ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В КАНАЛЕ ТРАНСПОРТИРОВКИ ДИСКРЕТНЫХ ВОЛОКОН

АННОТАЦИЯ

В статье предложен усовершенствованный транспортный канал для подачи потока дискретных волокон в прядильную камеру пневмомеханической прядильной машины. В отличие от существующих конструкций, канал имеет шестигранную форму и наклонен под углом к выходу, что устраняет нежелательные вихри и обеспечивает равномерную параллелизацию, а также выпрямление концов волокон. Исследовано влияние скорости воздушного потока и угла наклона канала на равномерность и непрерывность потока, выведены соответствующие уравнения движения потока волокон и построены графики. Определены оптимальные параметры: скорость воздуха ϑ₂=25 m/s, угол наклона α₂=20°, площадь канала на входе S₂=15 sm², на выходе – S₂=5 sm². Усовершенствованная конструкция обеспечивает стабильную и качественную подачу волокон в прядильную камеру.

ABSTRACT

The article proposes an improved fiber guide channel for the supply of an opened individual fibers flow to the rotor of a rotor spinning machine. Unlike existing designs, the channel has a hexagonal shape and is inclined at an angle to the outlet, which eliminates undesirable vortices and ensures uniform parallelization as well as fiber end straightening. The influence of air flow speed and channel inclination angle on the uniformity and continuity of the flow has been studied, the corresponding equations of fiber flow motion have been derived, and graphs have been constructed. Optimal parameters have been determined: air speed ϑ₂ = 25 m/s, inclination angle α₂ = 20°, channel inlet area S₂ = 15 cm², and outlet area – 5 cm². The improved design ensures stable and high-quality fiber supply to the rotor.

Ключевые слова: волокно, пневмомеханическое прядение, транспортный канал, непс, ворсистость, воздушный вихрь, линейная плотность, разрывная нагрузка, пряжа

Keywords: Fiber, rotor spinning, transport channel, neps, hairiness, air vortex, linear density, breaking load, yarn.

Введение. Развитие текстильной промышленности в мире напрямую связано с совершенствованием прядильных машин. В настоящее время многие предприятия оснащены пневмомеханическими прядильными машинами, которые занимают лидирующие позиции в отрасли. Ведется активная работа по расширению ассортимента качественной пряжи, углублению локализации производства и повышению экспортного потенциала отечественных производителей. Особое внимание уделяется подготовке пряжи, разработке нормативных технологических параметров, оптимизирующих производственный процесс, а также созданию новых технологий и оборудования для прядения.

Цель исследования. Целью исследования является снижение ворсистости и неровноты пряжи за счет использования усовершенствованного транспортного канала для подачи дискретного потока волокон в прядильную камеру пневмомеханической прядильной машины.

Обзор литературы. За последние несколько десятилетий зарубежные ученые провели множество исследований, направленных на улучшение качества ОЕ пряжи и оптимизацию воздушного потока в транспортном канале пневмомеханической прядильной машины [1]. Среди них можно отметить работы Kwasniak J., Matsumoto YI., Cheng K.B., Lawrence C.A., Chen K.Z., Eskandarnejad S.A., Zhang L.H., Kong L.X., Lin H., Zeng Y.

При пневмомеханическом прядении транспортный канал, подающий дискретный поток волокон в прядильную камеру, играет ключевую роль в параллелизации и выпрямлении концов волокон [2]. Научные исследования зарубежных ученых показали, что при транспортировке дискретных волокон в прядильную камеру на входе канала возникают нежелательные вихри [3,4]. В результате этого волокна запутываются, образуя узелки, что нарушает равномерность потока и увеличивает вероятность обрывов в процессе прядения [5]. Для устранения этих недостатков проводились исследования, направленные на изменение площади и длины как входной, так и выходной частей транспортного канала [6,7].

Ученые C.A. Lawrence и K.Z. Chen проанализировали воздушный поток внутри камеры, используя высокоскоростную киносъемку для изучения движения волокон, отделенных от дискретизирующего барабанчика в транспортном канале. Анализ показал, что правильное направление воздушного потока в канале эффективно снижает образование вихрей [8]. Исследователи также отметили, что относительная скорость между воздушным потоком и поверхностью дискретизирующего барабанчика играет решающую роль в выпрямлении концов волокон и увеличении их параллелизации. В ходе исследований было установлено, что увеличение длины транспортного канала или уменьшение площади его входа может уменьшить нежелательные вихри, но не устранить их полностью [9].

