ИССЛЕДОВАНИЕ НАТЯЖЕНИЯ ШЕЛКОВЫХ НИТЕЙ ПРИ ПЕРЕМАТЫВАНИИ

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты исследования влияния линейной скорости перемотки и веса груза на мотовиле на натяжение перематываемой шелковой нити. Приведены экспериментальные результаты анализа влияния линейной скорости на уровень натяжения нити при перематывании шелковой нити.

ABSTRACT

This article presents the research results of the effect of the linear winding speed and the weight of the load on the reel on the tension of the wind silk thread. Experimental results on the effect of linear speed on the level of thread tension during silk thread winding are presented.

Ключевые слова: Натяжение, шелк, намотка, скорость  намотки, бобина, структура бобины.

Keywords: Tension, silk, winding, winding speed, reel, structure of bobbin.

Вопрос об определении оптимальной скорости сматывания шелковых нитей с мотовила является актуальным для всех отраслей шелкового производства, где они используются. Выбор скоростного режима подачи нити (ее сматывания с мотовила) в рабочую зону машин зависит от многих факторов, и правильное его определение позволяет, в каждом конкретном случае, обеспечит высокую экономическую эффективность процесса, высокую производительность труда и оборудования, а также высокое качество выпускаемой продукции.

Выбор скоростного режима сматывания нитей с мотовила зависит от:

• требуемой линейной скорости подачи нити в рабочую зону машин, для обеспечения нормального протекания технологического процесса, то есть соразмерно с ее потреблением (шитья, вязания, снования, прокладки в зеве на ткацких станках, прядения, перемотки и т.д.);
• прочностных характеристик нити (разрывной нагрузки одиночной нити, вида волокнистого материала и т.д.);
• структуры намотки нитей на катушке (взаимного расположения витков в слоях намотки, удельной плотности намотки, формы и размеров паковки и т.д.);
• состояния технологического оборудования, уровня его автоматизации, объема затрат электроэнергии на переработку 1кг нити и т.д [1-2].

Как отмечалось ранее [3] правильно выбранная скорость сматывания нити с мотовило во многом обеспечивает стабильность технологических процессов выработки текстильных изделий или полуфабрикатов. Постоянство скорости и величины натяжения нити при сматывании являются одними из главных требований предъявляемых к мотальным паковкам, так как эти параметры определяются структурой намотки мотальных паковок их формой и направлением сматывания (с наружной или внутренней поверхности паковки). Особенно важно обеспечить постоянство скорости сматывания нити с паковки и ее натяжения при работе на малых скоростях.

В технологии переработки текстильных материалов процесс перематывания имеет большое значение для эффективности дальнейших технологических процессов производства.

Основным параметром процесса перематывания нитей является их натяжение. Натяжение нитей при перематывании зависит от натяжения нити в баллоне, от действия сил трения в натяжном приборе и направляющих элементах. Одним из основных требований к процессу перематывания является равномерность натяжения. Натяжение устанавливается в зависимости от рода волокна, и оно не должно вызывать изменение физико-механических свойств нитей.

Анализ современного состояние исследований процесса перематывания нитей натурального шелка показывает, что основной причиной низкого качества подготовки нитей к ткачеству, в результате которой обрывность нитей в ткачестве 5-6 раз больше, чем при переработке других натуральных волокон, является несовершенство технологии и оборудования приготовительно- ткацкого производства. Это усугубляется тем, что процесс перематывания, в силу особенности подготовки нитей натурального шелка, повторяется неоднократно и на разном оборудовании [4].

Перематывание может производиться с неподвижных и вращающихся катушек. В настоящее время перематывание производится на машинах МШ-3 и М-210-ШЛ с вращающего мотовила, при этом скорость перематывания мала и не превосходит 150 м/мин. Наматывание производится на катушки малого объема, что требует их частой замены в сновании.

Как указывается в учебнике В.А. Гордеева и др. [5], приближенно величину натяжении нити при сматывании ее с мотков можно вычислить по формуле:

                                                                         (1) 

где  Q – масса груза, сН ;

– коэффициент трения между хомутиком и ступицей;

– радиус ступицы, мм;

– радиус намотки в точке сматывания, мм.

В этой же работе проф. В.А. Гордеев пишет, что в момент разгона мотовила (при пуске машины) нить испытывает дополнительное натяжение Т₁, величину которого можно определит по формуле:

                                                                      (2)

Где, I – момент инерции мотовила;

ε – угловое ускорение мотовила во время разгона.

