Разработка оптимальных режимов гребнечесания с использованием компьютерных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Палеха, Сергей Александрович

• Палеха, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Палеха, Сергей Александрович

Введение.

I глава. Исследование состояния вопроса.

1.1 Современная технология гребнечесания.

1.2 Основные направления совершенствования гребнечесальных машин.

1.3 Определение задач для совершенствования технологии гребнечесания.33 Выводы по главе.

II глава. Теоретические и экспериментальные исследования скоростных режимов современных гребнечесальных машин периодического действия.

2.1 Сравнительные характеристики гребнечесальных машин.

2.2 Исследование влияния числа циклов гребнечесальных машин на выходные параметры технологического процесса.

2.2.1 Условия проведения эксперимента.

2.3 Исследование скоростных режимов чесания волокнистой бородки гребенным барабанчиком.

2.3.1 Анализ скорости гребенного барабанчика на современных гребнечесальных машинах.

2.3.2 Теоретические исследования скорости гребенного барабанчика.

2.3.3 Реализация математической модели на ЭВМ.

2.3.4 Проверка адекватности разработанной модели.

2.3.4.1 Описание экспериментальной установки.

2.3.4.2 Условие проведение эксперимента и их результаты.

2.3.4.3 Сравнительный анализ расчетных и фактических данных скоростного режима гребенного барабанчика.

2.3.4.4 Прогнозирование и оптимизация скоростного режима гребнечесания.

Выводы по главе.

III глава. Исследование и совершенствование режимов гребнечесания волоконистых потоков.

3.1 Факторы влияющие на эффективность процесса гребнечесания.

3.2Факторы, влияющие на интенсивность процесса гребнечесания.

3.3 Исследование и анализ параметров игольчатой гарнитуры современных гребнечесальных машин.

3.4 Проектирование параметров набора игольчатой гарнитуры гребенного барабанчика.

3.5. Совершенствование условий чесания гребенным барабанчиком и его очистки круглой щеткой.

3.5.1 Экспериментальные исследования влияния количества гребенных планок на результаты гребнечесания.

3.5.2. Исследование и улучшение условий очистки. Анализ стандартных условий очистки.

3.5.4. Производственная проверка нового узла чесания и очистки.

3.5.3.1. Условия проведения эксперимента.

3.5.4.2. Результаты производственной проверки.

Выводы по главе.

IV глава. Исследование и моделирование процесса рассортировки волокон гребенным барабанчиком.

4.1. Обзор математических моделей процесса рассортировки волокон.

4.2. Разработка модели рассортировки волокон гребенным барабанчиком с учетом вероятности их разрыва.

4.3. Разработка алгоритма расчета модели на ЭВМ.

4.4. Проверка адекватности модели рассортировки волокон.

4.5. Прогнозирование процесса рассортировки.

4.6.Выбор метода оптимизации для практических расчетов на ЭВМ модели рассортировки волокон на гребнечесальной машине.

4.7. Оптимизация процесса рассортировки волокон по их длине на гребнечесальной машине.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка оптимальных режимов гребнечесания с использованием компьютерных технологий»

Получение высококачественной пряжи, для тканей, трикотажных изделий, швейных ниток и технических изделий, актуально в настоящее время и осуществляется по гребенной системе прядения, где важнейшим является гребнечесальный переход. От режимов гребнечесания зависят условия последующих технологических процессов прядения, экономичность производства пряжи и её физико-механические свойства.

Увеличение производительности современных гребнечесальных машин тесно связано с повышением их скоростных режимов. Так на гребнечесальных машинах различных фирм: «Текстима» (Германия), «Шлюмберже» (Франция), «Сант-Андреа Навара» (Италия) наиболее распространенных на отечественных камвольных предприятиях число циклов в минуту возросло от 150 до 250.

Но наряду с таким важным преимуществом машин последних моделей, как повышение выхода гребенной ленты за счёт увеличения числа рабочих циклов - возникает задача - обеспечить протекание процесса гребнечесания с максимальной сохранностью волокон (особенно при чесании тонкой шерсти, где наиболее вероятен разрыв волокон) и поддержать на требуемом уровне качественные показатели гребенной ленты. Это может быть достигнуто правильным выбором рационального режима работы машины, зависящего от различных условий и входных параметров процесса.

