Исследование влияния усовершенствованного вытяжного прибора на неровноту пряжи

АННОТАЦИЯ

В статье изучены поля сил трения и конструкции выпускного цилиндра вытяжных приборов, влияние конструкции валиков и рифленого цилиндра на поле сил трения. Предложены новые конструкции рифленого цилиндра, улучшающие поле сил трения. Определены и предложены параметры оптимизации нового вытяжного прибора.

ABSTRACT

In the article studying the field of friction forces and the design of the exhaust cylinder of exhaust devices, the effect of the design of the rollers and the corrugated cylinder on the field of friction forces. New corrugated cylinder designs are proposed that improve the field of friction forces. The optimization parameters of a new exhaust device have been identified and proposed.

Ключевые слова: кольцепрядильная машина, волокна, ровнота, вытяжной прибор, рифленой цилиндр, нажимной валик, поле сил трения, ролик, ремешок.

Keywords: ring spinning machines, fibers, flatness, exhaust device, grooved cylinder, pressure roller, field of friction forces, roller, strap.

Ведущие машиностроительные предприятия мира ведут исследования в поисках способов усовершенствования кольцепрядильных машин и ее отдельных частей, повышения ее надежности и производительности, качества выпускаемой продукции [8].

В существующих конструкциях вытяжных приборов и устройств улучшение контроля над движением волокон достигается различными путями, например, установкой дополнительных ремешков, роликов, муфточек, направляющих, лотков и т.д. Общим недостатком данной конструкции является то, что при исправлении одного недостатка появляются другие, например, усложняется конструкция узла или затруднено обслуживание и т.д.

При конструировании кольцепрядильных машин большое значение имеет выбор конструктивной линии прядения, т.е. линии прохождения мычки пряжи от вытяжного прибора до шпули. В некоторых кольцепрядильных машинах для уменьшения угла обтекания передний нажимной валик заваливается вперед приблизительно на 5°. Угол обтекания g для различных типов кольцепрядильных машин различен в зависимости от подъема кольцевых планок. Для основных кольцепрядильных машин с подъемом 220 мм,, .

Если заправочная линия выбрана неправильно, то габариты машины могут возрасти, а обрывность продукта увеличивается. При исследовании линии прядения НИИ ЭКИПМаш предложил: выбрав  мм,  мм,  мм, при которых углы перегиба соответствуют выше указанным, получаем линию прядения со следующими параметрами:

• угол обтекания – от 2° 30¢ до 12°;
• угол перегиба, соответствующий половине угла при вершине баллона и изменяющийся от 16° в верхнем положении кольцевой планки до 8° в нижнем положении кольцевой планки [3].

Если линию прядения выполнить на основе вышеприведенных рекомендаций, увеличиваются габариты машины по высоте и по ширине. Это усложнит обслуживание машины, возникнут дополнительные трудности при нагружении нажимных валиков вытяжного прибора.

Основным этапом исследования является выбор оптимальных конструктивных и технологических параметров нового вытяжного прибора, так как от него зависят эффективность, надежность, удобство эксплуатации, изготовления и себестоимость вытяжного прибора.

Контактная площадка валика при динамическом взаимодействии с мычкой получает возможность малых окружных и радиальных смещений относительно статического положения. Динамический анализ рассматриваемой механической системы показывает возможность появления режимов неустойчивого вращения валика в случае, если частоты радиальных и окружных колебаний контактной площадки равны или превосходят одна другую в 2 раза. Первоначально малые деформации валика принимают при этом большие значения, что ведет к нарушению стационарности технологического процесса вытягивания [2].

Исследования отдельных параметров линии прядения (угол обтекания, угол перегиба и т.п.) проводились многими исследователями, однако ими не дано строгое теоретическое обоснование этих параметров. При анализе угла наклона вытяжного прибора и положения точки зажима выпускной пары относительно оси веретена выявлено, что оптимальным можно считать такое положение, при котором обеспечивается наиболее свободное распространение крутки на участке между нитепроводом и выпускной парой [7].

