Анализ показателей физико-механических свойств пряжи в зависимости от частоты вращения приемного барабана чесальной машины

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы влияния неровноты полуфабрикатов хлопкопрядильного производства при выборе оптимальной частоты вращения приемного барабана и разводки между приемным и главным барабанами на качественные характеристики готовой продукции. Представлены результаты испытаний ленты, ровницы и пряжи по вариантам.

ABSTRACT

The article discusses the impact of uneven semi-finished cotton production when choosing the optimal frequency of rotation of the receiving drum and the wiring between the receiving and main drums on the quality characteristics of the finished product. The results of testing ribbons, rovings and yarn options are presented.

Ключевые слова: лента, ровница, непсы, коэффициент вариации, волокно, чесальная машина, физико-механические показатели, качество.

Keywords: sliver, roving, neps, coefficient of variation, fiber, carding machine, physical and mechanical indicators, quality.

Введение. На данном этапе развития легкая промышленность Узбекистана – это важнейший многопрофильный, инвестиционно и инновационно привлекательный сектор экономики. Она способствует получению эффективных результатов от масштабного производства экономически выгодных и экологически безопасных товаров, импорт замещению, повышению экспортного потенциала страны.

Вместе с тем, если обеспечить более глубокую переработку того же хлопка-сырца в текстильной и других отраслях легкой промышленности и поставлять за пределы страны такую продукцию, как крашеная пряжа, трикотажное полотно и ткани, в последующем активно осваивать современные технологии и дизайн производимой готовой текстильной продукции, мы можем получить огромный эффект [2]. 

Теоретическая часть. Процесс кардочесания является основным процессом разделения комплексов волокон на отдельные волокна и очистки их от сорных примесей. Конструкция чесальных машин непрерывно совершенствуется. Одним из мировых лидеров по разработке и производству современных высокопроизводительных чесальных машин является фирма «Truetzschler» (Германия). Чесальные машины фирмы «Truetzschler» марки DK 803, DK 903, TC 03 имеют однозонный вытяжной прибор, позволяющий увеличить распрямленность волокон в чесальной ленте до 75%. Использование регуляторов толщины питающего слоя и выходящей ленты позволяет снизить неровноту чесальной ленты при бункерном питании. Чесальные машины оснащены пневмомеханическими системами обеспыливания и удаления отходов [1]. Давильные валы позволяют уменьшить засоренность ленты. Внедрение усиленных узлов приемного барабана (система WEBFEED) увеличивает потенциальные возможности машины. Машины могут работать при высокой частоте вращения главного барабана (до 600 об/мин) с более тонкой гарнитурой и более строгими регулировками. Производительность современных чесальных машин достигает 80-100 кг/час.

В узле приемного барабана чесальной машины происходит грубое чесание волокнистого материала. Приемный барабан разъединяет на отдельные волокна 70-80% пучков и столько же выделяет сорных примесей от общего количества примесей, выделяемых машиной, оказывает влияние на неровноту чесальной ленты и производительность машины [3].

Для исследования влияния технологических параметров чесальной машины на качество готовой продукции, была поставлена задача проведения экспериментальных исследований, направленных на определение оптимальной частоты вращения приемного барабана и разводки между приемным и главным барабанами при высокоскоростном чесании с целью повышения качества чесальной ленты и пряжи.

Экспериментальная часть и анализ результатов. Для решения поставленных в работе задач проведены экспериментальные исследования по проектированию свойств пряжи и параметров узла питания чесальной машины.Исследования проводились в условиях учебной лаборатории ТИТЛП при выработке пряжи линейной плотности 18,5 текс на кольцепрядильной машине Zinser 350 фирмы «Zinser» (Германия). Для выработки пряжи использовалось хлопковое волокно 4 типа I сорта класса «Яхши» селекционного сорта С 4727. Исследуется влияние частоты вращения третьего приемного барабана чесальной машины DK-903 и величины разводки между главным и третьим приемным барабанами на качество пряжи и её обрывность.

