, в том числе и конечные формулы для определения положения сорных частиц после их взаимодействия с зубом пильчатой гарнитуры и т.д.

В работе [22] усовершенствована теория механики клочков волокон на зубе гарнитуры пильчатого барабана. Впервые клочок волокон рассматривался как протяженное тело, имеющее центр массы, а также учитывалось влияние на него упругих сил со стороны соседних волокон и волокнистых клочков. Определена взаимосвязь между геометрическими и кинематическими параметрами рабочих органов, обеспечивающими процессы удержания на пильчатой поверхности клочков волокон и их аэросъема. Проведены теоретические исследования процесса движения клочков волокон по рабочей поверхности зуба гарнитуры пильчатого барабана. Выполнено математическое моделирование процесса аэродинамического съема клочков волокон с зуба гарнитуры пильчатого барабана.

В работе [23] усовершенствована теория процесса волокноперехода между пильчатыми поверхностями вращающихся барабанов, которая базируется на законе сохранения массы и методах теории подобия. Впервые проведены теоретические исследования процесса одностороннего волокноперехода между пильчатыми гарнитурами двух вращающихся барабанов.

В работе [24] разработан разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, повышающий эффективность процессов разрыхления и очистки волокнистых материалов, обеспечивающий равномерное питание последующих машин и повышение качества полуфабриката и пряжи. Для оптимизации технологического процесса, протекающего на разработанном разрыхлителеочистителе с многоступенчатой очисткой, были использованы полученные аналитические зависимости связывающие характеристики волокнистой смеси с геометрическими параметрами оборудования.

Однако, в выше упомянутых работах не были рассмотрены:

- процесс ударного воздействия рабочих элементов, таких как колок или штифт рабочего барабана на волокнистый комплекс в разрыхлителяхочистителях;

- процесс движения по поверхности рабочих элементов барабана волокнистых комплексов;

- процесс сброса волокнистых комплексов с поверхности рабочих элементов барабана.

Также в выше упомянутых работах в недостаточной мере исследована механика волокнистого комплекса в зоне колосниковых решеток, т.к. не учитывалась растаскивающая сила.

В связи с этим нами была поставлена задача теоретического исследования процесса ударного воздействия рабочих элементов барабана на волокнистый комплекс в современных разрыхлителях-очистителях, процесса движения по поверхности рабочих элементов барабана волокнистых комплексов, а также их сброс. Кроме того, была поставлена задача теоретического исследования растаскивающей силы с учетом воздействия на волокнистый комплекс колосниковой решетки как периодической структуры, периодически воздействующей силой на волокнистый комплекс. Эта периодически воздействующая сила должна рассматриваться вместе с другими силами, в совокупности действующими на волокнистый комплекс в рабочей зоне колосниковой решетки.

1.2. Современные разрыхлители-очистители для волокнистых материалов Постепенное, бережное и эффективное разрыхление волокнистого материала является основным требованием к современным разрыхлителямочистителям, а также непременным условием качественной очистки волокнистого материала от сорных примесей и получения равномерного волокнистого полуфабриката и, в конечном итоге, высококачественной текстильной продукции.

Кроме того, при разработке современного разрыхлителя-очистителя большое внимание уделяется гибкости перенастройки оборудования связанной с изменяющимися свойствами сырья и надежности, которая позволяет предприятиям эксплуатировать оборудование с высоким КПД, используя минимальное количество машин в технологической линии [25-29].

Как известно, разрыхление и очистка волокна производятся в свободном и в зажатом состоянии. Среди машин, обрабатывающих волокно в свободном состоянии, наиболее часто используются разрыхлители-очистители фирм Rieter (Швецария), Truetzschler, Schubert & Salzer Ingolstadt, Hergeth Hollingsworth (Германия), Marzoli (Италия), АО «Кузтекстильмаш», ОАО «Вниилтекмаш» (Россия), China Tektilemachinery CO.LTD и т.д.

Так фирма Truetzschler выпускает следующие современные модели разрыхлителей-очистителей для разного применения: очиститель модели СL-Р для предварительной очистки волокнистого материала, однобарабанный очиститель модели СL-С1 для переработки тонковолокнистого хлопка, универсальный трехбарабанный очиститель модели СL-СЗ, четырехбарабанный очиститель модели СL-С4, заменяющий от 3 до 4 обычных очистителей, и очиститель для хлопчатобумажных отходов модели CL-R [25…31 ].

Основными рабочими органами разрыхлителей-очистителей являются колковые, штифтовые, игольчатые и пильчатые барабаны, под которыми установлены колосниковые решетки. Положение колосниковых решеток по отношению к рабочим барабанам можно регулировать. За счет этого достигается регулировка количества выделяющихся на машине отходов.

Колковый разрыхлитель-очиститель модели СL-Р предназначен для интенсивной предварительной очистки сильно засоренного хлопка, устанавливается перед машинами для основной очистки волокнистого материала или непосредственно перед смесовыми машинами. Подача волокнистого материала в машину модели СL-Р всегда осуществляется пневматически через смонтированный в ее верхней части конденсор.

Универсальный трехбарабанный разрыхлитель-очиститель СLEANOMAT модели СL-СЗ может быть использован в качестве единственной очистительной машины и в составе коротких производственных линий при переработке хлопка со средней засоренностью. В комбинации с колковым разрыхлителем-очистителем модели СL-Р для предварительной очистки он обеспечивает возможность переработки хлопка практически любого качества.

Особенностью четырехбарабанного разрыхлителя-очистителя СLEANOMAT модели СL-С4 является возможность последовательной установки четырех разрыхлительных барабана: первый барабан - колковый, остальные - обтянуты жесткой пильчатой гарнитурой с разным шагом зубьев, толщиной основания гарнитуры и высотой зубьев и угла наклона последних.

На разрыхлителе-очистителе имеется пять зон очистки, он обладает максимальной очистительной способностью и может заменить целый очистительноразрыхлительный агрегат, состоящий из трех или четырех отдельных разрыхлителя-очистителя. Скорость вращения барабанов от первого к последнему и плотность зубьев их гарнитуры постепенно увеличиваются. Это позволяет обеспечить максимальную эффективность разрыхления и очистки волокнистого материала без излишнего перенапряжения волокон. Устройства для очистки волокнистых материалов, состоящие из заслонки, сороотбойного ножа и вытяжного канала, установленных в отдельных зонах очистки, регулируются независимо друг от друга, что обеспечивает возможность достижения максимального эффекта очистки. Регулировка параметров устройств для очистки волокнистых материалов может осуществляться в процессе работы машины. Количество отсасываемого от разрыхлителя-очистителя воздуха корректируется в соответствии с его производительностью. Высокая производитель очистителя (до 800 кг/ч) достигнута за счет оптимального конструктивного исполнения всех рабочих органов, влияющих на качество обработки волокнистого материала. Разрыхлитель-очиститель СLEANOMAT модели СL-С4 может быть использован как в качестве единственной разрыхлительно-очистительной машины, так и в комбинации с разрыхлителемочистителем модели СL-Р для предварительной очистки хлопка [25…31 ].

Разрыхлители-очистители фирмы Rieter отличаются большой эффективностью и малыми размерами. Ранее рабочие барабаны разрыхлителейочистителей этой марки были колковыми, например, мод. В4/1. В последние годы основной машиной для разрыхления и очистки волокнистых материалов фирмы Rieter является разрыхлители-очистители UNIclean B11 и UNIclean B12, рабочими элементами барабанов являются штифты. Разрыхлители-очистители устанавливаются в разрыхлительно-очистительном агрегате сразу после автоматического кипоразрыхлителя [25…29, 32,33].

Особенно эффективны разрыхлители-очистители UNIclean B11 и UNIclean B12 для разрыхления и обеспыливания хлопка, льна и отходов прядильного производства. Волокно поступает в разрыхлитель-очиститель по патрубку и разрыхляется в свободном состоянии штифтами рабочего барабана. Сорные примеси выделяются через отверстия в колосниковой решетке, затем через шлюзовой затвор отводятся по патрубку в систему удаления отходов. Пыль, выделенная из волокна во время разрыхления, осаждается на сетчатых фильтрах, а технологический воздух удаляется через патрубок. Разрыхленное и очищенное волокно выводится из разрыхлителя-очистителя через отдельный патрубок. Небольшой размер разрыхляющего элемента штифта - обеспечивает разрыхление волокнистого материала на очень мелкие клочки, что способствует более эффективной обработке материала на следующей машине - пильчатом разрыхлителе-очистителе UNIflex B60. В зависимости от вида и засоренности поступающего волокнистого материала оптимизация работы разрыхлителей-очистителей осуществляется автоматизированной системой Vario Set путем изменения угла расположения колосников и частоты вращения рабочих барабанов. Выделение прядомых волокон в отходы на разрыхлителях-очистителях UNIclean B11 и UNIclean B12 на 2% ниже, чем на машинах с колковыми барабанами, а их производительность достигает 1200 кг/ч. [25…29, 32,33].

Фирма Marzoli также выпускает современные разрыхлители-очистители.

Особый интерес представляют разрыхлители-очистители мод. B 31 и мод. B

39. Разрыхлитель-очиститель мод. B 39 выполнен со смещенными колковыми барабанами. Волокно в процессе разрыхления и очистки проходит по спирали вокруг первого колкового барабана и затем переходит к следующему колковому барабану, вращающемуся быстрее, также огибая его по спирали. Таким образом, волокно дольше взаимодействует с колками барабанов, что улучшает степень разрыхления и очистки волокнистых материалов. Кроме этого, волокно меньше зажгучивается, поскольку не подвергается одновременному воздействию колков с двух сторон. Сорные примеси проваливаются сквозь колосниковую решетку в угарную камеру и удаляются через шлюзовой затвор пневмосистемой. Производительность машины до 1250 кг/ч. [10, 34].

