Обоснование рациональных параметров трясильных машин с нижним гребенным полем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Ширшов, Илья Александрович

• Ширшов, Илья Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ширшов, Илья Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТРЯСИЛЬНЫХ МАШИН С НИЖНИМ ГРЕБЕННЫМ ПОЛЕМ.

1.1. Обзор известных исследований.

1.2. Анализ конструктивных решений существующих трясильных машин

1.3. Выводы по главе 1.

2. АНАЛИЗ КИНЕМАТИКИ ПРИВОДА КРИВОШИПНО-ШАТУННЫМ МЕХАНИЗМОМ.

2.1. Определение угловых перемещений, скоростей и ускорений иглы.

2.2. Определение зависимости угла опережения, угла размаха, вылета иглы в крайнем переднем положении от конструктивных параметров привода

2.3. Способы регулирования угла опережения.

2.4. Способ снижения ударных нагрузок в приводе.

2.4. Выводы по главе 2.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА И ПОВЕРХНОСТЕЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ.

3.1. Определение площади, массы участка слоя, взаимодействующего с иглой

3.2. Определение деформаций материала при растяжении и сжатии.

3.3. Определение коэффициента трения материала о решетку.

3.4. Определение аэродинамического коэффициента материала.

3.5. Выводы по главе 3.

4. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАТЕРИАЛА С РАБОЧИМИ

ОРГАНАМИ ТРЯСИЛЬНОЙ МАШИНЫ.

4.1. Дифференциальное уравнение движения материала при взаимодействии с иглой/.

4.2. Перемещение участка слоя материала при его взаимодействии с иглой и решеткой в крайнем переднем положении.

4.3. Перемещение участка слоя материала с учетом влияния участков слоя, не взаимодействующих с иглами.

4.4. Закономерности процесса трясения.

4.4. Выводы по главе 4.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ МАШИНЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОЕ ПРОТЕКАНИЕ ПРОЦЕССА ТРЯСЕНИЯ.

5.1. Принципы организации процесса трясения.

5.2. Параметры рациональной схемы привода.

5.3. Выводы по главе 5.

6. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

Выводы по главе 6.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рациональных параметров трясильных машин с нижним гребенным полем»

Обзор публикаций и современного состояния техники показал, что в условиях жесткой конкуренции снижение металлоемкости, энергоемкости производства, обновление производственной базы становится насущной задачей. Отрасль первичной обработки лубяных волокон (ПОЛВ) нуждается в экономичном, производительном оборудовании с высокими технологическими характеристиками.

Трясильные машины с нижним гребенным полем выполняют важную функцию подготовки слоя отходов трепания перед обработкой в куделеприго-товительных 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 куделеприготови-тельного 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.

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

Задачей исследования является установление закономерных связей параметров обрабатываемого материала с технологическими и конструктивными параметрами трясильной машины, а именно:

• разработка математической модели взаимодействия рабочих органов трясильной машины с перерабатываемым материалом, описывающей скорость поступательного перемещения материала вдоль трясильной машины;

• математическое описание свойств обрабатываемого материала, влияющих на характер взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами;

• формулировка принципов рациональной организации процесса трясения;

• установление путей повышения эффективности процесса трясения.

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

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования про-водись с применением методов дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании лаборатории кафедры ТПЛВ КГТУ и в производственных условиях льнозавода Шог лоховского 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 тензометриче-ские методы исследований.

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

Научная новизна работы заключается в том, что:

• установлено, что при ассиметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки, свободные участки слоя, не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, способствуют поступательному перемещению материала и влияют на скорость его движения вдоль машины;

• разработана математическая модель перемещения материала в трясильной машине с учетом влияния участков слоя, находящихся в промежутках между иглами;

• получены математические модели, описывающие технологические параметры (угол опережения, угол размаха, вылет иглы в крайнем переднем положении) через параметры механизма привода рабочих органов машины;

• математически описаны свойства материала, обрабатываемого в трясильных машинах: жесткости на сжатие и растяжение, коэффициента аэродинамического сопротивления перемещению в воздушных потоках, коэффициента трения о решетку;

• разработана математическая модель, описывающая условия сохранения природных свойств волокна при обработке в трясильных машинах с нижним гребенным полем;

• сформулированы принципы рациональной организации процесса трясения.

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 ХХ1века» - 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.

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Ширшов, Илья Александрович

Основные выводы по результатам исследований.