Для решения задачи оптимизации проводится полный двухфакторный эксперимент ПФЭ 3² = 9 опытов [4]. Варьируется два фактора: частота вращения приемного барабана на уровнях: 1750, 1850, 1950 об/мин и разводка между приемным и главным барабанами на уровнях: 0,005; 0,007; 0,009 дюйм.

В результате исследований качества ленты с ленточной машины и ровницы всех вариантов, протестированных на приборе USTER TESTER 5M, были получены показатели неравномерности, приведённые в таблице 1.

 Таблица 1.

Показатели качества ленты и ровницы

Из таблицы 1 следует, что распределение массы волокон по сечению ленты и ровницы 1 – 3 вариантов соответствует нормальному закону распределения (норма С_m/U_m=1,25). В вариантах 4 – 6 некоторая ассиметрия распределения С_m/U_m=1,256-1,257, а в вариантах 7 – 9 ассиметрия распределения увеличивается до 1,26-1,261.

Увеличение значения показателя ассиметрии распределения возможно от периодических или случайных воздействий разных факторов, в том числе от групповых сдвигов волокон в вытяжных приборах, что возможно при использовании чесальной ленты из недостаточно распутанных, очищенных и неравномерно распределенных волокон по длине чесальной ленты. Лучшая неровнота ровницы по длинным отрезкам и по сечению во 2-ом варианте (n=1950, R=0,007 дюйм) отвечает требованиям 30% уровня по Ust, наименее оптимальная неровнота ровницы в 9-ом варианте (n=1750, R=0,009 дюйм) отвечает требованиям 45% уровня по Ust.

Была также проведена сравнительная оценка показателей качества пряжи. Из ровницы каждого варианта последовательно наработана пряжа линейной плотности 18,5 текс на кольцепрядильной машине «Zinser 350».

Неровнота пряжи всех вариантов по сечению и пороки её внешнего вида определены на приборе USTER TESTER 5M (Швейцария). Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Пороки внешнего вида пряжи

Из таблицы 2 видно, что неровнота пряжи по сечению во всех вариантах достаточно хорошая (что объясняется использованием современного технологического оборудования) и отвечает требованиям 20-35% уровням по Uster Statistics.

Влияние факторов на неровноту пряжи по сечению наглядно отражено на рис.1, где хорошо видно, что неровнота по сечению снижается при увеличении частоты вращения приемного барабана при любой разводке между приемным и главным барабанами. Как слишком малая, так и слишком большая разводка ведут к увеличению неровноты пряжи по сечению.

Рисунок 1. Зависимость неровноты пряжи по сечению (С_m) от параметров приемного барабана 

Неровнота пряжи по сечению возникает от количества тонких и толстых мест. На рис.2. В виде столбчатой диаграммы показано общее количество тонких и толстых мест пряжи по вариантам и суммарное количество тонких мест.

Рисунок 2. Количество тонких и толстых мест в сечении пряжи в зависимости от параметров приемного барабана  

Из рис. 2. видно, что наименьшее количество тонких и толстых мест при частоте вращения 1950 об/мин и разводке 0,007 дюйм – 170,1 ед/км. При частоте вращений 1750 об/мин количество тонких и толстых мест возрастает на 20-36%, возрастая по мере увеличения разводки (224,4-236,9 ед/км).

Количество тонких мест (-40%) (-50%) показывает, что в сечении пряжи уменьшается число волокон до 0,6n-0,5n, т.е. возникают ослабленные сечения пряжи, что приводит к числу обрывающихся сечений.

 Рисунок 3. Зависимость количества непсов от параметров приемного барабана

Толстых мест в пряже приводят к увеличению колебания натяжения, которое так же может привести к обрывности.

Количество непсов (узелков) в пряже во многом зависит от работы чесальной машины.