1.3. Инерционно-аэродинамическая рассортировка волокон и сорных примесей Инерционно-аэродинамическая рассортировка волокон и сорных примесей известна и давно используется при отделении ости и пуха при производстве кашмирской шерсти. Промытая кашмирская шерсть подается на чесальную машину и после разрыхления выдувается через аэродинамическую трубу определенной длины и высоты [35]. При этом толстая ость разбрасывается ближе, а тонкий, легкий пух дальше. В этом и состоит примитивный метод отделения ости от пуха. Однако, данный способ имеет низкую производительность, недостаточное отделение ости от пуха и другие отрицательные стороны. Поэтому данный метод постепенно механизировали. Принцип работы нового оборудования, обеспечивающего инерционно-аэродинамическую рассортировку волокон и отделение ости, заключается в том, что мягкие, гибкие и извитые волокна постепенно перемешаются вперед, а жесткие и прямолинейные волокна (ость) падают под машины, т.е. создается из-за весовой разницы между волокнами разность в скорости перехода между волокнами от одного вала к другому.

Инерционно-аэродинамическая рассортировка волокон и сорных примесей также применяется в технологическом процессе рассортировки регенерированных волокон для получения однородных элементарных волокон по соответствующим группам. Этот метод достаточно упрощенный и заключается в том, что с последнего разволокняющего рабочего органа в виде вращающегося барабана в поточной линии волокно под действием центробежной силы отделяется от рабочего барабана и вместе с воздушным потоком поступает в плоское сопло, поднятое над горизонтальной плоскостью на определенную высоту, над которой распространяется струя воздушноволокнистой смеси [35…38]. Общая плоскость была разделена на отдельные секции, на каждом отделителе установлено аэродинамическое сопло с поступающим воздухом, способствующим вместе с механическим воздействием поворотных отделителей концентрации волокна по определенным свойствам в отдельные секции: неразработанные комплексы из волокон, короткие и поврежденные волокна, прядомые волокна.

Рассортированные по секциям регенерированные волокна отличаются по массе. Выявлено, что разнородные в общей массе по физикомеханическим свойствам регенерированные волокна после рассортировки в каждой из секций достаточно стабильны по длине [35…38].

Некоторые технологические процессы подготовки волокон, в том числе в прядильном производстве, связаны с движением волокнистого материала во вращающихся воздушных потоках вблизи поверхности рабочих барабанов, обтянутых гарнитурой. Условия движения волокнистого материала во вращающихся воздушных потоках таковы, что возможна сепарация волокнистого материала с выделением сорных примесей, кожицы с волокном и др.[39,40].

В работах [39,40] рассмотрены факторы, способствующие инерционноаэродинамической рассортировке волокон на примере сепарации частиц в воздушном потоке вблизи вращающихся поверхностей рабочих барабанов.

Автор предположил, что условное тело (сорные примеси, кожица, узелки, группа волокон, одиночное волокно и т.д.) находится во вращательном движении вблизи дискретизирующего барабанчика в момент отделения первого от гарнитуры. Основными действующими на тело силами являются центробежная сила инерции и аэродинамическая сила. Автор отметил, что аэродинамическая сила возникает в результате воздействия на тело воздушного потока, сопутствующего вращению дискретизирующего барабанчика и стремящегося переместить волокнистый материал по касательной к окружности.

Возникающая при этом центробежная сила направлена по нормали к мгновенной траектории тела (сорные примеси, кожица, узелки, группа волокон, одиночное волокно и т.д.). В итоге тело под действием этих двух сил движется по некоторой кривой.

При изучении движения волокон, сорных частиц и других составляющих волокнистой пыли часто используется величина, называемая скоростью витания, которая определяется из условия равномерного падения тела в неподвижной воздушной среде. Автором установлено, что соотношение основных действующих сил пропорционально квадрату скорости витания тела. Таким образом, траектория движения тела формируется как функция скорости витания.

Основу реализации способа инерционно-аэродинамической рассортировки регенерированных волокон составляет следующее положение: траектории тел зависят от скорости их витания и не зависят от скорости вращения рабочего барабана.

Используя разницу скоростей витания и, соответственно, траекторий полета тел, можно производить инерционно-аэродинамическую рассортировку волокнистого материала [39,40].

–  –  –

В настоящее время наметилась тенденция к разработке и совершенствованию способов получения многослойных текстильных материалов из различного сырья, что позволяет значительно расширить ассортимент многослойных текстильных материалов. Наибольшую актуальность имеют способы, которых позволяют получить различные комбинации слоев по сырьевому составу с различными наполнителями и армированием, благодаря чему они приобретают специфические свойства и могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства.

Известен способ для получения слоистого материала «несостаренная»

пленка - «несостаренное» нетканое полотно, в котором пленку и нетканое полотно формируют одновременно и далее в непрерывном процессе обработки образуют слоистый материал. В таком способе пленку получают в поточном процессе, в то же время формируется нетканое полотно, при этом вновь образуемую пленку сразу после ее образования ламинируют на нетканое полотно [41].

Недостатком данного способа является то, что для получения слоистого материала используют рулоны нетканого материала, полученного на отдельной поточной линии известными способами, отличающимися высокой себестоимостью и трудоемкостью.

Известен способ для получения многослойного волокнистого материала в производстве нетканых полотен, заключающийся в том, что чесание и формирование двух волокнистых слоев осуществляют на двух чесальных аппаратах, расположенных друг за другом, затем холсты поступают на конвейер, где происходит их сложение и уплотнение, после чего полученный полуфабрикат направляют на преобразователь прочеса [42].

Недостатком данного способа является его трудоемкость, высокая себестоимость; получаемые волокнистые слои достаточно неравномерны по длине и толщине волокон. Кроме того, с одной стороны этот способ нецелесообразен для изготовления многослойного волокнистого материала из низкосортного сырья и отходов, а с другой – при получении качественного продукта, содержащего длинные и тонкие волокна, большое количество прядомых, но коротких волокон выделяется в отходы.

Известен способ получения производства многослойного продукта в производстве нетканых материалов, заключающийся в том, что с главного барабана валичной чесальной машины верхний слой волокон в верхней точке снимается верхним съемным барабаном, а в нижней точке глубинный слой волокон – нижним съемным барабаном, после чего волокнистые слои подаются конвейерами к месту соединения слоев методом наложения [43].

Недостатком данного способа является то, что процесс съема происходит в основном из двух точек, отсутствует процесс аэродинамической рассортировки волокон по физико-механическим показателям, кроме того, нет механизма воздействия на получение слоев, состоящих из волокон с заданными по длине и по толщине параметрами, а также нет контроля толщины волокнистых слоев.

Известен способ аэродинамической рассортировки волокон, заключающийся в рассортировке смеси на отдельные составляющие по физикомеханическим свойствам под действием центробежных сил при сбросе смеси волокон с дискретизирующего барабана с возможностью регулировки выхода количества составляющих смеси по секциям. [44].

Недостатком данного способа является грубая рассортировка смеси по компонентам, отсутствие возможности формирования настилов, отсутствие контроля получаемых составляющих по толщине и физико-механическим показателям волокон, отсутствие обеспыливания компонентов и удаления сорных примесей.

Наибольший интерес вызывает способ получения многослойных волокнистых материалов, заключающийся в создании в распределительной камере внутренних воздушных потоков, направленных в зону формирования волокнистых слоев с разделением их на составляющие: в зону сороудаления и в зону обеспыливания [45].

Однако данный способ не обеспечивает достаточную регулировку траектории перемещения волокнистого материала, особенно, движения воздушно-волокнистой смеси в зону верхней пары сетчатых барабанов, формирующих верхний настил, а так же не предусмотрена дополнительная возможность снижения неровноты получаемых слоев при их сложении.

1.4.2. Оборудование для производства нетканых многослойных материалов Для осуществления выше описанных способов получения нетканых многослойных материалов было разработано различное оборудование.

Известно устройство для формирования волокнистого холста, содержащее два питающих валика, два расчесывающих барабана, два конденсора, два узла съема и формирования волокнистых слоев. Питающий столик служит для разделения питающей волокнистой массы на два потока. Каждый поток волокнистой массы проходит параллельно процессы разрыхления, очистки и формирования волокнистых слоев, которые затем соединяются на выпускном транспортере в готовый волокнистый холст [46].

Недостатком данного устройства для получения волокнистого холста, состоящего из двух слоев, является то, что отсутствует бункерный питатель, обеспечивающий равномерное питание устройства и снижение неровноты питающей волокнистой массы; нет достаточного разрыхления клочков волокон и достаточной их очистки; отсутствует рассортировка волокон по скорости витания и распределения их по слоям; нет контроля толщины выходящих слоев и образования трехслойного материала.

Известно устройство для получения многослойного волокнистого материала в производстве нетканых полотен, содержащее два чесальных аппарата, расположенных друг за другом и содержащих главный и съемный барабаны, транспортер, на который поочередно укладываются слои волокон, и транспортер, где в последующем происходит их уплотнение [47].

Недостатком данного устройства для получения многослойного волокнистого материала в производстве нетканых полотен является то, что выпускные узлы чесальных аппаратов недостаточно оперативно отслеживают и реагируют на изменение линейной плотности выходящего слоя, что ведет к неравномерности конечного продукта, кроме того, в устройстве отсутствует механизм контроля однородности выходящего продукта по отдельным компонентам.

Известно устройство для производства многослойного продукта в производстве нетканых материалов, выполненное в виде валичной чесальной машины, содержащей главный барабан, верхний съемный барабан, нижний съемный барабан, отдельные конвейеры для транспортировки каждого компонента к месту соединения слоев методом наложения на общем конвейере [48].

Недостатком данного устройства для производства многослойного продукта в производстве нетканых материалов является отсутствие возможности регулировки получаемых слоев волокон по толщине, а также узлы съема не имеют возможности проводить перераспределение волокон по слоям, кроме того, в узлах съема не предусмотрена дополнительная очистка волокнистого материала.

Известен разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, содержащий бункер, подающие валы, питающие цилиндры, пильчатый барабан и выпускной трубопровод. Под пильчатым барабаном установлен сетчатый барабан, связанный с механизмом пневмоотсоса, сороотбойный нож и чешущий сегмент, за чешущим сегментом по ходу волокнистого продукта на ограждении вдоль образующей пильчатого барабана выполнены щели для поступления воздушного потока. Также под пильчатым барабаном находится камера распределения с установленным на выходе узлом для формирования волокнистого слоя в виде сетчатого барабана, под сетчатым барабаном установлена регулирующая заслонка. Полный съем волокон с пильчатого барабана осуществляется благодаря аэродинамическому съему, обеспечивающему поступление дополнительного воздушного потока через щели на ограждении пильчатого барабана и отсосу технологического воздуха сетчатым барабаном, снимающим волокна и клочки волокон с пильчатого барабана. Регулирование неровноты волокнистого продукта осуществляется исполнительным механизмом, который автоматически изменяет скорости питающих цилиндров в зависимости от количества волокнистого продукта на заслонке под сетчатым барабаном [49].

