WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

Ширшов Илья Александрович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ТРЯСИЛЬНЫХ МАШИН С НИЖНИМ ГРЕБЕННЫМ ПОЛЕМ

Специальность: 05.19.02

«Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кострома – 2009

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Дьячков Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Владимир Иванович Жуков

Костромской государственный

технологический университет

кандидат технических наук,

Сергей Николаевич Вихарев

ОАО «Красная маевка»

Ведущая организация: Костромской НИИ льняной

промышленности (КНИИЛП),

г. Кострома

Защита состоится « 20 » ноября 2009 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: 156005 г. Кострома, ул. Дзержинского, 17, ауд. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан « 19 » октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор ________________П.Н. Рудовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обзор публикаций и современного состояния техники показал, что в усло­виях жесткой конкуренции снижение металлоемкости оборудования, энергоемкости произ­водства, обновление производственной базы становится насущной задачей.

Трясильные машины с нижним гребенным полем выполняют важную функцию подготовки слоя отходов трепания перед обработкой в куделеприготовительных агрегатах. В первой трясильной машине из отходов трепания выделяется основная масса насыпной костры и сорных примесей, что непосредственно влияет на качество конечной продукции. Снижение неровноты отходов трепания по толщине приво­дит к повышению КПВ работы куделеприготовительного агрегата за счет снижения количества забивок и намотов в трепальных секциях агрегата, при этом повышается прочность получаемого волокна.

Повышение технологического эффекта процесса трясения путем увеличения интенсивности и количества встряхивающих воздействий приводит к ухудшению структуры волокна и потере его прочности. В связи с этим работа, направленная на определение путей повышения эффективности процесса трясения, является актуальной.

Цели и задачи исследования.  Цель работы – повышение эффективности процессов очистки и выравнивания слоя отходов трепания при обработке в трясильной машине с нижним гребенным полем.

Задачами исследования являются:

  • разработка математической модели, описывающей перемещения рабочих органов трясильной машины через параметры приводного механизма;
  • математическое описание свойств материала, обрабатываемого в трясильных машинах: жесткости на сжатие и растяжение, коэффициента аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках;
  • разработка математической модели взаимодействия рабочих органов трясильной машины с обрабатываемым материалом, позволяющей по заданным конструктивным параметрам трясильной машины определять степень очистки волокна и неравномерность слоя на выходе из машины;
  • формулировка принципов рациональной организации процесса трясения.

Практическая цель работы – разработка рекомендаций по выбору конструктивных и технологических параметров трясильных машин, позволяющих повысить эффективность очистки волокна и повысить равномерность слоя на выходе из машины.

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводись с применением методов дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании лаборатории кафедры ТПЛВ КГТУ и в производственных условиях льнозавода Шолоховского подразделения ООО «Магрико–Кострома».

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена на основе общепринятых методов оценки и интерпретации при доверительной вероятности не ниже 0,95.

Математическое описание процессов и количественный их анализ осуществ­лялись в среде программы «MathCAD».

Для получения необходимых данных были изготовлены оригинальные экс­периментальные установки, а также использованы известные тензометриче­ские методы исследований.

Статистическая обработка эксперимен­тальных данных осуществлялась с по­мощью программы «Excel».

Научная новизна работы заключается в том, что:

  • математически описаны свойства материала, обрабатываемого в трясильных машинах: жесткость на сжатие и растяжение, коэффициент аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках, коэффициент трения о решетку;
  • получена математическая модель перемещения материала в трясильной машине с нижним гребенным полем, учитывающая влияние действия сил аэродинамического сопротивления, направление действия сил трения при взаимодействии материала с рабочими органами, влияние участков слоя, находящихся в промежутках между иглами;
  • впервые установлено, что при асимметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки свободные участки слоя, не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, создают условия для поступательного движения материала и влияют на скорость движения материала вдоль машины;
  • впервые разработана математическая модель, описывающая условия сохранения природных свойств волокна при обработке в трясильных машинах с нижним гребенным полем.

Практическая полезность и реализация результатов.

Разработанные научные положения, выводы и рекомендации позволяют более обоснованно выбирать рациональные технологические и конструктивные параметры трясильных машин с нижним гребенным полем.

На основе разработанных теоретических положений были выданы ис­ходные требования ООО «ПРОМТЕКС» по модернизации трясильной машины, рекомендации по настройке трясильных машин с нижним гребенным полем для льнозавода Шолоховского подразделения ООО «Магрико–Кострома».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсужда­лись на конференциях:

- IV Всероссийская научная конференция «ТЕКСТИЛЬ XXI века». – МГТУ им. Косыгина. – 2006;

- «Современные наукоемкие инновационные технологии развития про­мышленности региона» (Лен – 2006). – Ко­строма;

- Международная научно-техническая конференция «Повышение эконо­мической эффективности льноперерабатывающего комплекса». – Воло­гда. – 2007;

- Всероссийская студенческая конференция «Студенты и молодые ученые КГТУ – производству». – Кострома. – 2006, 2008;

- Восьмая Всероссийская научная студенческая конференция «Текстиль XXIвека» – МГТУ им. Косыгина. – 2009;

- 62 Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием «Молодёжь. Наука. Инновации – 2009». – Ярославль;

- Научно-техническая конференция «Дни науки-2009». – Санкт-Петербург. – 2009.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, из которых 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК; 3 статьи в других изданиях; 2 патента на изобретение; 8 тезисов докладов на конференции.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав с выводами, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 162 страницах, имеет 71 рисунок и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, изложены цели и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость.

