Исследование, совершенствование и внедрение аэродинамических крутильных устройств для самокруточного прядения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Разумеев, Владимир Константинович

• Разумеев, Владимир Константинович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Разумеев, Владимир Константинович

Введение

Глава 1. Процесс самокручения. Создание и развитие СК способа за рубежом

1.1 Краткий обзор

1.2. Обзор основных патентов

1.3. Зарубежное оборудование

1.3.1. Прядильная самокруточная машина «Repco Spinner», модель

1.3.2. Прядильная самокруточная машина «Repco Spinner Мк2»

1.3.3. Технология получения и переработки самокрученой пряжи на машинах типа «Repco Spinner»

1.3.4. Прядильная самокруточная машина «Repco Selfil»

1.3.5. Прядильная СК машина «RS200»

1.4. Постановка задачи по развитию СК направлению в нашей стране 53 Выводы по главе

Глава 2. Знакопеременное кручение

2.1. Общий случай кручения. Частные случаи кручения

2.2. Двухзонное МКУ. Идеальный случай

2.3. ЗПК при постоянной частоте вращения вьюрка

2.4. Сообщение продукту ЗПК в МКУ с переменной скоростью транспортировки

2.5. Сообщение продукту ЗПК перемещающимися вьюрками (МКУ)

2.6. Особенности сообщения ЗПК при помощи аэродинамического крутильного устройства (АКУ)

Выводы по главе

Глава 3. Кручение нити в АКУ

3.1. Кручение одиночной нити в АКУ. Вопросы статики

3.2. Математическая модель кручения нити в АКУ

3.3. Влияние нагона в системе с АКУ. Идеальный нагон

3.4. Расчет оптимального нагона в двухзонном АКУ 105 Выводы по главе

Глава 4. Исследования с целью оптимизации параметров блока

4.1. Создание крутильного устройства 112 4.1.1. Классификация крутильных устройств (КУ)

4.2. Создание блока вихревых камер 122 Выводы по главе

Глава 5. Сводка теоретических результатов и перспективы развития СК способа

5.1. Краткий обзор работ по механике крученых нитей и статических моделей СК продукта

5.2. Анализ СК пряжи из нескольких прядей

5.3. Разработка усовершенствованной самокруточной технологии совмещенного формирования и кручения (СФК)

5.3.1 Теоретические основы способа СФК

5.3.2. Промышленное освоение способа СФК

5.4. Разработки, связанные с варьированием СК структуры

5.5. Новые зарубежные разработки 160 Выводы по главе 5 165 Общие выводы и рекомендации 166 Литература 168 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование, совершенствование и внедрение аэродинамических крутильных устройств для самокруточного прядения»

Многие века для выработки различных видов текстильных изделий использовались исключительно натуральные волокна, среди которых выделялись, прежде всего, шерсть, хлопок, лен и шелк [1-3].

Двадцатый век ознаменовался созданием и весьма интенсивным развитием химических волокон, которые принято подразделять на две большие группы: искусственные и синтетические. В группе синтетических, как правило, выделяют штапельные волокна и филаментные нити.

К концу XX века население Земли достигло 6 млрд. человек, а мировой объем производства и переработки волокон всех видов — 50 млн. тонн, т.е. на душу населения приходится 8-9 кг натуральных и химических волокон. В монографии проф. Перепелкина К.Е. [4] приводятся прогнозные оценки роста населения Земли и потребности волокон на душу населения в XXI веке — 9-11 млрд. человек и 12-15 кг волокон на 1 человека.

Нами изучены данные Международной организации шерстяников-текстильщиков (International Wool Textile Organisation — I WTO) о динамике производства различных видов волокон, переработанных мировой текстильной промышленностью в период с 1970 по 2005 годы [5]. Следует отметить, что в целом за указанный период годовой объем всех видов волокон увеличился с 22,2 до 62,6 млн. тонн.

45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0

Объемы производства различных волокон, тыс. тонн г .' ' 7 .