Недостатком данного устройства является отсутствие очистки волокнистой смеси в бункере и равномерного распределения её плотности на выходе из бункера, элемент рассортировки волокон после съема с пильчатого барабана присутствует, однако этот процесс не управляем и в конечном итоге все волокна независимо от их физико-механических свойств собираются в один слой.

Наибольший интерес представляет устройство для получения многослойных волокнистых материалов, содержащее бункер, подающие валы, питающие цилиндры, пильчатый барабан, сороотбойный нож, неподвижный чешущий сегмент и камеру распределения с установленным на выходе узлом для формирования волокнистых слоев, при этом на боковых стенках бункера выполнена перфорация с пневмоотсосом, камера распределения выполнена с сечением в виде прямоугольного треугольника, по одному из катетов которого на стенке камеры, имеется перфорация, связанная с пневмоотсосом, а по другому катету, расположен узел для формирования волокнистых слоев в виде попарно установленных сетчатых барабанов со встречным вращением, по выходе из которых установлены транспортеры с контролирующими самогрузочными валиками, при этом в нижнем углу треугольника камеры установлен узел сороудаления [50].

Недостатками данного устройства являются: малая интенсивность разрыхления клочков волокон, особенно натурального происхождения (льна, джута, отходов); неэффективная работа зоны съема волокон с пильчатого барабана; неоптимальная конфигурация верхней контролирующей зоны обеспыливания камеры распределения волокон, которая не обеспечивает заданного перераспределения волокон по зонам формирования настилов; не предусмотрена возможность получения трехслойных волокнистых материалов.

1.5. Выводы по главе

1. Из анализа известных научных работ, посвященных теоретическому исследованию процесса разрыхления волокнистых материалов в разрыхлителях-очистителях следует, что до сих пор не существует единой теоретической концепции, в рамках которой описывалась бы механика воздействия рабочих органов и их рабочих элементов на волокнистый комплекс. Критический анализ научных работ в области исследования движения волокнистых комплексов в рабочей зоне колосниковой решетки показывает, что они основаны на значительных приближениях. В отдельных работах поверхность колосниковой решетки принималась за гладкую, причем не учитывались силы, возникающие в момент удара клочка о переднюю грань колосников. Таким образом, рассмотренные выше теоретические исследования не отражают реальный процесс воздействия рабочих элементов барабанов и колосниковой решетки на волокнистый материал, а также его движение по рабочим элементам барабанов и колосниковой решетке.

2. Как следует из анализа литературных источников теоретические исследования и примеры практического использования инерционноаэродинамической рассортировки волокон и сорных примесей подтверждают недостаточный уровень разработки данного способа и оборудования для его осуществления.

3. На основе анализа опыта работы отечественных и зарубежных фирм, занимающихся разработкой технологий и оборудования для производства нетканый многослойных материалов, в том числе, армированных, установлено, что есть потребность расширения ассортимента используемых волокон, повышения однородности по составу и физико-механическим свойствам получаемых слоев, рациональности использования сырья, сокращения технологических переходов и снижения трудозатрат, расширения области применения нетканых многослойных материалов, в том числе, армированных.

2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА И ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ

МАТЕРИАЛОВ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА

РАЗРАБОТАННОМ ОБОРУДОВАНИИ

–  –  –

На основе изучения опыта работы отечественных и зарубежных фирм, занимающихся разработкой технологий и оборудования для производства многослойных волокнистых материалов, а также на основе анализа теоретических и практических исследований [21…24,52…56], нами разработаны новый способ получения многослойных волокнистых материалов и оборудование для его осуществления [57]. Разработанный способ был использован для получения нетканых многослойных армированных материалов, в которых роль арматуры выполняет включаемое между двумя волокнистыми слоями тканое полотно [58]. Полученный вид нетканых многослойных материалов может использоваться как заменитель сукна в производстве текстильной продукции специального назначения, о чем будет сказано в главе 5.

Разработанный способ получения многослойных волокнистых материалов, заключается в направленном перемещении под воздействием воздушных потоков волокнистого потока и разделении последнего на фракции по зонам формирования слоев в распределительной камере, в которой создаются внутренние воздушные потоки, направленные в зону формирования волокнистых слоев с разделением их на составляющие, в зону сороудаления и в зону обеспыливания (Патент №2471897 Российская Федерация). [57].

На рисунке 2.1 представлена технологическая схема разработанного устройства для получения многослойных волокнистых материалов.

Устройство для получения многослойных волокнистых материалов содержит бункер 1, на стенках которого выполнена перфорация с пневмоканалом 2, под бункером размещены пара подающих валов 3 и пара питающих цилиндров 4. Под последними установлен рабочий барабан 5, обтянутый пильчатой гарнитурой 6. На периферии пильчатого барабана размещены сороотбойный нож 7 и неподвижный чешущий сегмент 8, а под последним выполнена щель 9 для поступления воздушного потока. Под пильчатым барабаном расположена распределяющая камера 10, сечение которой представляет прямоугольный треугольник со сторонами а, b, с. На катете b треугольника (камера 10 - зона распределения) размещены попарно сетчатые барабаны 11 и 12. Внутри сетчатых барабанов 11 размещены неподвижные сегменты 13 с пневмоотсосом, а внутри сетчатых барабанов 12 – неподвижные сегменты 14 с пневмоотсосом, имеющие подвижные заслонки 15, меняющие углы раскрытия зоны пневмоотсоса и. За сетчатыми барабанами установлены транспортеры 16 с самогрузочными контролирующими валиками 17. На катете а треугольника (верхняя стенка камеры 10) установлена верхняя контролирующая зона обеспыливания 18 в виде перфорации с пневмоканалом. В нижнем углу треугольника, на пересечении сторон b, с (нижняя наклонная стенка камеры), установлен узел сороудаления 19 в виде щели с трубопроводом, подключенным к пневмомотсосу. Величина угла наклона стороны с (гипотенузы треугольника) к горизонтали составляет 55 - 65о.

Устройство для получения многослойных волокнистых материалов работает следующим образом.

Волокнистый продукт с предыдущей машины агрегата конденсором подается в бункер 1. Воздушный поток проникает в верхнюю часть волокнистого столба и, захватывая пыль, через перфорацию на боковых стенках бункера 1 отсасывается пневмоотсосом 2.

В нижней части бункера 1 клочки волокон захватываются подающими валами 3 и направляются к питающим цилиндрам 4, последние подводят клочки тонким слоем под действие рабочего барабана 5, обтянутого пильчатой гарнитурой 6. Рабочий барабан 5, имея большую частоту вращения, зубьями гарнитуры 6 ударяет по выступающей из питающих цилиндров 4 бородке волокон и вычесывает из нее отдельные клочки. Под действием наносимых ударов и разделения клочков волокон ослабевают связи крупных сорных примесей с волокнами, благодаря чему они сравнительно легко удаляются.

Скорость крупных сорных примесей и клочков волокон в результате механического воздействия рабочего барабана 5 и воздушного потока в кратчайшее время достигает окружной скорости рабочего барабана 5. Таким образом, скорости движения клочков волокон и крупных сорных примесей в зоне действия сороотбойного ножа 7 приблизительно одинаковы. При этом крупные сорные примеси, обладающие большей кинетической энергией под действием центробежных сил, отделяются от рабочего барабана 5 и выделяются сороотбойным ножом 7 в камеру для отходов.

Дальнейшее разрыхление клочков волокон происходит при взаимодействии с неподвижным чешущим сегментом 8, установленным после сороотбойного ножа 7. Съем клочков волокон с гарнитуры 6 рабочего барабана 5 осуществляется воздушными потоками, создаваемыми узлами пневмоотсоса, расположенными внутри сетчатых барабанов 11 и 12, а также воздушным потоком, подаваемым через щель 9.

Для определения линий тока в камере распределения 10 было проведено математическое моделирование динамики движения воздушных потоков.

Результаты расчета, выполненного с применением современного математического программного пакета MATLAB, представлены на рисунке 2.2.

В камере распределения 10 протекают следующие воздушные потоки (рис.

2.2):

- воздушные потоки, образованные узлами пневмоотсоса в сетчатых барабанах 11 и 12 (внутри неподвижных сегментов 13 и 14), направленные от рабочего барабана 5 к сетчатым;

- воздушный поток, нагнетаемый через щель 9, направленный опять же в сторону сетчатых барабанов 11 и 12;

- дополнительный воздушный поток, создаваемый разрежением в верхней контролирующей зоне обеспыливания 18;

- дополнительный воздушный поток, создаваемый узлом пневмоочистки камеры 19, направленный вдоль стенки с треугольника распределяющей камеры 10.

Создаваемые в распределяющей камере 10 воздушные потоки, направленные в зону формирования волокнистых слоев (катет b треугольника) – к сетчатым барабанам 11 и 12 обеспечивают тонкую рассортировку волокон, а именно разделения волокнистого потока на фракции, по зонам сбора на поверхностях верхней и нижней пар сетчатых барабанов 11 и 12. Разделение волокнистого потока по верхней и нижней парам сетчатых барабанов 11 и 12 происходит за счет перераспределения волокон по воздушным потокам, исходя из скорости витания волокон.

Волокна, имеющие малую скорость витания, будут увлекаться воздушными потоками к верхней паре сетчатых барабанов 11 и 12, а волокна, имеющие большую скорость витания, – к нижней. Так как скорость витания волокна прямопропорциональна квадратному корню от его массы и обратнопропорциональна квадратному корню от его длины, то на поверхности верхней пары сетчатых барабанов 11 и 12 будут оседать более длинные и тонкие волокна, а на поверхности нижней – более короткие и толстые.