1. Получены зависимости (2.6)—(2.9), на основании которых можно производить количественный анализ перемещений рабочих органов при изменении параметров привода трясильной машины, что позволяет обоснованно выбирать конструктивные параметры трясильной машины.

2. Разработаны математические модели (2.13), (2.16), с помощью которых возможен расчет таких технологических параметров, как: угол размаха, угол опережения, вылет иглы по конструктивным параметрам привода.

3. Для моделирования взаимодействия материала с рабочими органами трясильной машины использован метод деления слоя на участки. Определены зависимости для расчета размеров участков, взаимодействующих с иглами и участков, находящихся в промежутках между иглами (3.8), (3.9). Установлены эмпирические зависимости, позволяющие по величине прикладываемой нагрузки определять величину относительной деформации материала при растяжении и сжатии (3.13), (3.22). Определены значения коэффициента, характеризующего аэродинамические свойства отходов трепания для различной плотности материала (табл. 6).

4. Расчетом по модели, описывающей взаимодействие материала, находящегося в контакте с иглой с учетом действия сил аэродинамического сопротивления и направления действия сил трения (зависимость (4.12)) установлено, что разность сил инерции, действующих на материал при движении иглы вперед и назад, не может являться причиной его поступательного перемещения вдоль машины.

5. Расчетом по модели, описывающей взаимодействие участка слоя с иглой и решеткой в крайних положениях иглы (зависимость (4.26)) установлено, что при поперечном обжатии материал покидает иглу, однако не имеет достаточной скорости для поступательного перемещения вдоль машины.

6. Разработана математическая модель перемещения материала в трясильной машине с учетом влияния участков слоя, находящихся в промежутках между иглами (4.41), (4.44), (4.45), которая позволила уточнить механизм перемещения обрабатываемого материала вдоль трясильной машины. Установлено, что при асимметричном расположении траектории движения конца иглы относительно решетки свободные участки слоя, не подвергающиеся обжатию иглами при их движении к крайнему положению, способствуют поступательному перемещению материала и влияют на скорость его движения вдоль машины.

7. Расчет перемещений материала по зависимостям (4.41), (4.44), (4.45) показал, что на скорость перемещения слоя существенно влияет вылет иглы в крайнем переднем положении, скорость вращения приводного вала машины и коэффициент трения волокна по планкам решетки и иглам. Сравнительный анализ зависимостей, полученных расчетом по математической модели и экспериментальных данных, полученных Ю.Н. Тару-ниным [9], показал адекватность полученных математических моделей.

8. Анализ перемещений слоя показал, что с ростом угловых ускорений иглы возрастают силы упругих деформаций между участками слоя, что может быть-причиной нарушения структуры слоя и деструкции технических волокон.

9. Разработаны принципы рациональной организации процесса трясения, позволяющие повысить эффективность данной технологической операции. На основе принципов разработаны технологические настройки для эффективного удаления костры и выравнивания слоя по плотности.

10. Установлено, что совмещение двух технологических операций в одной машине не позволяет добиться эффективного выполнения каждой из них, поэтому целесообразным является разделение по отдельным машинам операции удаления насыпной костры и выравнивания слоя по плотности.

11. Предложена технологическая схема подготовки отходов трепания перед куделеприготовительным агрегатом (рис. 5.66), которая позволяет снизить потери тепла в сушильной машине на нагрев насыпной костры, а также повысить равномерность влажности материала за счет подачи в сушильную машину более равномерного слоя.

12.Предложена схема технологической линии получения короткого волокна (рис. 5.7), позволяющая использовать трясильные машины в качестве питателей для получения слоя заданных параметров.

13. Производственные испытания на льнозаводе Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».доказали рациональность разработанных рекомендаций. Предложения по совершенствованию режимов работы трясильных машин приняты к использованию льнозаводом Шолоховского подразделения ООО «Магрико-Кострома».

14. Определены более рациональные способы регулирования угла опережения без увеличения массы подвижных элементов привода (рис. 2.7).

15. Разработаны и внедрены технические решения по модернизации трясильной машины (заказчик ООО «ПРОМТЕКС», см. Приложение 1). Выданы рекомендации по настройке трясильных машин для льнозавода Шолоховского подразделения ООО «Магрико—Кострома».(заказчик ООО «Магриком», см. Приложение 2).

16. Новизна технических решений, разработанных в диссертационной работе, подтверждена двумя патентами на изобретение Российской Федерации.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ширшов, Илья Александрович, 2009 год

1. Басилов А.П. Попытка теоретического сравнения трясилок ТК и КП-1/ А.П. Басилов / / Льнопенькоджутовая промышленность. 1937. — №2.