ЖШШ ШШИ ЩЙда ШШМИаШдш! ---- —

Хим.волокна хлопок шерсть лен шелк

1970 1980 1985 1990 1995 2000 2005 201Опр

Рис. la Динамика объемов производства различных натуральных и химических волокон в период с 1970 по 2005 годы и прогнозные значения на 2010 год. лен шелк шерсть

3%~\ 0% 4о/о целл.воло кна филам.ни ти 54% хлопок 93%

Рис. 16. Соотношения в мировом производстве нату- Рис. 1 в. Соотношения в мировом производстве различных хи-ральных волокон в 2005 году мических волокон в 2005 году

Как следует из данных статистики организации IWTO [5], объем производства всех видов химических волокон в период с 1970 по 2005 гг. увеличился с 8,4 до 34,3 тыс. тонн, т.е. более чем в 4 раза, тогда как среди натуральных волокон наибольший прирост продемонстрировало мировое производство хлопка: с 11,4 до 26,2 тыс. тонн, т.е. менее чем в 2,5 раза.

На рис. 1а нами представлена динамика объемов различных видов натуральных и химических волокон в период с 1970 по 2005 гг. и прогнозные значения на 2010 год.

На рис. 16 и 1в нами представлены соотношения в производстве натуральных и химических волокон в 2005 году.

В целом, следует признать, что в конкурентной борьбе с интенсивно развивающимся производством различных видов химических волокон наиболее снизилась доля мирового производства натуральной шерсти, тогда как хлопок и лен весьма успешно сохранили те ниши ассортимента, где они используются в текстильной промышленности [6-7].

С учетом вышеуказанной статистики производства различных видов натуральных и химических волокон, используемых при производстве текстильных изделий, следует признать особую актуальность разработки оптимальных технологий прядения именно для химических волокон, составляющих до 85% от объема потребления всех видов волокон в шерстяной промышленности.

Самокруточный (СК) способ формирования текстильного продукта [89] является одним из наиболее эффективных способов прядения, который обеспечивает ряд серьезных экономических и социальных преимуществ: сокращение числа технологических переходов, повышение производительности труда и оборудования, уменьшение потребности в рабочей силе, производственных площадях и электроэнергии. Способ обеспечивает заметную экономию сырья и улучшает условия труда.

СК способ основан на принципе ложного кручения, при котором процессы формирования прядей, их кручения и наматывания разделены. Это позволяет увеличить скорость выпуска пряжи в 10-15 раз. Кроме того, СК способ совмещает в одном технологическом переходе процессы прядения, трощения, кручения, а иногда и наматывания. Это дополнительно увеличивает экономическую эффективность процесса получения пряжи. По существу, СК способ - первый способ, в котором в промышленном масштабе удалось реализовать получение пряжи без действительного кручения в промышленном масштабе.

Проблемой самокруточного прядения занимались зарубежные и отечественные ученые: D.E.Henshaw [10], Walls, П.М. Мовшович [8,9,33-44,54-57], В.П. Хавкин, В.К. Афанасьев, Т.П. Крюк, Т.Н. Кудрявцева, Г.К. Максимов, Н.Б. Бабушкина, А.Ф. Брусникин, А.Д. Пищиков, М.И. Кокиш, Т.И. Дюкано-ва, А.А. Телицын, К.Э. Разумеев [33,54,56-57], Е.А. Лобашева и др. В этих работах рассматривались различные теоретические и практические аспекты

СК способа, которые позволили использовать его в производственных масштабах в виде машин «Repco» (Австралия, Англия) и ПСК (СССР).

СК способ был предложен в 1961 г. D.E.Henshaw (Австралия, CSIRO) [10]. Впоследствии D.E.Henshaw, Walls и рядом других сотрудников CSIRO была получена группа патентов на модификации СК способ, получаемых СК структур и соответствующие устройства для его реализации [11-31]. Почти одновременно фирмой Du Pont de Nemours (США) был получен патент, в котором описывался аналогичный СК продукт, однако предлагалась несколько другая реализация способа.

В дальнейшем, по мере расширения фронта работ по развитию СК способа, расширения его промышленного применения, детализации требований, предъявляемых к СК продукту, появилось значительное количество патентов на модификации СК структуры, различные способы их получения, а также на различные конструкции соответствующих устройств.