В сетчатых барабанах 12 установлены неподвижные сегменты 14 с подвижными заслонками 15, позволяющими изменять угол раскрытия всасывающего факела. Заслонки 15 работают в паре – изменение на больший угла раскрытия верхнего неподвижного сегмента 14, расположенного внутри верхнего сетчатого барабане 12, влечет изменение на меньший угла раскрытия нижнего неподвижного сегмента 14, расположенного в нижнем сетчатом барабане 12, и наоборот, что обеспечивает увеличение зоны сбора волокон на поверхности верхнего сетчатого барабана 12 и уменьшение зоны сбора волокон на поверхности нижнего сетчатого барабана 12 и наоборот соответственно. Увеличение и уменьшение зоны сбора волокон на поверхности сетчатых барабанов 12 обеспечивает соответственно увеличение и уменьшение количества волокон, осаждаемых на поверхностях сетчатых барабанов 12, а, следовательно, увеличение и уменьшение толщины слоев волокнистого материала, формируемых на транспортерах 16.

Верхняя контролирующая зона обеспыливания 18 имеет возможность регулировки разрежения воздуха в данном узле, за счет чего увеличивается или уменьшается дополнительный воздушный поток, создаваемый этим узлом. Увеличение или уменьшение данного воздушного потока соответственно в большей или меньшей степени отклоняет направление течения основных воздушных потоков, транспортирующих волокна от рабочего барабана 5 к сетчатым барабанам 11 и 12, в сторону верхней пары сетчатых барабанов, а, следовательно, увеличивается и уменьшается толщина слоев волокнистого материала, формируемых на верхнем и нижнем транспортерах 16 соответственно. Одновременно верхняя контролирующая зона обеспыливания 18 удаляет из распределительной камеры 10 запыленный воздух.

Слой волокнистого материала, образующийся на поверхности пары сетчатых барабанов 11 и 12, поступает на транспортер 16, которые передают волокнистый материал на последующие машины. Толщина слоя волокнистого материала на транспортерах 16 контролируется самогрузочными валиками

17. Изменение толщины волокнистого слоя на транспортере 16 под контролирующим валиком 17 через датчик в валике передает сигнал к изменению положения заслонок 15 неподвижных сегментов 14 сетчатых барабанов 12, а также изменению величины расхода воздуха в узле верхней контролирующей зоны обеспыливания 18. Согласованная работа узлов формирования волокнистых слоев, верхней зоны обеспыливания 18 обеспечивает однородность подготавливаемых на транспортерах 16 настилов по физико-механическим показателям волокон и толщине.

Сформированные на транспортерах 16 слои могут использоваться как отдельно для производства пряжи разной линейной плотности, так и в качестве верхнего слоя при производстве пряжи, а нижнего – при производстве

–  –  –

Рис. 2.2. Линии тока воздушных течений в распределяющей камере нетканых материалов, кроме того, слои могут быть использованы для производства многослойных нетканых материалов.

Так как каждый слой на транспортерах 16 характеризуется однородными по физико-механическим свойствам волокнами, это позволяет получить многослойный материал с запланированными свойствами.

Узел пневмоочистки камеры 19 создает дополнительный воздушный поток, направленный вдоль нижней стенки с распределяющей камеры 10.

Крупные сорные частицы, выделяющиеся в распределяющей камере 10, под действием воздушного потока и сил притяжения двигаются вдоль стенки с (гипотенузы треугольника) распределяющей камеры 10 и попадают в зону действия всасывающего факела в узле сороудаления 19.

При использовании разработанного устройства в технологической линии транспортировка волокнистого продукта с предыдущей машины разрыхлительно-очистительного агрегата в бункер разработанного устройства осуществляется конденсором. Однако, при использовании разработанного устройства после чесальной машины прочес подается с помощью транспортера.

В таком случае вместо бункера разработанное устройство снабжено питающим конвейером (рис. 2.3).

Равномерная подача волокнистого материала в устройство для получения многослойного волокнистого материала осуществляется посредством транспортера 1 с прижимными валиками 2, которые гарантируют равномерное распределение прочеса с чесальной машины по всей рабочей ширине устройства. Прижимные валики 2 имеют пневматическую нагрузку, которая регулируется в зависимости от вида перерабатываемого волокна и толщины прочеса. Прочес транспортером 1 направляется к паре питающих валиков 3, обтянутых пильчатой гарнитурой, которые подводят прочес тонким слоем под действие пильчатого барабана 4.

–  –  –

2.2. Технологические процессы, влияющие на качество разделения на фракции волокнистого потока в камере распределения разработанного оборудования Важную роль в получении на транспортерах слоев однородных по физико-механическим показателям волокон и равномерных по толщине играют технологические процессы, протекающие на оборудовании разрыхлительноочистительного агрегата и технологические процессы, протекающие на разработанном оборудовании.

Так совершенствование процессов подготовки, в том числе, разрыхления, очистки, смешивания непосредственно влияет на качество разделения на фракции волокнистого потока в камере распределения разработанного оборудования.

Важную роль в процессах разрыхления волокнистых материалов, выделения сорных примесей и уменьшения величины клочков играют два взаимосвязанных фактора. Первый фактор - это воздействие на клочки вращающихся рабочих органов, второй фактор (аэродинамический) - это воздействие на клочки вращающихся воздушных потоков в камере разрыхлителя.

Глубокие теоретические исследования аэродинамических и технологических процессов, протекающие на разрыхлителях-очистителях будут способствовать как, оптимизации работы, повышения эффективности, созданию нового высокоэффективного технологического оборудования для разрыхления и очистки волокнистых материалов, так и, в конечном итоге, улучшению разделения на фракции волокнистого потока в камере распределения разработанного оборудования. В связи с этим становится необходимым разработка математического аппарата для описания процессов разрыхления в рабочих зонах и в целом на современном оборудовании для разрыхления и очистки волокнистых материалов, что и будет осуществлено в последующих пунктах работы.

Для оптимизации технологического процесса смешивания волокнистых материалов на смешивающих машинах нами были использованы программные продукты для оптимизации технологического процесса смешивания волокнистых материалов в дозаторе-смесителе [59]. В процессе исследования варьировалась высота волокнистого материала в вертикальных камерах, а также величины давления в питающей и обеспыливающей системах. Цель оптимизации заключалась в повышении точности дозировки волокнистых компонентов перед поступлением на транспортер и, тем самым, в снижении значения такой важной характеристики настила, как неравномерность смески.

Ввиду того, что в процессе исследования перерабатывались волокнистые смеси, состоящие только из хлопка разных сортов, во время исследования отслеживались изменения физико-механических показателей полуфабриката и готовой продукции. Было установлено, что в результате использования разработанной программы для оптимизации технологического процесса смешивания волокнистых материалов в дозаторе-смесителе, конечный готовый продукт имеет меньшее отклонение по физико-механическим показателям.

Процесс получения равномерных по толщине слоев на разработанном оборудовании также зависит от работы его основных узлов: работы бункерного питателя, работы узла рабочего барабана, согласованности работы узлов формирования волокнистых слоев, верхней зоны обеспыливания и нижней зоны сороудаления. Эффективная и согласованная работа данных узлов обеспечивает однородность по физико-механическим показателям слоев, формирующихся на транспортерах, а также равномерность их по толщине.

Следует отметить, что продолжение работы будет заключаться в дальнейшем совершенствовании технологического процесса разрыхления и очистки на разработанном оборудовании для осуществления нового способа получения многослойных волокнистых материалов, которое будет направлено на модернизацию зоны питания, а также на увеличение количества рабочих барабанов с различными по конструкции и размерами рабочих элементов, с целью обеспечения роста интенсивности разрыхления клочков волокон, вплоть до разделения их на отдельные волокна.

2.3. Разработка теории выравнивающей способности устройства для получения многослойных волокнистых материалов При разработке способа получения многослойных волокнистых материалов и устройства для его осуществления особое внимание уделялось выравнивающей способности устройства в зоне питания, повышению однородности настилов по физико-механическим свойствам, получаемых в результате разделения волокнистого потока на фракции в камере, с одновременным снижением неровноты настилов по толщине на выходе.

С целью минимизации неровноты настила, производимого устройством для получения многослойных волокнистых материалов [57], была изучена зона питания, в которую поступает волокнистый материал. В работах [60…62], получены аналитические зависимости, моделирующие линейную плотность настила в зависимости от механических свойств поступающего в зону питания волокнистого материала и его засоренности, от давления в воздуха над столбом волокон в шахте бункера, а также от аэродинамических параметров аспирационного устройства [63].

В зону питания разработанного устройства (бункерный питатель) поступает засоренная волокнистая смесь (рис. 2.4). Высота заполнения шахты бункера равна h. Пусть а - расстояние между передней и задней стенками бункера, b - ширина бункера. Обозначим через р давление воздуха в бункере, а через уз - засоренность волокнистой смеси в долях единицы.

Полагаем, что упругие свойства волокнистой составляющей смеси подчиняются следующей линейной зависимости:

вx = k(x) / g + в, (2.1) где вx – плотность волокнистой составляющей на уровне х;

g – ускорение свободного падения;

(x) – давление, сжимающее тонкий слой волокон в шахте бункера, в зависимости от x;

k – коэффициент сжимаемости волокнистого продукта, учитывающий влияние сжимающего давления (x) на его плотность;

в – плотность тонкого слоя волокон в несжатом состоянии.

Так как рассматриваемый бункерный питатель не содержит обеспыливающей системы, то из общей теории бункерных питателей, изложенной в [62,63], следует, что величина линейной плотности настила Tw определяется по следующей формуле [62…66]:

–  –  –

Исследования по моделированию аэросъёма волокнистых комплексов рассматривались ранее в [22,23,68]. В них были приняты следующие два допущения: во-первых, волокнистый комплекс моделировался материальной точкой, и, во-вторых, скорость воздушного потока в межвитковом пространстве принималась постоянной. В приведенной ниже методике рассматривается математическая модель, в которой учитываются протяженность волокнистого комплекса, и то, что скорость воздуха неравномерно распределена в межвитковом пространстве. Целью настоящей работы является задача определения взаимосвязи параметров гарнитуры с радиусом и частотой вращения барабана при учете неравномерности скорости воздушного потока, обтекающего волокнистый комплекс при аэросъеме [69…73].

Пусть радиус пильчатого барабана RБ, h з - высота зуба, – угол при вершине зуба, – угловая скорость вращения барабана, m, vвит – масса и скорость витания волокнистого комплекса, g – ускорение свободного падения, n – частота вращения барабана [мин-1], v ac – средняя скорость воздуха в аэросъёмном канале. Длина рабочей грани зуба lГ = h з /cos.

