АНАЛИЗ НАТЯЖЕНИЯ НИТИ В УСТРОЙСТВАХ ФОРМИРОВАНИЯ БАЛЛОНА НА КОЛЬЦЕВЫХ ПРЯДИЛЬНЫХ МАШИНАХ

УДК 677.022.08.001.5

АННОТАЦИЯ

В данной статье анализируется значение натяжения пряжи в процессе формирования пряжи на кольцевой прядильной машине и его влияние на ключевые технологические и механические показатели. В процессе рассматриваются такие факторы, как кручение пряжи в результате вращения бегунка вокруг кольца, передача движения через шпиндель, а также образование цилиндра между направляющей нити и бегунком под воздействием центробежной силы. В исследовании обосновано, что многозначное натяжение нити является решающим фактором в технологии прядения пряжи из вторичных и химических волокон. В частности, установлено, что снижение натяжения пряжи приводит к уменьшению плотности намотки пряжи, что приводит к уменьшению массы пряжи и уменьшению коэффициента полезного времени, что представляет собой эффективность производства.

Полученные результаты исследований позволяют повысить качество пряжи и повысить эффективность производства за счет обеспечения оптимального натяжения в кольцевом прядении.

Установлено, что величина натяжения прямо пропорциональна линейной плотности нити, квадрату угловой скорости и параметрам, характеризующим высоту баллона, длину нити и расстояние от нижнего положения кольцевой планки до нитеводителя. Для анализа использованы данные численного эксперимента по определению натяжения нити в баллоне.

ABSTRACT

This article analyzes the importance of yarn tension in the yarn formation process on a ring spinning machine and its impact on key technological and mechanical indicators. In the process, factors such as twisting the yarn as a result of the runner's rotation around the ring, transmitting motion through the spindle, and the formation of a cylinder between the thread guide and the runner under the influence of centrifugal force are considered. The study substantiates that the multi-valued yarn tension is a decisive factor in the technology of spinning yarn from secondary and chemical fibers. In particular, it has been established that a decrease in yarn tension leads to a decrease in the density of yarn winding, resulting in a decrease in yarn mass and a decrease in the useful time coefficient, which represents production efficiency.

The obtained research results make it possible to improve yarn quality and increase production efficiency by ensuring optimal tension in ring spinning. It has been established that the tension is directly proportional to the linear density of the thread, the square of the angular velocity, and parameters characterizing the height of the cylinder, the length of the thread, and the distance from the lower position of the ring plate to the thread guide. The analysis is based on data from a numerical experiment designed to determine the tension of the thread in the cylinder.

Ключевые слова: Натяжения пряжи, вращения бегунка, вторичных и химических волокон, пряжи «Siro».

Keywords: Yarn tension, slider rotation, secondary and chemical fibres, “Siro” yarn.

Введение. В настоящее время в текстильной промышленности требуется производство пряжи средней толщины из восстановленных волокон, которые в большом количестве производятся на территории республики при производстве пряжи «Siro» которая считается ресурсосберегающим методом при производстве нового ассортимента продукции. Вторичные волокна в основном производятся путем переработки лоскутов и лоскутов швейно-трикотажных тканей. Была поставлена цель внедрения безотходной технологии и проведения опытно-экспериментальных работ, что является одним из актуальных вопросов сегодняшнего дня.

Эффективное использование швейных лоскутов после употребления и отходов трикотажных предприятий позволяет решить несколько технологических задач путем производства нового ассортимента смесовой композиционной пряжи «Siro» средней линейной плотности [1]. В данной научной работе за счет переработки отходов, сохранения природных волокон и сокращения технологических процессов прядильные предприятия могут получить новые виды продукции.

Предварительные экспериментальные работы проводились на машинах, установленных в учебно-производственной лаборатории кафедры «Технология шелка и прядения» при ТИТЛП.

Последовательность технологического процесса:

- Разрыхлительно-очистительный BO-C

- Смешивание CVT-3

- Аэродинамическая очистка Dustex SP-DX

- Чесание DC-903

- Ленточная машина I-II переход HSR 1000

- Ровничная машина Zinser-668

- Прядение Zinser-350

Теоретическая часть. В процессе формирования нити в кольцевой прядильной машине за один оборот бегунка вокруг кольца нить скручивается и под действием вращения веретена движение передается бегунку, на расстоянии между нитепроводником и бегунком нить образует баллон под действием центробежной силы [2-3].