Линия зажима должна как можно ближе подходить к плоскости, проходящей через оси цилиндра и валика. Наиболее благоприятна для процесса вытягивания ситуация, когда напряжение поля сил трения равномерно и пятно контакта имеет форму прямоугольника, а линия зажима при меньших диаметрах цилиндра и валика и большей жесткости эластичного покрытия наиболее устойчива.

Видно, что различными конструктивными изменениями вытяжного прибора добиваются приближения характера изменения напряжения поля сил трения и линии зажима к идеальным. Предлагаем новые конструкции вытяжного прибора с магнитом в вытяжной зоне и нажимного валика в виде сдвоенного ролика [1]. Установленные ролики в таком виде увеличивают угол обхвата волокнистых масс, а установленный магнит в вытяжной зоне, притягиваясь к нижней планке, прижимает ремешки друг к другу, тем самым обеспечивается улучшение поля сил трения (рис. 1). С этой целью в вытяжном приборе были установлены сдвоенный нажимной валик на выпускном цилиндре и прижимной магнит на ремешке [2].

Рисунок 1. Двухремешковый вытяжной прибор:

1 – питающая пара; 2, 3 – вытяжные пары; 4 – нижний цилиндр; 5, 5¢ – ролики; 6, 6¢ – седелки; 7, 9 – ремешки; 8 – планки; 10 – направитель; 11 – пластина; 12 – постоянный магнит

Для проведения опытов использован метод полного факторного эксперимента [5; 6]. Анализ литературных данных и проведенные нами эксперименты позволили установить основные факторы, влияющие на неровноту пряжи. 1-й фактор – величина нагрузки на нажимной валик выпускной пары; 2-й фактор – расстояние между роликами в сдвоенном нажимном валике; 3-й фактор – сила прижима ремешков постоянным магнитом. Кодированные значения факторов обозначим Х₁, Х₂, Х₃ – соответственно нагрузка на нажимной валик, расстояние между роликами в сдвоенном нажимном валике, сила прижима ремешков постоянным магнитом. За параметр оптимизации Y принимаем неровноту вытягиваемого продукта.

Анализ сил, действующих в зажиме пары эластичных валиков, и условия сжатия волокнистого продукта указывают на их нестабильность из-за колебаний толщины и фактора одноосного сжатия продукта в поперечном направлении [4].

Предварительные эксперименты в производственных условиях показали, что минимальная нагрузка на нажимной валик должна быть не мене 100 Н, так как при сдвоенном валике резиновое покрытие надевается на цилиндры, а валики металлические. По рекомендации фирмы СКФ для рычага нагрузки типа РК-225 нагрузка принимается от 100 Н до 180 Н. Поэтому в наших экспериментах минимальная нагрузка – 100 Н, а максимальная – 180 Н. Расстояние между роликами в сдвоенном нажимном валике выбирается из конструктивных соображений в пределах 15–19 мм.

Для обоснования прижима ремешков друг к другу проведены исследования пятна контакта между нижним и верхним ремешками вытяжного прибора. Для этого в зажим ремешков в темноте помещается фотопленка, которая после загрузки рычага нагрузки засвечивается с помощью фотовспышки. Зажатый участок фотопленки имеет светлый фон, а незажатый участок – темный фон (рис. 2). Это говорит о том, что ремешки прижаты друг к другу недостаточно, т.е. на незажатом участке волокна не будут с достаточной силой контактировать с ремешками. Поэтому для обеспечения плотного контакта ремешков нами предложено прижимать их постоянным магнитом. Предварительные эксперименты показали, что силу прижатия необходимо выбрать в пределах от 0,82 до 1,22 Н. На рис. 3 показан негатив фотопленки с магнитным прижимом ремешком. Здесь ясно видно, что по всей площади контакта весь участок светлый, т.е. ремешки прижаты друг к другу довольно плотно.

Рисунок 2. Пятно контакта двухремешковой пары

Рисунок 3. Пятно контакта двухремешковой пары с магнитом

На основе предыдущего анализа установлены интервалы и уровни варьирования факторов (табл. 1), а также параметр оптимизации. Поэтому составим матрицу планирования полного факторного эксперимента для линейных плотностей пряжи 25 текс и 10 текс. Соответственно, все эксперименты проведены три раза.