Возможны два состояния волокнистого комплекса на рабочей грани зуба гарнитуры. В первом состоянии комплекс зажат между рабочей гранью зуба и тыльной гранью соседнего зуба. Во втором состоянии комплекс не контактирует с тыльной гранью соседнего зуба. Ниже приводится моделирование движения волокнистого комплекса во втором состоянии.

Положим далее, что движение центра масс комплекса в процессе аэросъема происходит по оси Оу (рис. 2.5). Ось Оу в данном случае проходит через начальную точку рабочей грани зуба и центр масс волокнистого комплекса. Отсчет оси Oy происходит от основания зуба.

Рис. 2.5. Схема расположения волокнистого комплекса на рабочей грани зуба при аэросъеме и расположения системы координат Оху Обозначим угол – угол между осью Оу и перпендикуляром, направленным к основанию зуба. Угол по своему значению всегда больше угла.

Очевидно, что при аэросъеме одиночного волокна можно считать, что его центр масс движется вдоль рабочей грани зуба. Центр же масс волокнистого комплекса очерчивает некоторую прямую Оу (рис. 2.5). То есть в силу неравенства путь движения волокнистого комплекса по сравнению с путем движения одиночного волокна оказывается более протяженным. Следовательно, аэросъем волокнистого комплекса требует большего времени для своего осуществления по сравнению с аэросъемом одиночного волокна, то есть более протяженного канала аэросъема или увеличения скорости воздушного потока в канале. Кроме этого следует заметить, что ось Оу можно представить себе как рабочую грань воображаемого, условного, зуба по которой движется центр масс волокнистого комплекса при аэросъеме. Так как угол при вершине этого условного зуба больше реального угла, то и движению волокнистого комплекса в этом случае оказывается большее сопротивление.

Путь, преодолеваемый волокнистым комплексом во время аэросъема, приближенно равен lк = h з /cos.

Далее считаем, что центр масс волокнистого комплекса расположен в точке (0; у ), а его скорость – v(t), где t – время. Обозначим время, необходимое для аэросъема волокнистого комплекса через tк. В неинерциальной системе координат Oxу при аэросъёме волокнистый комплекс начинает свое движение с нулевой скорости v(0) = 0 (до аэросъема волокнистый комплекс неподвижен относительно вращающегося барабана) до скорости v(tк) = vк при прохождении всего участка пути, равного lк.

Принимаем, что в межвитковой зоне скорость воздушного потока изменяется от значения окружной скорости точек на основании зуба гарнитуры (из-за вязкости воздуха) до значения скорости воздуха на уровне кончиков зубьев гарнитуры. На уровне основания зуба гарнитуры воздушный поток изза своей вязкости имеет скорость по величине и направлению, равную ок

–  –  –

Рис. 2.6. К расчету радиуса-вектора положения центра масс волокнистого комплекса Рис. 2.7. Схема сил, действующих на волокнистый комплекс с центром масс в точке М

–  –  –

1. Разработан способ получения многослойных волокнистых материалов, заключающийся в направленном перемещении под воздействием воздушных потоков волокнистого потока и разделении последнего на фракции по зонам формирования слоев в распределительной камере, в которой создаются внутренние воздушные потоки, направленные в зону формирования волокнистых слоев с разделением их на составляющие, в зону сороудаления и в зону обеспыливания (Патент №2471897 Российская Федерация).

2. Разработано оборудование для осуществления нового способа получения многослойных волокнистых материалов, содержащее бункер для питания волокнистыми материалами, узел для разрыхления и очистки, камеру распределения волокон по зонам формирования волокнистых слоев с установленным на выходе из камеры узлом для формирования волокнистых слоев и транспортеры для транспортирования образованных волокнистых слоев.

3. Разработана методика расчета выравнивающей способности зоны питания оборудования для получения многослойных волокнистых материалов с учетом ее геометрических параметров, механических свойств поступающей смеси, засоренности продукта и неровноты плотности поступающей в зону питания волокнистой составляющей смеси.

4. На основании законов механики выведено дифференциальное уравнение движения волокнистых комплексов в камере распределения при их аэросъеме в оборудовании, обеспечивающем новый способ получения многослойных волокнистых материалов. Решение уравнения связывает характеристики волокнистых комплексов, параметры гарнитуры, радиус и частоту вращения рабочего барабана со скоростью воздушного потока в аэросъемном канале и является базовым для разработки методики определения и оптимизации углового размера дуги аэросъема.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ВОЗДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ РАЗРЫХЛИТЕЛЕЙОЧИСТИТЕЛЕЙ НА ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПЛЕКСЫ

Как было отмечено ранее важную роль в получении слоев однородных по физико-механическим показателям волокон и равномерных по толщине на разработанном оборудовании играют так же технологические процессы, протекающие на оборудовании разрыхлительно-очистительного агрегата. К ним относятся разрыхление, очистка, смешивание, которые непосредственно влияют на качество рассортировки волокон в камере распределения разработанного оборудования.

Поэтому глубокие теоретические исследования аэродинамических и технологических процессов, протекающие на разрыхлителях-очистителях будут способствовать как, оптимизации работы, повышению эффективности, созданию нового высокоэффективного технологического оборудования для разрыхления и очистки волокнистых материалов, так и, в конечном итоге, повышению эффективности разделения на фракции волокнистого потока в камере распределения разработанного оборудования. В связи с этим становится необходимым разработка математического аппарата для описания процессов разрыхления в рабочих зонах и в целом на современном оборудовании для разрыхления и очистки волокнистых материалов, что и будет осуществлено в последующем.

Для разрыхления и очистки волокнистых материалов зарубежные фирмы, такие как, Truetzschler, Rieter, Marzoli и др. предлагают множество современного технологического оборудования, которое используется на отечественных предприятиях.

Проблемы, возникающие в производственных условиях, можно было бы решить проще, если бы имелись теоретические разработки технологических процессов, протекающих на этих машинах.

Теоретическое описание технологических процессов становится особенно актуальным при модернизации имеющегося и разработке нового оборудования.

Поэтому была поставлена задача развития теоретической базы для описания технологических процессов, протекающих на современных разрыхлителях-очистителях.

В качестве исследуемого объекта были выбраны разрыхлительочиститель CL-P фирмы Truetzschler, разрыхлители-очистители В31, В39 фирмы Marzoli, разрыхлители-очистители Uniclean B11, Uniclean B12 фирмы Rieter, а также их аналоги отечественных фирм такие, как ЧО [25…31].

Разрыхлитель-очиститель CL-P, состоящий из двух колковых барабанов, колосниковых решеток и угарной камеры для сбора сорных примесей, используется для очистки сильно загрязненного волокнистого материала. Он является первой ступенью очистки и устанавливается всегда перед машинами для смешивания и тонкого разрыхления волокон. Подача волокнистого материала в разрыхлитель-очиститель CL-P фирмы Truetzschler осуществляется с помощью конденсора, что позволяет уменьшить расход отсасываемого воздуха, увеличить время пребывания волокнистого материала в зоне колковых барабанов, что в свою очередь приводит к более интенсивному очищению.

Необходимо отметить, что до настоящего времени не проводились теоретические исследования движения волокнистого комплекса на колке барабана, в зоне «барабан – колосниковая решетка», а также исследования взаимодействия волокнистого комплекса с колком.

Проведенные нами теоретические исследования процесса разрыхления в разрыхлителе-очистителе CL-P фирмы Truetzschler (Германия) применимы для аналогичного оборудования (отечественного чистителя осевого ЧО, разрыхлителя-очистителя WR 6.102 фирмы Hergeth Hollingsworth (Германия), разрыхлителей-очистителей В31, В39 фирмы Marzoli (Италия), разрыхлителей-очистителей Uniclean B11, Uniclean B12 фирмы Rieter (Швецария) и др).

3.1. Теоретические исследования силы удара колка о волокнистый комплекс и математическая модель для ее расчета В процессе обработки волокнистого материала в очистителяхразрыхлителях происходит воздействие колков и колосников на волокнистые комплексы. Это воздействие носит многообразный стохастический характер, и моделирование этого явления в общем случае является сложной и весьма трудоемкой задачей. Поэтому для расширения понимания процесса очистки и разрыхления важную роль играет разработка и анализ упрощенных моделей, основанных на законах механики и аэродинамики, на следующих последовательных этапах обработки волокнистых комплексов [77…85]:

при воздействии на них колков или штифтов;

при перемещении в камере очистителя-разрыхлителя;

при контакте с колосниковой решеткой.

На рисунке 3.1 представлен разрыхлитель-очиститель CL-P фирмы Truetzschler (Германия). Разрыхлитель-очиститель CL-P состоит из конденсора 1, питающего бункера 2, зоны очистки 3, двух колковых барабанов 4, выходного трубопровода 5 и зоны сбора и удаления сорных примесей 6 [31].

Рассмотрим изменения механического состояния волокнистого комплекса во время удара t о колок (или штифт) рабочего барабана разрыхлителя-очистителя. Обозначим расстояние от барабана разрыхлителяочистителя до центра масс волокнистого комплекса через hком. Схема процесса сжатия волокнистого комплекса в неподвижной системе координат в промежутке времени между началом удара t1 и завершением удара t2 представлена на рис. 3.2. Следующие точки на рис. 3.2.

характеризуют положение центра масс на разных стадиях удара:

МД – начало удара (t = t1);

МС – во время (t1 t t2);

МП – конец удара (t = t2).

Рис. 3.1. Разрыхлитель-очиститель CL-P фирмы Truetzschler (Германия).

На рис. 3.3. представлены начальная и конечная стадии удара волокнистого комплекса о колок в инерциальной системе координат, жестко связанной с барабаном. Обозначим через sуд = | МП МД | - расстояние, на которое центр масс волокнистого комплекса переместится относительно колка за промежуток времени t.

Волокнистый комплекс в момент времени t1 имеет скорость V1, равную нулю. Принимаем, что в момент времени t2 = t1 + t волокнистый комплекс приобретает скорость V2 = RБ + hком), равную окружной скорости точки на колке барабана, находящейся на расстоянии RБ + hком от оси барабана. За время t приращение скорости волокнистого комплекса составит

–  –  –

Удельная величина силы удара колка о волокнистый комплекс рассчитывается по формуле Рис. 3.2. Схема процесса сжатия волокнистого комплекса за время удара Рис. 3.3. Схема изменения механического состояния волокнистого комплекса во время удара

–  –  –

Как следует из приведенного исследования сила удара колка о волокнистый комплекс практически пропорциональна квадрату радиуса барабана.