Натяжение нити при получении пряжи из ровницы или ленты вследствие его многозначительности относят к основному фактору в технологии прядения хлопка и химических волокон. От натяжения нити зависит плотность намотки на початок. Так, при слабой намотке масса пряжи на початке уменьшается, что приводит к снижению коэффициента полезного времени (КПВ), связанного с нормой производительности через выработку продукции.

При уменьшении натяжения пряжи также снижается основная механическая характеристики-разрывная нагрузка пряжи вследствие уменьшения распрямленности волокон и степени их параллелизации в процессе формирования пряжи у порога крутки[4].

Натяжение нити на прядильных машинах предопределяет обрывность в слабых участках нити и поэтому определение факторов, оказывающих существенное влияние на натяжение, имеет большое научно-практическое значение. В целом, натяжение нити должно быть таким, что, обеспечивая достаточно большую плотность намотки на початок (0,4..0,55 г/см³), обрывность нитей при наматывании была бы минимальной.

Важно отметить то, что натяжение нити и образуемая форма баллона взаимообусловлены: натяжением нити определяется форма баллона и, в свою очередь, по форме баллона можно приблизительно оценить натяжение нити. При этом основными составляющими силы натяжения нити у нитепроводника и бегунка являются центробежные силы и сопротивления воздуха [5].

Кривая контура баллона зависит от условия наматывания, изменяющегося даже при постоянной частоте вращения веретен и определяемого рядом факторов: диаметр витка намотки (натяжение нити тем больше, тем меньше диаметр витка); наибольший и наименьший диаметры витка, влияющие на разницу между натяжениями нити и зависящую от увеличения высоты баллона; выпуклость баллона, увеличивающаяся с ростом диаметра витка намотки; разность натяжений нити в зоне бегунок-нитепроводник и в зоне бегунок-патрон [6].

Эффективным способом снижения натяжения нити на постоянную величину является уменьшение массы бегунков, а уменьшение дисперсии натяжения нити возможно с помощью тщательной взаимной установки веретен, колец, нитепроводников, пряжи высокого качества, а также при использовании регуляторов частоты вращения веретен. Так, регулируя частоту вращения веретен, можно снижать разницу между максимальным и минимальным натяжениями нити [7]. В моменты снижения натяжения нити следует увеличить скорость прядильной машины, а в критические моменты возрастания натяжения скорость машины можно уменьшить для сокращения обрывности.

Использование регуляторов частоты вращения веретен способствует увеличению производительности оборудования и труда за счёт снижения обрывности нити до 15-20%, а также повышению качества пряжи вследствие уменьшения числа присучиваний. Обрыв, как правило, происходит в сечении продукта, в котором разрывная нагрузка оказывается меньше натяжения. Поэтому натяжение нити, формируемое под влиянием режимных и технологических параметров машины, в конечном итоге отражается на выходе пряжи, что свидетельствует о важности его определения как в экспериментальном, так и теоретическом плане [8].

При формировании пряжи на кольцевой прядильной машине при вращении бегунка под действием пряжи и веретена на участке нитепроводник-бегунок пряжа образует баллон. Форма баллона, описываемая пространственной кривой, определяется суммарным действием на нить нескольких сил: центробежной, сопротивления воздуха, тяжести нити, Кориолиса (вследствие относительного и переносного движения нити при намотке на початок). Точное решение этой задачи получено А.П. Минаковым.

Результаты экспериментов. Для исследования влияния различных технологических и конструктивных факторов на форму нити в баллоне и её натяжение Q рассматривают простейшую модель формы баллона (плоский баллон), позволяющей определить натяжение нити в баллоне на кольцевой прядильной машине [9].

Рассмотрим равновесие баллона при следующих допущениях:

1) нить, образующая баллон, не искривляется в пространстве от сопротивления воздуха и лежит в вертикальной плоскости, т.е. форма нити в баллоне представляет собой плоскую кривую («плоский баллон»);

2) пренебрегаем силой тяжести нити и силой Кориолиса в виду их незначительной величины;

3) принимаем нить нерастяжимой и жестко закрепленной в точках O и Б (рис. 1,а).

Рисунок 1. Кривая баллона и силы, действующие на нить (а), с характером изменение натяжение (эпюра натяжения) нити Q_x в баллоне (б).