В первой  главе проведен аналитический обзор исследований, посвященных процессу трясения. Установлено, что ряд теоретических положений основывается на априорной трактовке явлений процесса трясения, не подтвержденных строгим коли­чественным анализом.

Исследованием процесса трясения занимались А.П. Басилов, В.П. Нетесов, Н.Н. Суслов, И.А. Турилова, Ю.Н. Тарунин, А.А. Агафонов, А.М. Ипатов, Т.К. Лихачева, В.А.Дьячков.

Анализ работ, посвященных исследованию процесса трясения, показал, что есть ряд нерешенных вопросов.

  1. Не установлены причины и механизм поступательного перемещения обрабатываемого материала вдоль трясильной машины. Высказанные гипотезы причин поступательного перемещения обрабатываемого материала математически не обоснованы.
  2. Отсутствует математическое описание влияния участков слоя, расположенных в промежутках между иглами и сил аэродинамического сопротивления перемещению материала на результат взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами машины.
  3. Недостаточно изучены свойства обрабатываемого материала, влияющие на характер взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами (упругие свойства отходов трепания при деформации сжатия и растяже­ния; коэффициент трения материала о планки решетки; коэффициента аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках).
  4. Не определены критерии выбора рациональных конструктивных и техноло­гических параметров трясильных машин.

Решение поставленных задач позволит разработать алгоритм выбора конструктивных параметров трясильных машин по результатам расчета взаимодействия материала заданных свойств с рабочими органами машины.

На основе изучения состояния вопроса исследования сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе были определены зависимости, на основании которых можно производить коли­чественный анализ перемещений, скоростей и ускорений рабочих органов при изменении конструктивных параметров привода трясильной машины.

Разработаны математические модели, позволяющие анализировать изменение угла опережения, угла размаха и вылета иглы, имея в качестве исходных данных параметры приводного механизма трясильной машины. На основе полученных зависимостей определены более рациональные (без увеличения массы подвижных элементов привода) способы регулирования угла опережения посредством смещения точки крепления шатуна к планке гребенных валиков и смещения оси вращения кривошипа (рис. 1).

Рисунок 1. Способы регулирования угла опережения

В третьей главе приводится математическое описание свойства материала, обрабатываемого в трясильной машине.

Для моделирования взаимодействия материала с рабочими органами трясильной машины использован метод деления слоя на участки (рис. 2).

Рисунок 2. Схема деления слоя на участки в продольном направлении

Определены зависимости для расчета массы и размеров участков, взаимодействующих с иглами (М2 и М4) и участков, находящихся в промежутках между иглами (М1 и М3).

Установлен эмпирический коэффициент для отходов трепания Кс, позволяющий определять величину напряжений в слое при деформации сжатия по зависимости В.И. Жукова. Определена эмпирическая зависимость, позволяющая рассчитывать величину напряжений в слое при деформации растяжения.

Определены значения коэффициента С, характеризующего аэродинамические свойства волокнистой массы при различной плотности слоя (рис. 3).

Рисунок 3. График зависимости коэффициента аэродинамического сопротивления материала от плотности навески

Полученные данные позволяют определять силу аэродинамического сопротивления, действующую на материал в процессе его перемещения.

В четвертой главе разработаны математические модели, описывающие ранее выдвинутые гипотезы о причинах перемещения материала вдоль трясильной машины.

Математически описана гипотеза, согласно которой причиной поступательного перемещения волокна вдоль машины является разность сил инерции, действующих на материал при движении иглы вперед и назад. Новизна модели заключается в том, что она учитывает действие сил аэродинамического сопротивления материала в воздушном потоке и направление действия сил трения материала при смещении по игле. На рис. 4. показаны силы, действующие на участок слоя М. Здесь обо­значено G – вес участка слоя М; N – нормальная реакция иглы; Fтр – сила тре­ния; Fk – Кориолисова сила инерции; Fne – нормальная составляющая силы инерции; Fte – тангенциальная составляющая сила инерции; Fna – сила аэроди­намического сопротивления, действующая перпендикулярно игле; Fta – сила аэродинамического сопротивления, действующая вдоль иглы; и – угловая скорость иглы.

Рисунок  4. Схема сил, действующих на участок слоя М при его взаимодействии с иглой

Получено дифференциальное уравнение, описывающее движение участка слоя М при его взаимодействии с иглой

, (1)

где m – масса участка слоя М, кг; – угловое ускорение иглы, рад/с2; и – угловая скорость иглы, рад/с; в –плотность воздуха, кг/м3; S – площадь миделевого сечения участка слоя М, м2; g –ускорение свободного падения, м/с2;C – коэффициент аэродинамического сопротивления, fи – коэффициент трения волокна по игле.

Расчет по модели показал (рис. 5), что материал сходит с иглы и движется поступательно в прямом направлении лишь в диапазоне угловых скорости приводного вала машины от 22 до 27 рад/с (рис. 5в), что противоречит экспериментальным данным, полученным Ю.Н. Таруниным, поэтому модель не в полной мере отражает механизм поступательного перемещения материала.

а б

в г

Рисунок 5. Траектория движения участка слоя М в системе координат Y за один цикл движения иглы: а) =0–17 рад/с; б) =17–22 рад/с; в) =22–27 рад/с; г) =более 27 рад/с.

Разработана математическая модель перемещения слоя материала при поперечном обжатии слоя между иглой и решеткой вблизи крайних положений иглы (рис. 6).

Рисунок 6. Схема сил, действующих на участок слоя М при его взаимодействии с иглой и решеткой

Уравнение (1) дополнено с учетом сил нормальной реакции решетки и силы трения материала о решетку.

. (2)

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»