Первые образцы СК машин, получившие название Repco Spinner, были выпущены австралийской фирмой Repco в 1971 г. В дальнейшем промышленный выпуск этих машин производился по лицензии английской фирмой Piatt Saco-Lowell. Всего было выпущено около 2000 машин. Наряду с первой моделью были созданы еще две модели, отличающиеся от первой более высоким техническим уровнем и разнообразием ассортимента.

Работы по созданию СК оборудования были начаты также в СССР и Франции.

В нашей стране технической основой СК оборудования стали оригинальные аэродинамические крутильные устройств (АКУ), предложенные ВНИИЛТекмашем. Применение этих устройств обеспечило большую гибкость управления и создало предпосылки для существенного расширения ассортимента вырабатываемой пряжи. Кроме того, конструктивная простота АКУ дало возможность промышленного освоения СК оборудования.

Применение самокруточного способа в нашей стране позволило добиться большого экономического и технического прогресса Совместная работа ряда организаций, включая ВНИИЛТекмаш, ЦНИИШерсти, Костромское СКВ ТМ, завод «Таджиктекстильмаш», Курский трикотажный комбинат, Суворовская фабрика объемной пряжи, позволила реализовать самокру-точный способ в промышленных условиях.

Промышленные участки были организованы на Курском трикотажном комбинате (позднее - АО «Сейм»), Суворовской фабрике объемной пряжи (в настоящее время ЗАО «Суворовская нить»), Астраханском трикотажном комбинате, на фабриках в Сумгаите и Капсукасе. В настоящее время интерес к СК способу не угас. Продолжается эксплуатация большого СК производства на ЗАО «Суворовская нить». Ведутся работы в Англии, Франции и Германии. По своим возможностям СК способ может составить техническую основу для возрождения текстильной отрасли в нашей стране. В данной работе излагаются результаты научных исследований автора в этой области, некоторые из которых внедрены на ЗАО «Суворовская нить».

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Разумеев, Владимир Константинович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Самокруточный способ прядения - один из наиболее эффективных способов получения пряжи и получил определенное развитие за рубежом и в нашей стране.

2. Для получения эффективных рекомендаций по дальнейшему совершенствованию СК способа необходимо подробное изучение научного и производственного опыта, накопленного за последние 35 лет в этой области.

3. Развитие теории и практики самокруточного прядения за счет более точного исследования физических явлений, протекающих в АКУ в процессе кручения и формирования пряжи, представляет собой актуальную задачу.

4. Ключевой вопрос — детальное изучение процессов, происходящих в АКУ. Выполнение этой задачи позволило выявить новые связи влияющих параметров.

5. В работе найдено, что на крутильную способность АКУ существенное тормозящее влияние оказывают деформации растяжения и сдвига, возникающие при кручении нити.

6. Проведенные исследования позволили определить важную роль нагона в качестве компенсирующего фактора и разработать методику расчета оптимального нагона. Полученные теоретические результаты (4%) хорошо согласуются с экспериментальным значением (4,2%). Полученные рекомендации были реализованы на ЗАО «Суворовская нить» и дали существенную стабилизацию технологического процесса

7. Новый подход к анализу процесса кручения в АКУ позволил провести исследования для корректировки конструктивных параметров серийного блока АКУ.

8. На базе проведенных исследований выполнен анализ современных направлений в развитии СК способа прядения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Разумеев, Владимир Константинович, 2009 год

1. Гусев В.Е. Сырье для шерстяных тканей, нетканых материалов и первичная обработка шерсти. - М.: Легкая индустрия, 1976. - 460 с.

2. Кузнецов Т.И. Шерстоведение. М.: Международная книга, 1950. 402 с.

3. Разумеев К.Э. Сырье для предприятий шерстяной отрасли промышленности. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2003. - 205 с.

4. Перепелкин К.Е. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон. — М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004. 208 с.