На рис. 1 изображен профиль баллона, образуемого при движении нити от нитепроводника (точка O) к бегунку (точка Б),  вращающемуся по кольцу с угловой скоростью ω.

Введем систему координат: начало координат с точкой O расположим в нитепроводнике, ось Ox направим вертикально по оси веретена, а ось Oy-перпендикулярно ей. Выделим элемент нити длиной ds, на который действуют силы реакций связей (натяжение на концах элемента) Q и Q+dQ, центробежная сила (сила инерции) dC самого элемента [10].

Условие равновесия элемента нити длиной ds имеет вид (рис. 1):

                                        (1)

Проецируя силы на оси координат, получаем следующую систему уравнений равновесия элемента нити:

                                    (2)

                           (3)

Из уравнения (2) системы следует, что dQ_x=0, т.е.

В соответсвие с уравнением (3) имеем

                                                  (4)

Таким образом, горизонтальные проекции силы натяжения Q обоих концов элемента нити в баллоне отличаются одна от другой на величину центробежной силы, действующей на данный элемент и равной

                                             (5)

где m-масса единицы длины нити, мг/м;

y-радиус вращения элемента, м;

ω-угловая скорость нити в баллоне вокруг оси Ох, с^-1.

Элемент нити длиной ds равен

                      (6)

так как

,

то получим выражение

                                       (7)

После подстановки в уравнение (4) зависимостей (5), (6) и (7), получаем

                                       (8)

обозначив

                                                      (9)

уравнение (8) принимает вид

                                          (10)

и, если пренебречь сравнительно малой величиной в (10), получим окончательно

                                                   (11)

Минимальное значение силы натяжения нити Q в баллоне имеет место, когда горизонтальная составляющая силы натяжения Q_y=0 и поэтому Q=Q_min=Q_x за счет разности центробежных сил, равной нулю. В целом натяжение нити в баллоне можно найти из соотношения

                                    (12)

из которого следует, что характер изменения натяжения нити в баллоне схематично соответствует кривой Q(x) (рис. 1,б), представляющей эпюру распределения силы натяжения вдоль нити с учетом ее вертикальной и горизонтальной составляющих [11-12].

Для удобства проведения численного эксперимента используем следующую формулу:

cH                                            (13)

где Т-линейная плотность пряжи, текс (мг/м);

ω-угловая скорость нити, с^-1;

x=x_max-максимальная координата, соответствующая минимальному значению силы натяжения нити в баллоне, М.

С учетом сопротивления воздуха натяжение нити будет на 6-10% больше, чем расчитанное по формуле (13). Натяжение нити тем больше, чем больше центробежная сила нити С и, следовательно, чем больше масса единицы длины нити m (линейная плотность нити Т) и её угловая скорость ω.

Важно отметить, что в структурном плане формула натяжения нити при сматывании с бобины и движении в направлении петлеобразующих органов при вязании [13] идентична зависимости (13):

                                    (14)

где µ-линейная плотность нити;

h-высота баллона;

l-длина нити в баллоне.

Таким образом, формулы натяжения нити при наматывании (13) на прядильной машине и сматывании на вязальном оборудовании (14) характеризуются прямо пропорциональной зависимостью от линейной плотности, угловой скоростью (ω²), а также от геометрического фактора, учитывающего высоту баллона, длину нити в баллоне, расстояния от нижнего положения кольцевой планки до нитеводителя.

В табл. 1 показаны данные для расчета и результаты численного эксперимента по определению натяжения нити в баллоне. В расчетах учтено, что расстояние от нижнего крайнего положения кольцевой  планки до нитеводителя на прядильной машине Zinser-350 составляет h≈0,27 м, а отношение x_max/h по данным [14] можно принять приблизительно 0,7 в соответствии и фотографией баллона.

Таблица 1.

Данные расчета натяжения нити в баллоне и его значения

Для достоверности результатов численного эксперимента по определению натяжения нити Q_x в баллоне (табл. 1) при рассмотрении ее от нитепроводника к баллону сравним с результатами расчета силы натяжения нити у бегунка [15]. При хорошей сходимости данных расчета натяжения нити можно утверждать о корректности формулы (14).

Вывод: Анализ показал, что ниже нормы натяжения нити уменьшает плотность намотки нити на початках, в результате чего уменьшается масса нити и снижается эффективность производства. В то же время уменьшение натяжения снижает разрывную нагрузку нити, ухудшая степень параллельности и ровности волокон.