Из рис.3 (а) видно, что с увеличением числа оборотов третьего приемного барабана на 200 об/мин количество непсов в пряже размером (+200%) снижается на 21,4%, 20,9%, 21,8% (соответственно при разводках 0,005; 0,007; 0,009 дюйм). А количество непсов размером (+280%) уменьшается более существенно (см. рис.3 б) на 42,46 и 38,5% в зависимости от разводки между приемным и главным барабанами.

Ворсистость пряжи всех вариантов (см. табл. 3) отвечает требованиям 61-63% уровня Ust. Ворсистость пряжи на 40-78% зависит от конфигурации волокон внутри тела пряжи, которая для пряжи кольцевого способа прядения зависит от предыдущих технологических процессов подготовки полуфабрикатов (распрямление и параллелизация волокон). С уменьшением частоты вращения приемного барабана и увеличением разводки прослеживается небольшое увеличение ворсистости, что говорит о меньшей разъединенности и распрямленности волокон.

Средние результаты основных показателей физико-механических свойств пряжи всех вариантов приведены в таблице 3. Линейная плотность пряжи и коэффициент вариации по линейной плотности опреде­лены на USTER AUTOSORTER 5. Прочностные показатели и показатели, взаимосвязанные с ними определены на USTER TENSORAPID 4. Пряжа всех вариантов отвечает требованиям ГОСТ 9092 для I сорта.

Таблица 3.

Показателей физико-механических свойств пряжи

Зависимость удельной разрывной нагрузки пряжи и коэффициента вариации по разрывной нагрузке от исследуемых параметров наглядно видна на рис.4.

Из рис.4 видно, что с увеличением частоты вращения приемного барабана пряжа имеет более высокую разрывную нагрузку и более высокую равномерность по разрывной нагрузке (ниже C_v) при любой из исследуемых разводках. Лучшие показатели при определенной частоте вращения при минимально возможных разводках (0,005 и 0,007). С увеличением разводки до 0,009 дюймов показатели по прочности и равномерности снижаются. Наибольшая разрывная нагрузка (12,3 сН/текс) при наименьшем коэффициенте вариации (C_v=8,0%) при частоте вращения 1950 об/мин и разводке 0,007 дюймов.

Рисунок 4. Зависимость удельной разрывной нагрузки пряжи и коэффициента вариации по разрывной нагрузке от частоты вращения приемного барабана и разводки между главным и приемным барабанами

Регулируя параметры приемного барабана можно увеличить коэффициент использования прочности волокна в прочности пряжи с 0,423 до 0,462 (табл.3) и снизить обрывность пряжи на прядильной машине на 20,9% (с 86 до 69 обрывов на 1000 вер∙час).

Выводы:

1. С увеличением частоты вращения третьего приемного барабана и одновременной установке минимально возможной разводки между приемным и главным барабанами внутренняя неровнота и засоренность пряжи увеличивается, а коэффициент вариации по разрывной нагрузке снижается.
2. Регулируя параметры приемного барабана можно увеличить коэффициент использования прочности волокна в прочности пряжи с 0,423 до 0,462 и снизить обрывность пряжи на прядильной машине на 20,9% (с 86 до 68 обрывов на 1000 вер∙час)
3. Наиболее оптимальными параметрами настройки приемного барабана являются: частота вращения приемного барабана – 1950 об/мин, разводка между приемным и главным барабанами 0,007 дюйма (0,17мм). 

Список литературы:
1. Борзунов И.Г., Бадалов К.И., Гончаров В.Г. Прядение хлопка и химических волокон. - М: Легкая и пищевая промышленность, 1982.
2. Крючкова В.К., Максудов С.С. и др. Пути повышения конкурентоспособности хлопкобумажной пряжи и тканей. Ташкент. ГФНТИ, 1993.
3. Матисмаилов С.Л., Бурнашев Р.З., Амзаев Л.А. Экспериментальное исследование условий взаимодействия гарнитуры с бородкой в узле премного барабана чесальной машины. // Научным разработкам широкое внедрение в практику: сб. материалов конференции. - Иваново, 1988.
4. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. Учебник. - М; МГТУ. - 2007. - 648 с.