5. IWTO Market Information. Edition 2007. 2007, pp. 1-62.

6. Разумеев К.Э., Разумеев В.К., Филиппова Т.М. Состояние и тенденции мирового овцеводства, рынка шерсти и продукции ее переработки: Овцы, козы, шерстяное дело, №4, 2006 г., с. 1-13.

7. Разумеев К.Э., Разумеев В.К., Филиппова Т.М. Тенденции мирового рынка шерсти и продукции из нее: Овцы, козы, шерстяное дело, №1, 2009 г.,с.45-54.

8. Мовшович П.М. Самокруточное прядение. //М., Легпромбытиздат, 1985 г., 248 с.

9. Мовшович П.М. Разработка теоретических основ технологического процесса самокручения и промышленного оборудования для его реализации, докторская диссертация, Кострома, 1987 г.

10. D.E. Henshaw. A model for self-twist yarn. Journ of the Text. Inst., 1970, Vol.61, №3, 97-107.

11. Forming twisting yarns and other twisting assemblies. //Патент Англии № 1015291- 1965 г.

12. Yam structure // Патент Англии № 1047503 -1966 г.

13. Process for forming twisted fibre assemblies,//.Патент Англии № 10843711966 г.

14. Twisted thread assemblies. // Патент Англии № 1144614 1967 г.

15. Twisting apparatus //Патент Англии № 1121942- 1964 г.

16. Formation of twisted thread assemblies// Патент Англии № 1336932. -1975 г.

17. Strand twisting apparatus //Патент Англии № 1341293 1973 г.

18. Strand twisting apparatus II Патент Австралии № 432698 1968 г.

19. Process for producing alternating twist // Патент США № 3415048 1968 г.

20. Method of imparting dual twist to yarn //Патент США № 2986867 1961 г.

21. Method of and apparatus for forming a multy-ply yarn //Патент США № 3999361 -1976 г.

22. Apparatus for twisting a strand //Патент Англии № 2004570 1979 г.

23. Method of forming a self-twisted fibrous structure //Патент Англии № 2007729 1979 г.

24. Self-twist yarn strand system // Патент США № 4074511 1978 г.

25. Fluid self-twist spinning apparatus // Патент США № 4120143 1978 г.

26. Self-twist yarn, strand and method //Патент США № 4123893 1978 г.

27. Self-twist yarn node fixation apparatus and method //Патент США № 4142365 1979 г.

28. Node fixation in self-twist yarn //Патент США № 4170103 1979 г.

29. Self-twist yarn and method and apparatus for producing it //Патент США № 4276740 1981 г.

30. Self-twist yam and method of making Бате/ТПатент США №4246750- 1981г.

31. Self-twist yam and method and apparatus for making such yams // Патент США №4279120- 1981 г.

32. Зотиков В.Е. и др. Основы прядения волокнистых материалов, М., Гиз-легпром, 1989 г.

33. Разумеев К.Э., Мовшович П.М. Обобщенная модель знакопеременного кручения//Сборник научных трудов, ОАО НПК «ЦНИИШЕРСТЬ», М., 2007

34. Гинзбург JI.H. Динамика основных процессов прядения, ч. III/ Гинзбург JI.H., Хавкин В.П., Молчанов А.С., Винтер Ю.М., Мовшович П.М., //Легкая индустрия-1976 г.

35. Хавкин В.П., Гинзбург Н.Л., Горн И.В., Мовшович П.М. Динамика кручения в однозонном крутильном устройстве с механическим вьюрком, Труды ЦНИЛВ, т.31, М., 1976, с. 44-50.

36. Хавкин В.П., Гинзбург Н.Л., Горн И.В., Мовшович П.М. Динамика кручения в двухзонном крутильном устройстве с механическим вьюрком, Труды ЦНИЛВ, т. 31, М., 1976 г., с. 51-56.

37. Мовшович П.М., Бабушкина Н.Б. и др. Сообщение знакопеременной крутки при помощи перемещающихся вьюрков, НИИ труды ВНИИЛТекма-ша, 1985, с.33-37.

38. Мовшович П.М. Динамическая модель самокруточного продукта с применением АКУ, НИИ труды ВНИИЛТекмаша, № 40, М., 1982 г., с. 49-55.