Следовательно, увеличение радиуса барабана интенсифицирует процесс обработки волокнистого материала в разрыхлителях-очистителях.

Например, для волокнистого комплекса массой 8 мг, при = 0,1 м, n = 500 мин-1, = 0,25, сила удара достигает значения = 0,55 Н.

3.2. Методика расчета сил, действующих на волокнистый комплекс, находящийся на штифте барабана разрыхлителя-очистителя Теоретические исследования проводились для разрыхлителяочистителя Uniclean B11 фирмы Rieter. Разрыхлитель-очиститель Uniclean B11 предназначен для эффективных разрыхления, очистки и обеспыливания волокнистого материала (рис. 3.4). Он является ключевой машиной разрыхлительно-очистительном агрегате. Волокнистый материал подается в разрыхлитель-очиститель по вертикальному трубопроводу 4 и попадает под воздействие разрыхлительного барабана 1 (рис. 3.4), оснащенного специальными штифтами (рис. 3.5), прикрепленными к обечайке барабана 1. Взаимодействуя с колосниками 2, волокно очищается от сорных примесей. Сорные примеси и отходы удаляются через промежутки колосниковой решетки 2 с помощью вентилятора 3, установленного в сороотводящей камере, через трубопровод 7 и далее в фильтр-камеру. Запыленный технологический воздух удаляется через трубопровод 6. После многократного прохождения через колосниковую решетку очищенное волокно воздушным потоком направляется на следующую машину с помощью трубопровода 5.

Рабочая поверхность барабана с закрепленными на ней штифтами показана на рис. 3.6. Схема расположения системы координат OXYZ и Oxyz относительно штифта на барабане разрыхлителя-очистителя показана на рис.

3.7.

Ниже рассматриваются силы, действующие в процессе разрыхления на волокнистые комплексы, и результат совместного действия этих сил, заключающийся в приобретении этим комплексом ускорения [77,81,86].

Рассматривается движение волокнистого комплекса после ударного воздействия на него штифта. В этом случае имеет место неупругий удар штифта о волокнистый комплекс, который в течение малого промежутка времени ударного воздействия находится на поверхности штифта. Далее в силу различных начальных условий волокнистый комплекс может либо соскользнуть с поверхности штифта, либо вращаться вместе со штифтом, оставаясь на его поверхности.

В этом последнем случае возможны два варианта:

а) волокнистый комплекс неподвижен относительно штифта;

б) волокнистый комплекс движется вдоль поверхности штифта.

Рис. 3.4. Разрыхлитель-очиститель УНИклин Б11 фирмы RIETER Рис. 3.5. Очистительный барабан разрыхлителя-очистителя Uniclean B11, оснащенный специальными штифтами Рис. 3.6. Вид штифта на поверхности очистительного барабана разрыхлителя-очистителя Uniclean B11

–  –  –

где nБ / 30 - угловая скорость барабана;

nБ - частота вращения барабана, мин-1;

k - коэффициент трения волокнистого клочка о поверхность штифта.

–  –  –

При расчете аэродинамической силы считаем, что вектор скорости волокнистого комплекса Vком, то есть окружной скорости центра масс волокнистого комплекса, параллелен оси ОY. Имеем Рис. 3.7. Схема расположения систем координат относительно штифта на барабане разрыхлителя-очистителя

–  –  –

3.3. Вывод уравнения динамики движения волокнистого комплекса вдоль поверхности штифта на барабане разрыхлителя-очистителя Суммируя действие всех сил, действующих на волокнистый комплекс, получаем следующее векторное уравнение его движения вдоль штифта в системе координат Охyz:

–  –  –

где a - ускорение волокнистого комплекса в системе Оxyz.

Представим уравнение движения волокнистого комплекса в проекциях на оси системы координат Оxyz.

В скалярном виде ускорения волокнистого комплекса по осям имеют вид:

–  –  –

Рассмотрим следующую модель динамики очистки и разрыхления волокнистого комплекса в зоне колосниковой решетки. Предположим, что волокнистый комплекс располагается на грани колосника (рис. 3.9) [87, 88].

Рассматривается модель волокнистого комплекса с центром масс в точке М.

Примем, что волокнистый комплекс вписывается в шаровую поверхность радиусом (рис. 3.9). Поэтому далее будем считать волокнистый комплекс пористой сферой, имеющей скорость витания. Волокнистый комплекс касается верхней (рабочей) грани колосника в точке О.

На волокнистый комплекс действуют следующие силы:

–  –  –

имеет место неупругий удар колка о волокнистый комплекс.

Рассмотрим механическое состояние волокнистого комплекса до удара колка. Для определения сил, действующих на клочок волокон, обратимся к рис. 3.11. Обозначим через - расстояние между соответствующими верхними ребрами соседних колосников. Величину полагаем известной из конструктивных характеристик очистителя.

Рис. 3.9. Схема действия сил на волокнистый комплекс, соприкасающийся с одним колосником

–  –  –

Из геометрических соображений, а именно в соответствии со свойствами прямой, секущей окружность, и касательной к этой окружности, которые исходят из одной точки М3, имеем, что.

–  –  –

.

Рис. 3.11. К определению перемещения центра масс волокнистого комплекса под действием колка

–  –  –

Или (

Проведем преобразование левой и правой частей полученного соотношения:

Собирая подобные члены, получаем следующее уравнение относительно, <

–  –  –

= =.

= Преобразуем следующее выражение То есть вычисление величины h по предложенной формуле имеет физический смысл, если.

–  –  –

.

Спроектируем точку О на прямую ММ4 и обозначим точку проекции через М10. Очевидно из ОМ М имеем, что

–  –  –

.

Волокнистый комплекс не вращается вокруг точки М.

Следовательно, равнодействующая моментов всех сил, действующих на комплекс относительно этой точки, равна нулю:

–  –  –

;

.

Рис. 3.12. Графики зависимостей и

–  –  –

; ;

.

;

Из системы уравнений имеем ;

Складывая правые и левые части этих уравнений, имеем

–  –  –

Величина определяется из следующего соотношения:

–  –  –

На рис. 3.13 представлена схема действия сил на волокнистый комплекс при его разрыхлении. Колосниковая решетка представляет собой периодическую структуру. Волокнистый комплекс за счет действия центробежных сил вдавливается в колосниковую решетку и протаскивается по ней, испытывая, во-первых, силу трения, и, во-вторых, силу ударного воздействия при столкновении с ребрами колосников. Причем и та и другая силы являются периодическими из-за устройства колосниковой решетки. Примем, что при моделировании процесса растаскивания можно рассматривать среднюю во времени силу трения волокнистого комплекса о колосники и среднюю тр во времени силу ударного воздействия колосников на волокнистый комплекс при столкновении с их ребрами со р.

Полагаем, что на волокнистый комплекс при его разрыхлении на колосниковой решетке действуют следующие силы:

- сила притяжения;

- аэродинамическая сила;

а

–  –  –

нии, противоположном его движению, следовательно, суммарное действие этих сил производит растаскивающий эффект.

Определим растаскивающую силу как сумму выше перечисленных сил:

–  –  –

Обозначим через скорость воздуха на уровне центра масс волокнистого комплекса.

Поскольку в принятых условиях центр масс волокнистого комплекса движется с окружной скоростью, то.

Следовательно, величина растаскивающей силы равна

–  –  –

1. Разработана математическая модель процесса ударного воздействия колка (или штифта) рабочего барабана разрыхлителя-очистителя на волокнистый комплекс. Установлено, что сила удара колка о волокнистый комплекс практически пропорциональна квадрату радиуса барабана разрыхлителяочистителя. Следовательно, с увеличением радиуса барабана происходит интенсификация процесса очистки.

2. Разработана методика расчета сил, действующих на волокнистый комплекс на штифте барабана разрыхлителя-очистителя. Выведено уравнение движения волокнистого комплекса вдоль поверхности штифта барабана разрыхлителя-очистителя на основе законов механики и аэродинамики.

3. Выведена математическая модель для расчета растаскивающей силы, с учетом которой выведены уравнения механики волокнистого комплекса в зоне колосниковых решеток разрыхлителя-очистителя.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССА РАЗРЫХЛЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

В РАЗРЫХЛИТЕЛЯХ-ОЧИСТИТЕЛЯХ

4.1. Скорость витания волокнистых комплексов после обработки рабочими органами разрыхлителей-очистителей В [89] изложены экспериментальные данные о зависимости скоростей витания волокнистых комплексов от количества волокон в них - Nком. На основании содержания [89] на рис. 4.1. представлен график зависимости скорости витания волокнистого комплекса от Nком. Этот график построен на основе аппроксимации результатов, приведенных в [89] с помощью математического пакета Mathcad.

Однако для практических целей удобнее использовать зависимость скорости витания волокнистого комплекса от его массы [90].

Для расчетов и построения графиков в настоящей главе и далее применялся современный математический пакет Mathcad.

Полагаем, что единичное хлопковое волокно линейной плотностью 0,17 текс имеет длину 32 мм. Тогда масса единичного волокна равна

–  –  –

График зависимости скорости витания волокнистых комплексов от его массы представлен на рис. 4.2.

Известны и другие экспериментальные данные по определению скоростей витания волокнистых комплексов при разрыхлении последних на оборудовании подготовительного производства [7, 39, 40, 74, 91]. На основании экспериментов, выполненных авторами [89], определим диапазон скоростей витания волокнистых комплексов на выходе из разрыхлителя-очистителя. Результаты обработки данных [89] приведены в таблице 4.1. и на рис. 4.3 в виде диаграмм.

–  –  –

Как показывают диаграммы из [89] на рис. 4.3 величины скоростей витания волокнистых комплексов на выходе из машин ОН-6-3, ОН-6-4 и Т-16 находятся практически в диапазоне от 0,34 м/с до 1,24 м/с. То есть диапазон скоростей витания волокнистых комплексов в работе не совпадает с соответствующим диапазоном в [91] и не может быть использован в нашем случае.

4.2. Моделирование аэродинамического поля в камере разрыхлителя UNIclean B11 Технологическая зона UNIclean B11 представляет собой пространство между барабаном очистителя и ограждением. В технологическую зону поступает воздушно-волокнистая смесь. Расход нагнетаемого в технологичеL0. Радиус кривизны ограждения обознаскую зону воздуха обозначим через чим через RОГ.

