Анализ проблем пневмомеханического способа прядения и направления дальнейшего его развития

DOI: 10.32743/UniTech.2021.84.3-1.46-49

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрено направлений развития наиболее важными пневмомеханического прядения, представляются авторами совершенствование технологической схемы, дальнейшее увели­чение скоростей формирования пряжи, улучшение качественных и технологических показателей пряжи. Рассмотрено проблемы, решаемые при развитии выделенных в направлении пневмомеханического прядения.

ABSTRACT

The article discusses the development directions of the most important rotor spinning, the authors present the improvement of the technological scheme, further increase in the yarn formation speed, improvement of the quality and technological parameters of the yarn. The problems solved in the development of those allocated in the direction of rotor spinning are considered.

Ключевые слова: способ формирования пряжи; кольцевое прядение; пневмомеханический способ прядения; центрифугальный способ прядения самокруточное прядение; способы формирования бескруточной пряжи; однопроцеcсный и двухпроцессный способ формирования пряжи; аэродинамический и аэромеханический способ прядения; гидродинамический и гидромеханический способ прядения; пневмоэлектромеханический способ; формировочно-крутильное устройство.

Keywords: yarn forming method; ring spinning; rotor spinning; centrifugal spinning method; hand spinning; ways of forming a twistless yarn; one-process and two-process methods of yarn formation; aerodynamic and aeromechanical spinning methods; hydrodynamic and hydromechanical spinning methods; pneumo-electromechanical method; forming and twisting device.

Введение. Для современной текстильной промышленности одной из характерных тенденций остается стремление к повышению производительности технологических машин, путем увеличения их быстроходности, что ставит перед собой задачу снижения затрат электроэнергии в пневмомеханическом прядении, успешное решение которой требует систематизации накопленной информации для новых способов фор­мирования пряжи и конструкций формировочно-крутильных устройств, а так же уточнения ряда проблем, связанных с развитием способа формирования пряжи.

Из основных направлений развития пневмомеханического прядения наиболее важными представляются совершенствование технологической схемы, дальнейшее увеличение скоростей формирования пряжи, улучшение качественных и технологических показателей пряжи.

 Совершенствование технологической схемы осуществляется в основном в направлении улучшения конструктивно-аэродинамических параметров прядильных камер.

Из множества решений в этом направлении можно выделить следующие [1, 2, 3]:

-применение отсекателей различных конструкций с целью разделения зон ввода волокон в вывода пряжи;

-максимальное сокращение пути транспортировки;

-применение осевого питания, сосредоточенного в одной точке питания с при помощи отогнутой по плоской кривой и пространственной кривой трубок.

Основными путями увеличения скорости формирования пряжи в пневмомеханическом прядении являются повышение частоты вращения камер и создание устройств пневмомеханического прядения с разделением процессов формирования и кручения, причем преобладающей тенденцией является повышение частот вращения ФКУ. Так, если в начале 70-х годов машина БД-200 М 69 выпускалась для работы при частотах вращения ФКУ до 3,0·10 об/мин, а известен комплекс работ, показавших возможность перевода этих же машин на работу при частотах враще­ния камер до  3,0·10 об/мин [3].

В недавнем прошлом в ведущих научно-исследовательских организациях проведены работы по дальнейшему повышению скоростей формирования пряжи, в частности работы по созданию машин пневмомеханического прядения, работающих при частотах вращения ФКУ до  10·10⁴ об/мин и более. Подобные машины и опытные стенды изготовлены также ря­дом фирм зарубежных стран, причем фирма "Зюссен" (ФРГ) предлагает конструкцию, работающую при частотах вращения до (1,5-1,8) 10⁴ об/мин. Здесь следует отметить, что рентабельность пневмомеханического прядения зависит от соотношения цен на энергоносители и зарплаты [4]. При имеющейся общей тенденции на удорожение энергоносителей всех видов, сейчас пневмомеханическое прядение рентабельно при частотах вращения камер ФКУ до 10-12 об/мин причем при такой частоте вращения камер уже требуется введение автоматической присучки, автоматической очистки камер и автоматизации съема паковок. Повышение скорости формирования пряжи сопряжено с решением также других вопросов кон­структивного, технологического и экономического характера:

-создание экономичных конструкции ФКУ, обеспечивающих минимальный удельный расход электроэнергии;

-создание совершенных экономичных опор ФКУ, обеспечивающих надежную работу прядильных устройств при частотах вращения вплоть до 15,0·10⁴  об/мин;

-мероприятия, направленные на совершенствование конструкций и оптимизацию технологических процессов при повышенных частотах вращения ФКУ;

-создание устройств с раздельным формированием и упрочнением с целью увеличения скорости формирования пряжи, требующее решения задачи создания неподвижных или сравнительно малоподвижных формировочных органов.