39. Мовшович П.М. Динамика процессов кручения волокнистого продукта, НИИ труды ВНИЛТекмаша, сб. № 25, 1975 г., с. 53-67

40. Мовшович П.М., Бабушкина Н.Б. и др. Аэродинамическое крутильное устройство для обработки нитей воздушными потоками и их применение для получения самокруточного продукта, «Машины и оборудование для легкой промышленности», ЦЕЖИТЭИЛегпищемаш, 1974 г.

41. Мовшович П.М., Бабушкина Н.Б. и др. Определение эффективности устройства для получения переменной крутки с использованием аэродинамических вьюрков, «Машины и оборудование для легкой и текстильной промышленности», ЦНИИТЭИЛегпром, 1975 г.

42. Завьялова Е.М., Мовшович П.М. Исследование процесса кручения пряжи в аэродинамическом крутильном устройстве, НИИ труды ВНИИЛТекмаша, № 26, 1977 г., с. 53-58

43. Мовшович П.М., Хавкин В.П., Ильин А.И. Устройства для самокруточного формирования пряжи. М., ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1971, с. 38.

44. Куличков Ю.С., Мовшович П.М., Хавкин В.П. Влияние изменения натяжения при пуске и останове прядильно-крутильной машины на свойства пряжи, Научно-исслед. труды ВНИИЛтекмаша, сб.№26, М., 1977,с. 46-52.

45. L.R.G. Treloar. The geometry of multy-ply yarns. Journ. of the Text. Inst., 1956, Vol.47, №6, 348-368

46. J.W.S. Hearle. The Mechanics twisted yarn: the influence of transverce forces of tensile behavior. Journ. of the Text. Inst, 1958, Vol.49, №8, 389

47. L.R.G. Treloar, G. Riding. A theoiy of the stress-strain properties of contini-ous-filament yarns. Journ. of the Text. Inst., 1963, Vol.54, №4, 156

48. L.R.G. Treloar. The stress-strain properties of multy-ply cards. Part I. Theoiy. Journ of the Text. Inst., 1965, Vol.56, 477

49. G. Riding. The stress-strain properties of multy-ply cards. Part II. Experimental. Journ of the Text. Inst., 1965, Vol.56, 489

50. J.W.S. Hearle. On theory of the mechanics of twisted yarns. Journ of the Text. Inst., 1969, Vol.60, №3, 95

51. A. Tayebi, S. Backer. The mechanics of self-plying structures. Part II. Multifilament strands. Journ of the Text. Inst., 1973, Vol.64, №12, 711.

52. A. Tayebi, S. Backer. The mechanics of self-plying structures. Part I. Monofilament strands. Joum of the Text. Inst., 1973, Vol.64, №12, 704.

53. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования технологических процессов. М: Легкая индустрия, 1980. 392 с.

54. Мовшович П.М., Разумеев В.К., Филипьев А.Ф., Разумеев К.Э. Динамика кручения одиночной нити в двухзонном аэродинамическом крутильном устройстве: Сборник научных трудов ОАО НПК «ЦДИИШерсть». М.: Издательство «0ргсервис-2000», 2008 г., с. 71-77.

55. Мовшович П.М., Филипьев А.Ф., Разумеев В.К. Исследование технологического зазора в пневматическом переключателе: Сборник научных трудов ОАО НПК «ЦНИИШерсть». М.: Издательство «0ргсервис-2000», 2008 г., с. 78-82.

56. Мовшович П.М., Разумеев В.К., Разумеев К.Э., Филипьев А.Ф. Исследование технологического зазора в пневматическом переключателе. / Изв. ВУЗов. Технология текстильной промышленности. 2008, №3(308), с. 42-44.

57. Мовшович П.М., Разумеев В.К., Разумеев К.Э., Филипьев А.Ф. Влияние длины шлангов на динамику переключения воздуха в вихревой камере в машине ПСК-225ШГ. / Изв. ВУЗов. Технология текстильной промышленности. -2008, №4(309), с. 31-35.