Рассмотрим механику волокнистых комплексов на конечном участке их винтового движения вдоль рабочей поверхности барабана. На этом участке примем, что технологическую зону UNIclean B11 на начальном участке Рис. 4.1. Зависимость скорости витания волокнистого комплекса от количества волокон в нем Рис. 4.2. Зависимость скорости витания волокнистых комплекса от его массы Рис. 4.3. Диаграмма минимальных и максимальных значений скоростей витания волокнистых комплексов при их разрыхлении на агрегатах подготовительного производства можно аппроксимировать асимметричным каналом между двумя соосными цилиндрами: одним - вращающимся барабаном очистителя, и вторым - неподвижным ограждением. Площадь поперечного сечения канала обозначим через S. Тогда

–  –  –

Средняя скорость воздуха в осевом направлении рабочего барабана находится делением величины расхода воздуха на величину площади поперечного сечения канала:

–  –  –

силу вязкости воздуха его окружная скорость на уровне r RБ равна окружной скорости барабана VБ RБ. На неподвижном ограждении, то есть на расстоянии r RОГ, считаем, что скорость воздуха равна нулю.

Согласно [7, 39, 40, 74] окружную скорость воздуха в этом случае можно определять по следующей формуле

–  –  –

На рис. 4.4 показано распределение окружных скоростей воздуха в камере разрыхлителя-очистителя CL-P (n = 500 мин-1, RБ = 0,25 м, hк = 0,1 м).

Выводим следующую формулу для расчета окружной скорости воздуха в технологической зоне:

–  –  –

Рис. 4.4. Распределение окружных скоростей воздуха в камере разрыхлителя-очистителя CL-P ( n = 500 мин-1, RБ = 0,25 м, hк = 0,1 м ) Рис. 4.5. График зависимости Vа,Y от zrel при различных R1

–  –  –

где z rel z / RБ.

Отметим, что величина zrel изменяется в диапазоне от нуля до значения R1 1. График зависимости Vа,Y от zrel приведен на рис. 4.5. Полученные

–  –  –

Удар штифта о волокнистый комплекс является неупругим. На протяжении удара полагали, что скорость волокнистого комплекса относительно штифта равна нулю. Далее при положительном ускорении волокнистый комплекс при преобладающем действии центробежных сил может двигаться вдоль поверхности штифта и далее сбрасываться в окружающую рабочий барабан воздушную среду. Рассмотрим технологические условия, при которых волокнистый комплекс после ударного воздействия на него со стороны штифта имеет положительное ускорение ( ) вдоль штифта.

Это условие можно записать в следующем виде:

–  –  –

которое выступает как условие нахождения оптимальных параметров геометрических характеристик очистителя и его технологического режима.

Преобразуем (3.16):

–  –  –

где Подставляя в формулы для К1 и К2 выражение для угловой скорости барабана имеем Преобразуем далее выражение для Обозначим Тогда.

Преобразуем следующее выражение =

–  –  –

(4.17) которое выступает как условие нахождения оптимальных параметров геометрических характеристик очистителя и его технологического режима.

Левая часть неравенства (4.17) содержит фактически только два параметра К и К, зависящих от, в то время как уравнение (4.14) содержит все эти три параметра в явном виде. Поэтому неравенство (4.17) представляет собой более удобную для расчетов форму записи неравенства (4.14).

В соответствии с зависимостями, полученными выше, величины К К зависят от nБ, RБ, и Vвит. Следовательно, при неизменных RБ и Vвит левая часть уравнения (4.17) зависит от nБ, и значений углов и что позволяет значительно сократить расчеты и наглядно представлять графическую информацию.

–  –  –

Рассмотрим вначале процесс движения волокнистого комплекса вдоль штифта, расположенного таким образом, что величина угла (рис. 4.6).

Угол между штифтом ОА и осью ОХ составляет, а угол между штифтом

–  –  –

Рис. 4.6. Положение штифтов в системе координат OXY ОВ и осью ОХ -. Таким образом, угол наклона штифта ОВ к касательной поверхности барабана составляет 1800 -, который обозначим через.

Для случая обозначим относительную силу реакции опоры

–  –  –

;

Запишем зависимость для расчета относительного ускорения волокнистого комплекса:

.

Итак, вытекающее отсюда граничное условие, которое разделяет два механических состояния волокнистого комплекса на штифте, выражается уравнением.

Условие сбрасывания волокнистого комплекса со штифта приобретает следующий вид:

(4.18) Преобразуем левую часть неравенства (4.18). Имеем ;,

–  –  –

(4.22) В итоге получаем неравенство относительно, которое определяет условие сброса волокнистого комплекса со штифта:

или

–  –  –

(4.24)

Из (4.24) последовательно получаем следующие неравенства:

; (4.25). (4.26)

–  –  –

(4.29) Соберем однородные члены неравенства в левой части (3.29) (4.30)

–  –  –

.

Из (4.30) получаем уравнение сброса волокнистого комплекса в общем виде:

(4.31)

Выражаем левую часть неравенства (4.31) через скорость витания волокнистого комплекса:

(4.32)

–  –  –

(4.33) где Блок-схемы алгоритмов для расчета условия движения волокнистого комплекса по поверхности штифта разрыхлителя-очистителя UNIclean B11 представлены на рис. 4.7. и 4.8.

–  –  –

Величина RБ принята равной 315 мм, длина штифта – 60 мм, а коэффициент трения волокон о поверхность штифта k = 0,36.

Граничные условия, определяющие величины скоростей витания волокнистых комплексов, которые могут двигаться вдоль поверхности штифта, находим из соотношения (4.23):

. (4.34)

–  –  –

. (4.38) Второй корень квадратного уравнения (4.34) не имеет физического смысла, потому что подкоренное выражение отрицательно.

Итак, в соответствии с представленными выше рассуждениями условие сбрасывания волокнистого комплекса со штифта вдоль поверхности последнего выполняется, если его скорость витания клочка отвечает следующему условию:

или. (4.39) На рис. 4.11 представлен график зависимости от при. Исходя из условия (4.33), только те волокнистые комплексы будут Рис. 4.7. Алгоритм для определения коэффициентов уравнения при расчете граничной скорости витания волокнистых комплексов в общем случае Рис. 4.8. Алгоритм для определения коэффициентов уравнения при расчете граничной скорости витания волокнистых комплексов при

–  –  –

Рис. 4.10. График зависимости С от и Б сбрасываться со штифта (вдоль его поверхности), скорости витания которых расположены над графиком зависимости от. Как следует из графика на рис. 4.11 максимальное расчетное значение граничной скорости витания клочка составляет около 0,16 м/с.

Поскольку скорости витания волокнистых комплексов на выходе из разрыхлителя-очистителя UNIclean B11 лежат в диапазоне от 0,34 м/с до 1,24 м/с, то на конечном участке винтового движения воздушно-волокнистого потока происходит сброс всех волокнистых комплексов с поверхности штифтов.

<

–  –  –

4.6.1. Вывод уравнения движения волокнистого комплекса вдоль поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P Отметим, что разработанная методика применима для анализа процесса разрыхления в разрыхлителе-очистителе. В качестве частного случая рассмотрим механическое состояние волокнистого комплекса на колке разрыхлителя-очистителя, когда последний расположен по радиусу, то есть в (4.16), когда = 0° и 0,5. Схема действия сил на волокнистый комплекс, находящийся на колке, представлена на рис. 4.12. Отметим, что Va, X = 0. В этом случае сила реакции опоры определяется по формуле

–  –  –

4.6.2. Расчет условия движения волокнистого комплекса вдоль поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P Высоту колка обозначим через hк. Полагаем, что для разрыхлителяочистителя RБ = 250 мм, hк = 10 мм. Считаем, что центр масс волокнистого комплекса расположен на колке на расстоянии hком от поверхности барабана.

При этом в силу существования различных случайных факторов волокнистый комплекс после столкновения с колком может сброситься с колка в следующих двух вариантах его механического состояния:

1) сброс происходит после продвижения волокнистого комплекса вдоль части колка;

2) волокнистый комплекс преодолевает путь, равный длине колка.

Рассмотрим отношение величины центробежного ускорения к величине ускорения свободного падения: ац 2 RБ / g. На рис. 4.13 показан график зависимости от частоты вращения барабана nБ.

Как следует из характера зависимости ац от nБ величина центробежного ускорения 2 ( RБ z ) значительно превышает величину ускорения свободного падения g :

–  –  –

Рассмотрим условие сброса волокнистого комплекса с поверхности колка. Положим, что в момент сброса скоростью волокнистого комплекса вдоль оси Ох можно пренебречь. Поэтому принимая во внимание, что центр масс волокнистого комплекса расположен на расстоянии z от поверхности барабана, полагаем, что составляющая по координате OY скорости волокнистого комплекса Vком,Y ( RБ z ). Поэтому полученное уравнение приводится к виду

–  –  –

Графики зависимости значений Vв ит от z, которые вычислены согласно (4.44) для n = 500 мин-1 и n = 800 мин-1 представлены на рис. 4.14 и 4.15. Согласно расчетам максимальное значение граничной скорости витания не превосходит 0,15 м/с. Диапазон же скоростей витания волокнистых комплексов на выходе из разрыхлителя-очистителя начинается со значения 0,34 м/с. Отсюда следует, что волокнистые комплексы после столкновения с колком начинают движение вдоль поверхности колка. Далее в силу различных случайных воздействий может происходить сброс волокнистого комплекса. Причем точка сброса не может быть определена точно и является случайной величиной.

Поскольку условие (4.44) выполняется во всем диапазоне изменения скоростей витания волокнистых комплексов, обрабатываемых в разрыхлителе-очистителе (напомним, что этот диапазон находится в пределах от 0,34 м/с Рис. 4.14. График зависимости граничных значений скоростей витания волокнистых комплексов при их сбросе с колков разрыхлителя-очистителя (n = 500 мин-1, RБ = 0,25 м, hк = 0,1 м) Рис. 4.15. График зависимости граничных значений скоростей витания волокнистых комплексов при их сбросе с колков разрыхлителя-очистителя (n = 800 мин-1, RБ = 0,25 м, hк = 0,1 м) до 1,24 м/с), то волокнистые комплексы после неупругого столкновения с колком барабана разрыхлителя-очистителя, приобретают на колке ускорение, направленное радиально. Далее волокнистые комплексы движутся с ускорением вдоль поверхности колка и в силу различных случайных причин теряют контакт с колком. В момент сброса волокнистый комплекс приобретает помимо окружной скорости еще и радиальную скорость. Таким образом, при расчете траекторий движения волокнистых комплексов в камере разрыхлителя-очистителя необходимо учитывать, что после сброса с колков их начальная скорость слагается из двух компонент - радиальной и окружной.