Создание экономичных конструкций ФКУ, для повышенных частот вращения. Создание экономичных конструкций ФКУ, для повышенных частот вращения, обеспечивающих низкий удельный расход электроэнергии, основывается на результатах исследований вопросов энергетического баланса пневмопрядильных машин, в частности затрат мощности на преодоление аэродинамического трения, и в том числе на дисковое трение и создание наиболее экономичных в энергетическом отношении ФКУ [5, 7].

В частности, выявлено, что полные затраты мощности на работу ФКУ, зависят в основном от величины наружного диаметра и высоты камеры D и h и угловой частоты ее вращения  следующим образом:

                                                                       (1)

где A -постоянная, зависящая от геометрических параметров камеры.

Просмотренный материал показывает, что основными направлениями создания экономичных конструкций ФКУ для повышенных. частот вращения является [6]:

-уменьшение величины наружного диаметра камеры, обуслов ленное тем, что имеется сильная, носящая экспоненциальный характер зависимости потребляемой мощности от диаметра. Установлено, что уменьшение диаметра сборной поверхности камер с 67,5 мм до 45 мм позволяет снижать потребляемую мощность на 30%. Однако уменьшение диаметра приводит к определенным изменениям технологического процесса и остаются в силе установленным соотношениям для определения оптимального диаметра камеры в зависимости от длины перерабатываемого волокна и его штапельной диаграммы.

-создание оптимальных конструкций прядильных камер и вентиляционного кожуха;

-применение ФКУ с прядильной камерой с принудительным отсосом вместо камер-вентиляторов, имеющих низкий, порядка 0,1 КПД, однако малый удельный вес затрат модности на создание технологических потоков воздуха снижает эффективность этого направления.

Мероприятия, направленные на совершенствование конструкции и оптимизацию технологического процесса при повышенных частотах ФКУ. Как известно, к числу основных недостатков пневмомеханического прядения относятся пониженная прочность пряжи, в особенности на ее участке внутри прядильной камеры, обуславливающая довольно высоким уровнем обрывности, причем отрицательное влияние пониженной прочности на протекание технологических процессов возрастает с увеличением скорости формирования и с повышением частоты вращения ФКУ.

Как показали экспериментальные исследования и опыт эксплуатации пневмомеханических машин, основная часть обрывов пряжи происходит на участке внутри камеры между точкой съема прядильной ленточки и контакта с выводным каналом, где они имеют малую прочность из-за небольшой ее крутки. Таким образом, повышение прочности пряжи на ее участке внутри прядильной камеры представляет собой важную проблему. Рассмотрим основные пути решения этой проблемы:

-создание порогов крутки. Дело в том, что на участке пряжи, внутри камеры имеется некоторая крутка, образованная за счет сбегания от участка пряжи внутри выводной трубки, где она имеет номинальное значение, за счет упругих свойств пряжи. Сохранение некоторого значения крутки и обеспечит прочность пряжи на формируемой ее части. Смысл же создания порогов крутки в том, чтобы воспрепятствовать уходу крутки из данного участка вместе с выводимой пряжей. Наиболее распространенным решением является изгиб траектории движения пряжи при ее отводе из прядильной камеры. Такое решение использовано на машинах БД-330. Другим решением задачи является создание порога крутки для применения вмонтированного в пряжу выводную воронку подпружиненного шарика [5].

Имеются также предложения использовать в таких же целях стержень специальной формы [2].

-стягивание крутки со скрученного участка пряжи на формируемый. Стягивание крутки также способствует повышению прочности формируемого участка.

Характерное решение вопроса стягивания крутки приведено в устройстве по [5]. Здесь на поверхности пряже выводной воронки выполнена спираль, переходящая в винт, направление которых такое, что способствует стягиванию крутки  на формируемый участок пряжи. Тут следует иметь в виду, что создание порогов крутки также в определенной мере способствует стягиванию крутки на участке пряжи внутри камеры благодаря трению пряжи о поверхность порогов крутки под натяжением.

-улучшение условий сбегания крутки на участок пряжи внутри камеры из участка пряжи внутри пряже выводной трубки. Так как на участке пряжи внутри пряже выводной трубки она имеет номинальную крутку, часть ее, благодаря упругим свойствам пряжи, будет сбегать на формируемый участок. Однако интенсивному сбеганию крутки мешает порог крутки, поэтому основной идеей улучшения условий сбегания крутки является периодическое изменение точки контакта пряжи с порогом крутки. Такое решение в различных конструктивных исполнениях принято в [5], этой же цели служит выполнение пряже выводной воронки эксцентричной относительно оси вращения камеры, а также выполнение ее поверхности в виде различных плоских фигур, например, эллипса, с наклоном их плоскости к плоскости собирающей поверхности камеры,

-упрочнение участка пряжи внутри камеры ложной круткой. Ложная крутка может быть сообщена посредством вьюрка ложного кручения или обкатывание пряжи по некоторой поверхности. Применение вьюрков предусматривается в решениях [7], а применение поверхностей обкатывание - в решениях [6], причем в некоторых из них предусматривается применение колец из материалов с высоким коэффициентом трения.