Таблица 1.

Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов

Результаты эксперимента обрабатывались с доверительней вероятностью 95 % по методике [5; 6]. По матрице планирования эксперимента получено уравнение регрессии:

,                  (1)

где  – неровнота пряжи, %;

 – коэффициенты регрессии, значения которых приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Значения коэффициентов регрессии

После этого уравнение (1) принимает следующий вид:

для 25:

;                               (2)

для 10:

.                                        (3)

Из уравнений (2) и (3), которые характеризуют неровноту продукта в вытяжном приборе, видно, что влияние расстояния между роликами в сдвоенным нажимном валике  является незначительным. В этих уравнениях еще некоторые линейные эффекты являются незначимыми, но эффект трех факторов является значимым.

Минимальная неровнота вытягиваемого продукта достигается при следующих значениях исследуемых факторов:

для пряжи 25 текс:  мм;

для пряжи 10 текс:  мм;

Анализ полученных значений позволяет сделать вывод, что нагрузка на нажимной валик и расстояние между валиками влияют на неровноту вытягиваемого продукта по-разному. Таким образом, при выработке разного вида пряжи (25, 10 текс) рекомендуется выбрать соответствующие значения нагрузки Р₂ и расстояния .

На основе исследований совмещенных изолиний поверхности отклика (рис. 4 и 5) можно сделать вывод, что оптимальное условие для уменьшения неровноты вытягиваемого продукта в вытяжном приборе кольцепрядильных машин, оснащенных новым вытяжным прибором, будет при следующих значениях варьируемых факторов.

Таблица 3.

Оптимальное условие для уменьшения неровноты вытягиваемого продукта в вытяжном приборе

Как видно из табл. 3, найденные расчетным и экспериментальным путем оптимальные значения близки между собой. В результате экспериментов на существующем вытяжном приборе получены значения параметров: для 25 текс – 21,7 %, а для 10 текс – 20,8 %, что подтверждает эффективность применения магнита для прижима ремешков в вытяжной зоне и сдвоенного нажимного валика в выпускной паре вытяжного прибора кольцепрядильных машин.

Таблица 4.

Значения градиента неровноты, расчетное и экспериментальное, в %

Рисунок 4. Градиент неровноты пряжи из хлопка, 25 текс:

– ровница, 666,6 текс

пряжа, полученная из вытяжного прибора:

– обычного;

 – с магнитным столиком;

– с сдвоенным нажимным валиком в выпускной паре

Рисунок 5. Градиент неровноты пряжи из смеси  лавсан – вискоза, 10 текс:

– ровница, 333,3 текс

пряжа, полученная из вытяжного прибора:

– обычного;

 – с магнитным столиком;

– с сдвоенным нажимным валиком в выпускной паре

Список литературы:

1. АС РУз № 4198 кл. D 01 Н 5/25, 5/26. ОБ № 1. – Т., 1997.
2. Дадаханов Н.К., Болтабоев Б.Э. Оптимизация параметров линии прядения кольцепрядильных машин // Universum: Технические науки. – М., 2019. – № 6 (63). – С. 50–53.
3. Дадаханов Н.К., Сидиков А.Х, Каримов Н.М. Изучение и теоретические исследования параметров линии прядения кольцепрядильных машин // Universum: Технические науки. – М., 2019. – № 1 (58). – С. 34–37.
4. Капитонов А.Ф. Теоретический анализ сжатия волокнистого продукта в зажиме эластичных валиков // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – Иваново, 1991. – № 3. – С. 24.
5. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. – М. : Легкая индустрия, 1980. – С. 5–232, 253–260, 392.
6. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности). – М. : Легкая индустрия, 1974.
7. Daffa Bhaskar, Bahejee S., Sengupta A. Влияние геометрических параметров кольцевой прядильной машины на качество пряжи // Indian Text. J. – 1191. -101 – № 8. – С. 114–120.
8. Ruixiang Baia, Weikang Li. Experimental study of yarn friction slip and tabric shear deformation in yarn pull-out test. Composites Part A // Applied Science and Manufacturing. –2018, April.  – P. 529–535.