Анализируя формул (1) и (2) следует отметить, что в них не учитывается скорость перематывания, переменное значение ряда факторов, влияющих на натяжения нити. Как отмечает сам автор, они являются весьма приближенными.

В учебнике Ф.М. Розанова, П.В. Власова и др. предлагается более подробная, учитывающая и скорость перемотки, формула для определения натяжения нити:

,                                                  (3)

где  Т – натяжение нити, Н;

V – скорость движения нити, м/с

α – угол поворота мотовила при сходе нити;

F_ТР – сила сопротивления вращению мотовила, Н.

Первая часть этой формулы характеризует величину динамической составляющей натяжения, где учитывается переменное значение радиуса сматывания R, скорость перемотки V и момент инерции мотовила с мотком. Вторая часть характеризует величину статической составляющей натяжения нити, возникающей вследствие торможения мотовила.

Наиболее подробный анализ натяжения нити при сматывании с мотков сделан в работе В.А. Усенко [2]. Автор указывает, что натяжение нити при сматывании с вращающейся паковки зависит от суммы тех сопротивлений, которые преодолевает нить, вращая паковку. Эти сопротивления слагаются из статического натяжения, возникающего вследствие постоянно действующих сил сопротивления со стороны мотовила (вес мотовила, мотка и тормозного грузика); и динамического натяжения, возникающего вследствие сил инерции, которые появляются при размотке мотков с многогранных мотовил.

Для определения статического натяжения В.А. Усенко предлагает следующую формулу:

                                                          (4)

Как указывает проф. В.А. Усенко, чем больше спиц на мотовиле, тем меньше максимальное статическое натяжение. С увеличением числа спиц разница между Т_{с мiн} и Т_{с мах} уменьшается, и натяжение нити при сходе с разных точек мотовила становится равномерным. Разница между Т_{с мин} и Т_{с мах} в зависимости от числа спиц мотовила, составляет для шестигранного мотовила 15%, а для восьмигранного - 8%.

Далее предлагается формула для определения динамической составляющей натяжения нити:

                                                   (5)

Анализируя формулы (4) и (5) в учебнике С.Д. Николаева [6], можно отметить, что в них не учитывается трение между хомутиком и грузом, и как указывает сам автор, не учитывается влияние упругих свойств нитей на  их натяжение и расположение мотка на мотовиле.

Как показывает краткий анализ имеющейся литературы, ни одна из них приведенных формул, полностью не отражает условия сматывания нитей с вращающихся катушек. Основной причиной обрывности на этих машинах является неравномерность натяжения в период разгона и останова машины [6-9].

Целью проведения экспериментальных исследований является определение оптимальных значений натяжения шелковых нитей при перематывании их на катушки с поверхности мотовил, определение зависимостей влияния таких параметров как, скорость перемотки и вес тормозного груза. Эксперименты проводились на шелкомотальной машине Nakagosh Kanarawa Model MT-85-01 (Япония) с диапазоном скоростей от 55 до 200 м/мин.

С целью определения закономерности изменения натяжения шелковых нитей, сматывающихся неподвижных мотовил на машинах Nakagosh Kanarawa Model MT-85-01 (Япония), нами проведен эксперимент в процессе, которого регистрировали характер изменения и среднюю величину натяжение шелковых нитей с линейной плотностью 2,33 текс по мере срабатывания входной паковки. Измерения проводили методом тензометрии. Измерительная схема приведена на рис.1.

Рисунок 1. Технологическая схема процесса перематывания нити
1-рычаг, 2-груз, 3-мотовило, 4-нить, 5-нитенатяжитель, 6–измерительный прибор натяжения нити, 7-нитеводитель, 8-катушка, 9-шкив, 10- датчик холла, 11-блок питания датчика холла, 12-тензометрический усилитель, 13-цифровой преобразователь ЛТР-154

Для проведения экспериментальных исследований били приняты следующие  параметры машины:

• натяжение наматываемой нити, сН;
• частота вращения мотовила, об/мин;
• ход нити раскладчика, мм.

Датчики контроля выбранных параметров и места их установки приведены на рисунке 1. Для определения начало перемещения нити раскладчика установлен датчик перемещения, который определяет положение нити по отношению к катушке. Нагрузка на тормозную ленту на мотовиле осуществлялась при помощи подвешенных грузиков на втулке посредством тесьмы, огибающей ступицу. Полученные результаты фиксировались на осциллограммах в виде записей диаграмм (рис.2). На осциллограммах также отражены частота регистрации сигналов с точностью до 10 Кгс. В промежутке времени 0,1 сек. Что обеспечивало высокую точность измерения по отношению к измеряемому параметру [10].