Метод и материалы. Для устранения вышеуказанных недостатков была разработана новая конструкция усовершенствованного транспортного канала для потока дискретных волокон [10].

Рисунок 1. Общий вид транспортного канала

а) существующий транспортный канал. b) усовершенствованный транспортный канал

Отличие данного транспортного канала от существующих конструкций заключается в его шестигранной форме с ребрами, расположенными под углом к выходу. Такая конфигурация обеспечивает равномерную подачу потока волокон в прядильную камеру с их параллелизацией и выпрямлением концов за счет устранения нежелательных вихрей, образующихся на входе канала.

Для достижения поставленных целей и задач исследования были проведены теоретические эксперименты.

Рисунок 2. Схема усовершенствованного транспортного канала

Здесь: S₁, S₂ – площади соответственно на входе и выходе транспортного канала; ϑ – скорость движения потока воздуха дискретных волокон; L – длина транспортного канала; α - угол наклона транспортного канала.

Анализ результатов исследований. Проведен теоретический анализ движения потока дискретных волокон при транспортировке в прядильную камеру, получено уравнение его движения в транспортном канале (1).

Изучено влияние скорости воздушного потока и угла наклона транспортного канала на параллельность и равномерность движения волокон. С помощью программы Maple построены соответствующие графики (Рис. 3)

a                                                                     b

Рисунок 3. График движения потока волокон в транспортном канале в зависимости от времени при различных значениях скорости воздуха (а) и угла наклона (b)

скорость воздуха -   ; угол наклона   , .

Научные исследования показывают, что при различных скоростях воздушного потока волокна запутываются внутри канала, образуя узелки в процессе транспортировки. Для устранения этих недостатков были изучены поверхность транспортного канала на входе и выходе, а также влияние скорости воздушного потока при различных значениях. Получено уравнение силы сопротивления потоку дискретных волокон в усовершенствованном транспортном канале (2) и построены соответствующие графики (Рис. 4).

Рисунок 4. График зависимости силы сопротивления в транспортном канале от потока воздуха (c) и длины канала при различных значениях площади входной (d) и выходной (e) поверхностей

скорость воздуха    ; входная площадь канала ; выходная площадь канала      

На рисунке 4 представлен анализ изменения силы сопротивления движению потока волокон внутри транспортного канала. Экспериментально установлено, что стабильность и параллельность потока волокон в канале обеспечиваются при скорости воздушного потока  при этом площадь входной поверхности транспортного канала составляет , а выходной -

Вывод. Исследовано влияние скорости воздушного потока и угла наклона транспортного канала на параллельность и стабильность потока волокон. Площадь транспортного канала на входе и выходе, а также скорость воздушного потока определялись при различных значениях. Выявлены оптимальные технологические и геометрические параметры транспортного канала: скорость воздуха , площадь входа , площадь выхода . В результате удалось снизить уровень ворсистости и неровноту пряжи за счет устранения нежелательных вихрей, образующихся на входе в транспортный канал.

Список литературы:

1. A. Пирматов. Технология прядения. Ташкент 2021 г. С. 293-294.
2. Lin H, Zeng Y and Wang J. Computational simulation of air flow in the rotor spinning unit. Text Res J 2016; 86: pp 115–126.
3. Hwanki Lee. Qualitu control of Latest Spinning Process and Previntion of Textile Defects. Seoul, 2015
4. Lawrence CA and Chen KZ. A study of the fibre-transfer-channel design in rotor-spinning. Part II: Optimization of the transfer-channel design. J Text Inst 1988; 79: 393–408.
5. Kong LX and Platfoot RA. Fibre transportation in confined channel with recirculations. Comput Struct 2000; 78: 237–245.
6. Textile exchange, Materials Market Reports, 2024 september
7. Textile Research Journal - H.L, M Bergada, Y.Zeng, N.Akankwasa1, Y.Zhang and J. Wang - Rotor spinning transfer channel design optimization via computational fluid dynamics. March 2017.
8. Espacenet Patent search - DE19712881A –“Fiber guide device for connecting a sliver opening device with a rotor spinning housing in an open-end spinning apparatus” Heinz G.W. et. al. September 1999.
9. Lawrence CA and Chen KZ. A study of the fibre-transfer-channel design in rotor-spinning. Part I: the fibre trajectory. J Text Inst 1988; 79: 367–392.
10. Н.Камолиддинзода, С.Матисмаилов и др. IAP 7863 “Транспортирующий канал волокна пневмомеханической прядильной машины” 05.11.2024.