4.6.3. Решение уравнения движения волокнистого комплекса вдоль поверхности колка разрыхлителя-очистителя CL-P Подставим в уравнение (4.42) выражение для. Далее рассмотрим движение волокнистого комплекса вдоль поверхности колка, которое описывается следующим уравнением:

–  –  –

.

Следовательно, Очевидно, что расстояние, которое преодолевает волокнистый комплекс при своем движении вдоль колка, в силу действия различных случайных факторов мало по сравнению с, то есть имеет место соотношение. Следовательно,.

–  –  –

.

Решение полученного линейного дифференциального уравнения в соответствии с методом, изложенным в [92, 93] имеет следующий вид:

.

Следовательно,.

(4.48) Ранее рассмотрели разрыхление как сумму двух процессов. Во-первых, процесс ударного воздействия колков на волокнистый комплекс и, вовторых, процесс растаскивания волокнистого комплекса на колосниковой решетке. При этом не рассматривался процесс перемещения волокнистого комплекса к колосниковой решетке. То есть должен быть рассмотрен еще один процесс, а именно процесс перемещения волокнистого комплекса в направлении колосниковой решетки. В литературных источниках этот процесс также не рассматривался. В настоящей работе рассматриваются физические принципы, на основе которых происходит процесс перемещения волокнистого комплекса от рабочей поверхности барабана к колосниковой решетке. Выведенная зависимость (4.48) показывает, что после удара о колок волокнистый комплекс движется вдоль поверхности колка с ускорением в радиальном направлении, то есть в направлении к колосниковой решетке. Следовательно, колок является рабочим органом для выполнения операции по перемещению волокнистого комплекса к колосниковой решетке.

Определить из этого уравнения можно с помощью численных методов. Приближенную формулу для расчета найдем из с помощью разложения в ряд по степеням t [92, 93]:

.

–  –  –

(4.50) Полученная зависимость (4.50) позволяет рассчитать положение волокнистого комплекса на колке в зависимости от угла поворота колка.

Расчеты по формуле (4.48) показывают, что с увеличением радиуса барабана возрастает скорость волокнистого комплекса вдоль поверхности колка и его перемещение вдоль поверхности колка согласно (4.49) увеличивается. То есть увеличение радиуса барабана разрыхлителя-очистителя интенсифицирует процесс перемещения волокнистого комплекса к колосниковой решетке.



Pages:   || 2 |



Похожие работы:

«ISBA/16/C/6 Международный орган по морскому дну Совет Distr.: General 5 March 2010 Russian Original: English Шестнадцатая сессия Кингстон, Ямайка 26 апреля — 7 мая 2010 года Предложение...»

«ТОКАРНЫЙ СТАНОК BD-11W GB Operating Instructions D Gebrauchsanleitung F Mode demploi RUS Инструкция по эксплуатации Walter Meier AG WMH Tool Group AG, Bahnstrasse 24, CH-8603 Schwerze...»

«Страница 1 из 5 CODEX STAN 130-1981 СТАНДАРТ КОДЕКСА НА СУШЕНЫЕ АБРИКОСЫ CODEX STAN 130-1981 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 1. Настоящией стандарт распространяется на сушеные плоды Armeniaca vulgaria Lam. (Prunus armeniaca L.), подвергнутые соответствующей технологи...»

«Души усталой струнный крик Музыкальная встреча для учащихся 9 11 классов Автор: Арасланова Л. З. Главный библиотекарь отдела инноваций, развития и связей с общественностью Кировской областной библиотеки для детей и юношества им. А.С. Грина. 2014 год Души усталой струнны...»

«УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВИАЦИОННОГО И РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ САМОЛЕТА П2002 "СИЕРРА" Преподаватель Уральского УТЦ ГА Тетерин В.И. г.Екатеринбург 2010г.3. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ И ЭЛЕКТРОСНАБЖ...»

«Автомобильная охранная система с дистанционным управлением и 2-сторонней связью ALLIGATOR D-830 ИНСТРУКЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Стандартные функции системы: Трехкнопочный программируемый брелок-передатчик (возможность программирования 2 передатчиков) 4-кнопочный брелок-передатчик с 2-сторонней связью (возможность программирования 2 пере...»

«2007 ПРОБЛЕМЫ АРКТИКИ И АНТАРКТИКИ № 77 УДК 551.46.467 Поступила 10 октября 2007 г. ТОРНАДОПОДОБНАЯ СТРУКТУРА ПОД АЙСБЕРГОМ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ Л.Г.ПИСАРЕВСКАЯ1, В.А.ВОЛКОВ2 – Русское Географическое общество, Санк...»

«муниципальное казенное дошкольное образовательное учреждение города Новосибирска "Детский сад №74 комбинированного вида "Непоседы" СОГЛАСОВАНО Старший воспитатель МКДОУ д/с 74 "Непоседы" _ Медведева О.М. Рабочая программа Второй младшей группы общеразвивающей направленности №2 Воспитатели: Матес...»

«Атом для мира Информационный циркуляр INFCIRC/777 27 января 2010 года Общее распространение Русский Язык оригинала: английский, французский Соглашение между Центральноафриканской Республикой и Международным агентством по атомной энергии о прим...»

«ВЛАДИМИР ТЕНЕТКОВ В ШЕЛЕСТЕ БЕРЁЗ стихи Арзамас АГПИ УДК 882 ББК 84 (2Рос=Рус)6 Т 33 Редакционная коллегия А.А. Исаков, Б.С. Кондратьев, И.В. Кудряшов, Ю.А. Курдин Тенетков В.Ю. Т 33 В шелесте берёз: стихи / Владимир Тенетков. – Арзамас:...»

«Акафист преподобному отцу нашему Савве, игумену Сторожевскому, Звенигородскому чудотворцу Кондак 1 Избранный от Воеводы и Господа воинств небесных, преподобне отче наш Савво, силою креста Господня п...»

«Рабочая программа по модулю "Кардиология" Разработчики рабочей программы 1 Галин Павел Юрьевич 2 Губанова Тамара Геннадиевна 3 Исаев Марат Равильевич 1. Трудоёмкость модуля № Тип занятия Часы 1 Лекции 76,00 2 Практические занятия 184,00 3 Семинары 118,00 Общая трудоёмкость (в часах) 378,00 2. Цели и задачи модуля Цель Комплексная...»

«Приложение к свидетельству № 49268 Лист № 1 об утверждении типа средств измерений всего листов 4 ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Аэрологические радиозонды комплексного зондирования АК2М, АК2с Назначение средства измерений Аэрологические радиозонды комплексного зондирования АК2М, АК2с предназначены для измерений тем...»

«В о змездие во имя справедливости на поднять Россию, очистить ее от зла. "Единением и лю бовью спасемся", – напутствовал подвижник и святой Земли Русской Сергий Радонежский великого князя Дмитрия Дон ского на битву с врагом. Только надежда на победу Добра и Справедливо...»

«С. В. Костелянец (Институт Африки РАН) сАнкцИИ оон, кАсАющИеся ПостАвок оружИя в зону дАрфурского конфлИктА, И ПрИчИны Их неЭффектИвностИ Дарфур — обширный регион на западе Судана, занимающий примерно четверть территории страны и гранич...»

«Аркадий Ипполитов Только Венеция. Образы Италии XXI Текст предоставлен издательством http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=6737725 Только Венеция. Образы Италии XXI / Аркадий Ипполитов: КоЛибри, Азбука-Аттикус; Москва; ISBN 978-5-389-08064-5 А...»

«ПИСЬМА Н. И. КРИВЦОВА КЪ ЕГО МАТЕРИ. Изъ.ДЦукинекаго сборника“, тома Ш-го, стр. 273, гд означено: „Мтн письма подарены мн полковником!, Яковомъ Николаевичем!, Обуховымъ“. Т1. И. ІЦукннъ пе­ чатает!. собранный имъ бумаги съ сохраненіемъ иравонпсанія подлинников!. Умный и внолн просвіценн...»

«УДК 681.3 А.Е.Люлькин Функциональная верификация дискретных устройств с использованием логического программирования Приведены описания дискретных устройств (комбинационных и последовательностных схем) совокупностями предикатов, позволяющие выполнить их функциональную верификацию (установить функциональное соответствие некоторому исходному...»

«Оглавление Похвальные отзывы об оракуле.......................... 7 Об авторе-художнике.................................... 9 Благодарности.......................................... 11 Предисловие.................................»

«Компактная мобильная радиостанция FT – 2800M Инструкция по эксплуатации Радиостанция Vertex Standard FT – 2800M Введение FT-2800M новая FM радиостанция, обеспечивающая высокую выходную мощность и отличные характеристики приема в радиолюбительском диапазоне 144 МГц. Основные особенности радиостанции FT-2800M: выходная мощно...»

«П 'Si/* As U v С ИАЭ-5736/5 Л.П. Абагян, А.Е. Глушков, Е.А. Гомин, М.А. Калупш, Л.В. Майоров, М.С. Юдкевич ПРОГРАММА MCU-3 ДЛЯ РАСЧЕТА МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЯДЕРНЫХ Р...»

«Евгений Робертович Баранцевич Владислав Эдуардович Мешалкин Славянская гимнастика. Свод Здравы Стрибога. Свод Здравы Макоши Издательский текст http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=181906 Славянская гимнастика. Свод Здравы Стрибога. Свод Здравы Макоши: Питер; СПб.; 2009 ISBN 978-...»

«Министерство образования и науки РФ Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет Гуманитарный факультет кафедра востоковедения Вос...»

«С.Н. Мещеряков Добрица Чосич. Писатель, политик, человек Аннотация: В статье представлен жизненный путь сербского прозаика До­ брица Чосича, академика Сербской Академии наук и искусств, президента Союз­ ной республики Югославия в 1992–1993 гг.; представлены основные вехи его творческой судьбы; охарактеризованы на...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.