Следовательно, поддержание натяжения нити на оптимальном уровне в процессе кольцевого прядения является важным условием получения высококачественной пряжи, улучшения ее механических свойств и повышения эффективности производства.

Список литературы:

1. Sarsenbaeva, A., Isakulov, V., Yarashov, S., & Tulaganova, M. (2024). [Production technology of yarn spinning from secondary raw materials using the “Siro” method]. Akademicheskie issledovaniya v sovremennoy nauke, 3(24), 132–135. https://doi.org/10.5281/zenodo.11607474 (In Russ.)
2. Sarsenbaeva, A.M., Isakulov, V.T., Tulaganova, M.V., & Yarashov, S.N. (2025). [Research on the development of composite yarn from textile waste and scraps]. Tekstil Journal of Uzbekistan, 4, 117–123.
3. Sarsenbaeva, A.M., Isakulov, V.T., & Yo‘ldoshova, M.E. (2025). [Development of a new assortment of “Siro” yarn from textile waste]. In Integratsiya nauki i otraslevykh predpriyatiy v usloviyakh razvitiya innovatsionnykh tekhnologiy proizvodstva i pererabotki: Respublikanskaya nauchno-prakticheskaya konferensiya (pp. 15–17). Tashkent: TTYSI. (In Russ.)
4. Sarsenbaeva, A.M., Isakulov, V.T., Djurayev, A., Pirmatov, A., Tulaganova, M.V., & Yarashov, S.N. (2025). [Composite blended yarn]. Patent UZ IAP 8061. (In Russ.)
5. Isakulov, V., Roziboev, N., Yarashov, S., Sarsenbaeva, A., & Khusanov, A. (2024). [Improvement of the parameters of the elastic coating of the crushing roller in the production of “Siro” yarn]. In AIP Conference Proceedings, 3045(1), 030042. https://doi.org/10.1063/5.0205763
6. Roziboev, N., Saidxodjayeva, S., Sarsenbaeva, A., & Begmanova, M. (2024). [Study of the influence of cooking coefficient on “Siro” yarn property indicators with different components]. In AIP Conference Proceedings, 3045(1), 030031. https://doi.org/10.1063/5.0205747
7. Roziboev, N.N., Isakulov, V.T., Radjapov, O.O., & Sarsenbaeva, A.M. (2023). [Method for producing yarn from blended fibers with improved characteristics]. Development of Science and Technology, 3, 298–303. (In Russ.)
8. Tulaganova, M.V., & Isakulov, V.T. (2023). [Analysis of yarn unevenness indicators in the production of “Siro” yarn]. Ta’lim Innovatsiyasi Va Integratsiyasi, 10(5), 308–312. Retrieved from https://web-journal.ru/ilmiy/article/view/1871
9. Isaqulov, V.T., Ruziboyev, N.N., Rajapov, O.O., & Xusanov, A.J. (2022). [Study of the effect of the spindle speed on the properties of baked “Siro” yarn made from cotton and polyester fibres]. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 12(2), 264–272.
10. Borzunov, I.G., Badalov, K.I., Goncharov, V.G., Duginova, T.A., & Shilova, N.I. (1986). [Spinning of cotton and chemical fibers]. Moscow: Legprombytizdat. (In Russ.)
11. Sevostyanov, A.G., & Sevostyanov, P.A. (1984). [Modeling of technological processes]. Moscow: Legkaya promyshlennost’. (In Russ.)
12. Sevostyanov, A.G., Osmin, N.A., Shcherbakov, V.P., et al. (1989). [Mechanical technology of fibrous materials]. Moscow: Legprombytizdat. (In Russ.)
13. Migushov, I.I. (1980). [Mechanics of textile yarn]. Moscow: Legkaya industriya. (In Russ.)
14. Ruziboev, N.N., Isakulov, V.T., Yarashov, S.N., & Sarsenbaeva, A.M. (2023). [Comparative analysis of physical and mechanical properties of multicomponent “Siro” yarn]. Results of National Scientific Research International Journal, 2(4), 108–116. (In Russ.)
15. Isaqulov, V.T., Ruziboyev, N.N., Rajapov, O.O., et al. [Research in spinning technology]. SAARJ Journal. Retrieved from http://saarj.com