2. Нетесов В.П. О механизме качания гребенных валов трясильных механизмов куделеприготовительных машин для кенафа/ В.П. Нетесов / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1959. — №1.

3. Нетесов В.П. О проектировании гребенных валов трясильных механизмов/ В.П. Нетесов / / Технология текстильной промышленности. — 1958. — №6.

4. Суслов Н.Н. Анализ явлений, происходящих в гребенном поле трясильной машины ТГ-135-Л / Н.Н. Суслов, И.А Турилова / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1959. — №6.

5. Суслов Н.Н. Число воздействий и пропускная способность трясильной машины ТГ-135-Л/ Н.Н. Суслов, Ю.Н. Тарунин / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1968. — №6.

6. Суслов Н.Н. О плотности игл в гребенном поле трясильной машины ТГ-135-Л / Н.Н. Суслов, Ю.Н. Тарунин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1966. — №6.

7. Агафонов А.А. Разработка технологии и создание куделеприготовитель-ного оборудования для льняного луба: дис. . канд. техн. наук / Агафонов А.А. Кострома: КТИ, 1983.

8. Смирнов Б.И. Проектирование машин первичной обработки лубяных волокон: учебник / Б.И. Смирнов, Г.К. Кузнецов. — М.: Машиностроение, 1967.-263 с.

9. Тарунин Ю.Н. Исследование процесса трясения отходов трепания в машинах с нижним гребенным полем: дис. . канд. техн. наук / Тарунин Ю.Н. Кострома: КТИ, 1966.

10. Горбунова А.Г. Исследование технологии получения пряжи из химически обработанного в массе короткого льняного волокна: дисс. . канд. техн. наук / А.Г. Горбунова. Кострома: КТИ, 1981.

11. Дьячков В.А. Проектирование машин для первичной обработки лубяных волокон: учебник / В.А. Дьячков. — Изд. 2-е перераб. и доп. — Кострома: Изд-во Костромского гос. технол. ун-та, 2006. 232с.

12. Трифонов В.Г. Количественная и качественная характеристика отходов трепания / В.Г. Трифонов / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1959. №7.

13. Внуков В.Г. Разработка и исследование технологических параметров дезинтегратора для получения короткого льняного волокна: дисс. . канд. техн. наук / В.Г. Внуков. Кострома: КТИ, 1989.

14. Павловский Е.И. Дезинтегратор для отделения костры от короткого волокна / Е.И. Павловский, В.Г. Внуков, С.К. Миндовский, В.А. Мараманов / / Технические культуры. — 1990. №3.

15. Комаров Б.П. Влияние сжатия льняных волокон в массе на их структуру и механические свойства: дис. . канд. техн. наук / Б.П. Комаров. — Кострома : КТИ, 1965.

16. Дербенев А.С. Разработка технологии получения из льняной тресты однотипного ориентированного волокна в ленте: дис. . канд. техн. наук / А.С. Дербенев. — Кострома: КТИ, 1983.

17. Марков B.B. Первичная обработка лубяных волокон: учебник для студентов вузов текстильной промышленности / В.В. Марков, Н.Н. Суслов, В.Г. Трифонов, A.M. Ипатов. — М.: Легкая индустрия, 1974.

18. Синицина М.А. Исследование трения лубоволокнистых материалов в приложении к технологическим процессам первичной обработки: дис. . канд. техн. наук / М.А. Синицина. Кострома : КТИ, 1970.

19. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. М.: Наука, 1978.-765 с.

20. Старжинский В.М. Теоретическая механика. Учебник: Краткий курс по полной программе втузов / В.М. Старжинский. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. 464 с.

21. Кузнецова Н.С. Аналитическое определение деформации порции волокнистого материала в массе при сжатии / Н.С. Кузнецова, В.И. Жуков / / Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2004. — №6. — С. 37-38.

22. Кузнецова Н.С., Жуков В.И. Растяжение волокнистых материалов в массе / Н.С. Кузнецова, В.И. Жуков / / Сборник научных трудов молодых ученых КГТУ. Кострома, 2003. - Вып.4. - С.76-81.

23. Жуков В.И. Исследование вязкости волокнистого материала в массе при деформации сжатия / В.И. Жуков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2000. - №2. - С. 16-20.

24. Scutching machines Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.vanhauwaertmachines.be

25. Shakers Электронный ресурс. Режим доступа: http ://www. vandommele.be

26. Scutching Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.demtec.be

27. Tow scutching line Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.charle.be

28. Трясильная машина: патент № 1689447 А1 D 01 В 1/20. / В.И. Достовалов и Ф.Н. Романюк. От 21.04.89.

29. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 996531 D 01 В 1/16. / А.Н. Лукинов. Приоритет от 15.02.83.

30. Установка для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1484834 А1 D 01 В 1/24. / В.П. Щекотов, X. Ерматов, А. Алимходжаев и Л.В. Коваленко. От 21.10.87.

31. Способ отделения короткого волокна лубяных культур от костры путём просеивания смеси на колеблющейся перфорированной поверхности : патент № 1010163 A D 01 В 1/10; / Т.П. Мухин, В.И. Смаглий, П.Т. Фед-ченко и А.А. Кульчицкий. — От 12.03.80.

32. Устройство для выделения костры из потока отходов трепания лубяных культур: патент № 1532609 А1 D 01 В 1/10, 1/42. / Х.М. Бабаев и А.Ю. Гаранин. От 18.12.87.

33. Устройство для трясения лубоволокнистого материала: патент № 1440966 А1 D 01 В 1/16, 1/24. / Р.Г. Ибрагимов, П.М. Остриков, В.И. Римкевич иТ.П. Старовойтов. От 26.05.86.

34. Устройство для трясения лубяных волокон: патент № 1379351 Al. D 01 В 1/24, 1/46. / Ф.З. Агишев и М.М. Мирагзамов. От 21.11.85.

35. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1356540 Al D 01 В 1/16. / П.М. Остриков, Е.В. Кислов и Л.В. Суслопа-рова. От 03.03.86.

36. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1602884 А1 D 01 В 1/16. / Е.В. Кислов и И.А. Митин. От 05.12.88.

37. Установка для выделения волокна из мокрых отходов трепания лубяных культур: патент № 745967 D 01 В 1/10 D 01 В 1/42. / B.C. Офицеров, А.Б. Новиков, А.В. Мемешкин и др. Приоритет от 07.07.80.

38. Установка для получения короткого волокна: патент № 1348388 А1 D 01 В 1/10, 1/16. / И.Н. Левитский, В.Г. Внуков, A.M. Ипатов, А.Н. Пигалов, Л.В. Суслопарова, П.М. Остриков, Е.В. Кислов, Ф.А. Осипов и Ю.Л. Лебедев.-От 15.04.85.

39. Устройство для очистки лубоволокнистого материала: патент № 1652384 А1 D 01 В 1/32, 1/40 // D 01 G 9/00. / В.Б. Соколов, Н.Н. Суслов. От 13.02.89.

40. Устройство для отделения костры от волокон лубяных культур: патент № 368353 D 01 b 1/24. / A.M. Ипатов, В.В. Щечкин. Приоритет от 26.01.1973.

41. Устройство для обработки отходов трепания лубяных культур: патент № 1641903 А1 D 01 В 1/16. / Е.В. Кислов, П.М. Остриков, И.А. Митин, Б.Н. Матвеев.-От 11.07.89.

42. Устройство для отделения волокна от костры: патент № 1712478 А1 D 01 В 1/24, D 01 G 9/02. / Е.И. Павловский, В.А. Мараманов, С.К. Миндов-ский. От 20.04.90.

43. Дьячков В.А. Определение закона перемещения иглы в трясильных машинах с нижним гребенным полем/ В.А. Дьячков, И.А. Ширшов И.А./ / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2006. — №6. - С.32-48.

44. Ширшов И.А. Определение угла опережения в трясильных машинах с нижним гребенным полем / Ширшов И.А. / / Вестник КГТУ. 2006. — №13.

45. Ширшов И.А. Причины повреждения волокна в трясильных машинах с нижним гребенным полем / И.А. Ширшов / / Вестник КГТУ. 2007. — №15.

46. Ширшов И.А. Перемещение материала в трясильных машинах с нижним гребенным полем с учетом влияния участков слоя, не взаимодействующих с иглами/ И.А. Ширшов / / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. — 2008. №3с.

47. Привод гребенных валиков трясильной машины: Патент RU №2220129. Бюл. №11 / Дьячков В.А., Ширшов И.А. Опубл. 27.07.08

48. Устройство отделения костры от волокна: Патент RU №2006143306./ Ширшов И.А. Опубл. 06.12.07.

49. Способ формирования паковок стеблеволокнистых материалов; Патент RU №2259920./ Дьячков В.А., Соболев И.А. Опубл. 10.09.05, Бил.№25.