Рисунок 2. Осциллограмма записи изменения натяжения нити в процессе намотки ее на катушку

При проведении эксперимента влияния массы груза, приложенной на оси мотовила на динамику изменения натяжения нити, скорость перематывания поддерживалась постоянной. Скорость перематывания нити составляла V=100 м/мин. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Изменение натяжения нити от скорости перематывания нити

Как следует из таблицы 1, с увеличением массы груза на мотовило в пределах от 40 до 300 гр натяжение нити увеличивается. При увеличении массы груза в 1,8 раз натяжение нити увеличивается в 2,4 раза. Это показывает, что натяжение нити изменяется нелинейно [11-12].

На процесс перематывания натяжения нити также влияет скорость перематывания нити на катушке. Экспериментальные данные по влиянию скорости перематывания нити на натяжения нити представлены на рис. 2. Масса груза придерживалась постоянной для всех вариантов (Q=70 гр). По данным эксперимента построены графики зависимости натяжения и скорости перематывания нити (рис.2).

Рисунок 2. Зависимость натяжения и скорости перематывания нити

При перематывании нити с мотовила на катушке при различной скорости перематывания нити натяжение нити изменяется нелинейно. С увеличением скорости перематывания в 3,6 раза натяжение нити увеличивается в 2,3 раза.

Для обеспечения цилиндричности поверхности паковки и удельной плотности намотки на катушке необходимо установить оптимальные скорости и массу груза для поддержания одинакового и постоянного натяжения нити в процессе сматывания с мотовила до конца.

Выводы

Найдена зависимости между натяжением перематываемой нити, скоростью перематываемой нити и массой груза на мотовила. Определено изменение натяжения нити линейной плотностью 2,33 текс при перемотке с мотовила на катушку на мотальной машине Nakagosh Kanarawa Model MT-85-01 (Япония) с грузовым натяжным прибором. Оптимальной скоростью сматывания нити с мотовила следует считать ту, при которой будет обеспечена максимальная производительность труда при минимальном количестве отходов (угаров) нити.

Список литературы:

1. Ишматов А.Б. Совершенствование технологии получения и подготовки нитей натурального шелка к ткачеству. Дисс. докт. техн. наук. - М: МТИ, -2013 . -406 с.
2. Гордеев В.А., Ткачество. / В.А. Гордеев, П.В. Волков. //Гизлегпром. 1958. – 541 с.
3. Усенко В.А. Шелкокручение: учебник. / В.А. Усенко. – М.: Легкая индустрия. –1969, – 320 с.
4. Николаев С.Д. Теория процессов, технология и оборудование подготовительных операций ткачества. / С.Д. Николаев,
5. Р.И. Сумарукова, С.С. Юхин, П.В. Власов. // – М.: Легпромбытиздат. 2006. – 301 с.
6. Назарова М.В. Исследование натяжения нитей в технологическом процессе перемативания с учетом их вязкоупругих параметров // Современние проблеми науки и образованиЙ. –2009. –№ 5.
7. Брут-БрулякоА.Б. Влияние скорости перемативания нанатяжение лняной пряжи в вершине баллона. /Брут-БрулякоА.Б., СтупниковА.Н. // Всероссийская научно-техническая конференция «Текстиль 21 век» : тез. докл. научно-техн. конф. МГТУ Москва, 2002.
8. Yarn Tension Control of Winding Machine Using Active Tensioner.Journal of Institute of Control, Robotics and Systems Vol. 14, No. 9, September 2008.
9. Щербаков В.П., Заваруев В.А., Полякова В.И., Гончарова О.А., Панин А.И. Теория и критерии устойчивости нити при вязании.// Известия Вузов. Технология текстилььной промышленности №4. 2013.).
10. B.Baymuratov, R. Akbarov, R.Yangiboev, Sh. Mengnarov, J. Khasanov Development and research of flexible fabric electric heaters. AIP Conference Proceedings 2430, 030006 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0077855 Published Online: 24 January 2022        3/1.  
11. Хакимова М.А., Қулабдуллаева М., Эшмирзаев А., Изменение натяжения шелковых нитей от скорости перематывания. Текстильный журнал Узбекистана №3 2021г. 67-75 стр.         
12. Баймуратов Б.Х., Даминов А.М., Янгибоев Р.М.,Узаков У.Т. Исследование натяжения нитей различного волокнистого состава в процессе перематывания. Текстильный журнал Узбекистана. №1 2021г. стр. 54-61.