-Повышение прочности пряжи на ее формируемом участке и оптимизация процесса прядения в целом могут способствовать и следующие мероприятия:

-повышение степени дискретизации волокнистого продукта;

-повышение степени распрямленности волокон;

-рационализация конструкции желоба прядильной камеры.

Создание неподвижного или малоподвижного формировочного органа. Эта задача решается за счет создания неподвижного формировочного органа в виде перфорированного конуса [5], сравнительно медленно вращающегося вакуумного валика или прядильной камеры, в которой кручение производится специальной крутильной трубкой.

Оригинальным является решение австрийской фирмы "Текстильмашинефабрик" [1], по которому ФКУ выполнен в виде двух сравнительно медленно вращающихся в одну сторону без соприкосновения перфорированных цилиндров, из полости которых непрерывно высасывается воздух патрубками.

Проблемы улучшения качественных и экономических показателей пряжи пневмомеханического прядения. Основными недостатками пневмомеханической пряжи по сравне­нию с кольцевой является пониженная ее прочность и повышенный коэффициент крутки. Причем понижение прочности доходит до 30%, а повышение коэффициента крутки для частичной компенсации снижения прочности составляет от 20% до 100% в зависимости от качественного состава волокон [7].

Рисунок 1. Технологическая схема пневмомеханического формировочно -крутильного устройства ДРЕФ

Эти недостатки наряду с ограничением скоростных возможностей способа ограничивают диапазон применения пневмомеханической пряжи, так как трикотажные изделия из этой пряжи получаются жесткими. Таким образом, повышение прочности пневмомеханической пряжи является главной проблемой ее качественных и технологических показателей.

Вывод. Таким образом, основной проблемой и ограничивающим фактором в дальнейшем увеличении скоростей формирования пряжи, в пневмомеханическом прядении, достигаемого за счет повышения частоты вращения ФКУ, является быстрое увеличение потребляемой мощности при этом, а также и снижение ресурса работы опор ФКУ, а основной проблемой в улучшении качественных и технологических показателей пневмо­механической пряжи - пониженная ее прочность и повышенный коэффициент крутки по сравнению с кольцевой пряжей. Причем значение фактора энергоемкости в последние годы сильно возросло из - за имеющейся стойкой тенденции к удорожанию всех энергоносителей за исключением некоторых возобновляемых их форм. Примечательным является то обстоятельство, что повышенный коэффициент крутки пневмомеханической пряжи является одним из факторов энергоем­кости.

Таким образом, уменьшение коэффициента крутки пневмоме­ханической пряжи с повышением ее прочности позволило бы решить комплексно проблемы как дальнейшего увеличения скоростей фор­мирования пряжи, так и улучшения качественных и технологичес­ких, ее свойств. На самом деле, формирование пневмомеханической пряжи с уменьшенным коэффициентом крутки имеет следующие преи­мущества:

- достижение значительного увеличения скорости формиро­вания пряжи без повышения частота вращения ФКУ;

- отсутствие повышения частоты вращения ФКУ при увеличе­нии скорости формирования пряжи обеспечивает снижение удельных энергозатрат в пневмомеханическом прядении;

- увеличение скорости формирования пряжи не будет сопровождаться нежелательным уменьшением диаметра прядильных камер;

- увеличение скорости формирования пряжи не потребует мероприятий по усовершенствованию опор ФКУ;

- преодоление двух основных недостатков пневмомеханической пря­жи – ее пониженной прочности и повышенного коэффициента крутки;

- расширение ассортимента вырабатываемой продукции, в частности в трикотажном производстве.

Список литературы:

1. Турбин Л.Т., Щукин А.И. Опорные устройства крутильно­формировочных камер пневмомеханических прядильных машин. Обзор. Машиностроение для текстильной промышленности. - М.: ЦНИИТЭлегпищемаш, I971.
2. Патент 15836C0 (Франция).
3. Павлов Г.Г. Аэродинамические основы безверетенных спо­собов прядения. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 168 с.
4. Лорд Л.Р., Прядение в 70-х годах. - М.: Легкая индустрия, - 128 с.
5. Лорд П.Р. Особенности структуры пряжи пневмомеханического прядения. Конструирование, Грин вилл штат Южная Каролина.- 1973. -№2.
6. Abduvaxidov Mubashshirxon, Muradov Akramjon, Sayidmurodov Mirzohid. Study of dynamics of the twisting process in pneumomechanical spinning in the presence of double false spinning. Acta of Turin Polytechnic University in Tashkent. 2020, Vol.10: Iss.3, Article7. Available at: https://uzjournals.edu.uz/actattpu/vol10/iss3/7
7. Muradov A.A., Sayidmuradov M.M. On some issues of tangential drive dynamics for turning body of pneumatic mechanical spinning device. Textile journal of Uzbekistan. Scientific – technical journal. 2020/2, c. 65-71