Анализ современной технологии гребнечесания и используемого оборудования в гребенной системе прядения шерсти, показал, что для важнейшего на производстве перехода, отсутствуют современные методы прогнозирования и оптимизации качественных и количественных характеристик получаемой гребенной ленты, а также компьютерные методы для гибкого управления технологическим процессом.

Автор защищает методику оптимальных режимов гребнечесания:

- математическую модель, описывающую скоростной режим гребенного барабанчика в процессе рассортировки волокон;

- математическую модель процесса рассортировки волокон учитывающую режимы чесания гребенным барабанчиком и свойства сырья;

- новый способ гребнечесания и очистки, на которую подана заявка на патент;

Разработанные технические и технологические решения, реализованные в виде компьютерных программ для совершенствования работы гребнечесальных машин и повышения их эффективности и производительности.

Цель диссертационной работы: разработка методов и технологических режимов гребнечесания, обеспечивающих повышение эффективности и производительности гребнечесальных машин в шерстопрядении.

Задачами исследования являются:

- разработка методов и математических моделей для повышения эффективности и интенсивности технологии гребнечесания;

- реализация разработанных моделей процесса гребнечесания с помощью компьютерных технологий;

- оптимизация режимов гребнечесания для повышения качественных показателей гребенной ленты и её выхода.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- впервые разработана математическая модель, описывающая скоростной режим гребенного барабанчика, в течении рабочего цикла;

- дополнена математическая модель процесса рассортировки волокон, с учётом вероятности их разрыва и режимов чесания гребенным барабанчиком;

- разработана новая конструкция узла гребнечесания и очистки (гребенного барабанчика и круглой щётки) на которую подана заявка на патент №2008127270 приоритет от 07.07.2008г. «Гребнечесальная машина периодического действия»;

- в среде 3 ds max 7 созданы компьютерные модели для визуализации взаимодействия рабочих органов гребнечесальной машины в течение рабочего цикла;

- предложены рекомендации, для создания отечественной гребнечесальной машины и реконструкции имеющегося парка машин.

Методы исследования. При выполнении данной работы были использованы методы:

- теории вероятностей и математической статистики;

- аппарат регрессионного анализа;

- методы теории оптимизации и алгоритмы этих методов, реализованные в средах MathCAD и Microsoft Excel;

- пакет 3 ds max 7 для компьютерной визуализации технологических процессов.

Для проведения экспериментальных исследований была разработана и изготовлена опытная установка, оснащённая электронной измерительной аппаратурой и компьютерной вычислительной техникой, а также методы цифровой видеосъемки.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается:

- применением современных методов математического моделирования;

- удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальных данных;

- использованием современных методов измерений и обработки результатов экспериментов;

- экспериментальной проверкой теоретических и расчетных выводов на действующем оборудовании.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют повысить эффективность процесса гребнечесания, улучшить условия чесания волокон гребенным барабанчиком, снизить разрыв волокон, повысить выход и качественные показатели гребенной ленты.

Разработанный метод и программное обеспечение позволяют проводить автоматизированный расчёт и оптимизацию скоростных режимов чесания волокнистых потоков гребенным барабанчиком.

Разработанный метод и программное обеспечение позволяют проектировать параметры гребенной гарнитуры гребнечесальной машины с учётом свойств перерабатываемого сырья.

Разработанные способ и технология гребнечесания и очистки, реализованные в новой конструкции узлов чесания и очистки, позволяют снизить разрыв волокон при гребнечесании, повысить качественные показатели гребенной ленты и её выход, а также производительность машины на 10-15%. По результатам исследования предложены рекомендации для создания отечественной гребнечесальной машины и реконструкции имеющегося парка машин.

Разработанные методы и технологии могут быть использованы для совершенствования режимов чесания, как шерсти, так и льна на гребнечесальных машинах периодического действия.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на заседаниях кафедры «Технология прядения » ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в 2006-2008 г.г., на научно-технических конференциях «Современные проблемы текстильной и лёгкой промышленности» ГОУ ВПО «РосЗИТЛП», на текстильных предприятиях: Камвольно-прядильная фабрика им. 1 мая (ОАО «Рязанове»), ОАО «Тритон» и др.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, общих выводов и приложений, изложена на 137 страницах текста, содержит 53 рисунка, 21 таблиц, 71 литературный источник.

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Палеха, Сергей Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Повышенные требования к качеству гребенного продукта выдвигают задачу — разработки современных методов прогнозирования результатов гребнечесания, повышение эффективности рассортировки волокон и производительности гребнечесальных машин.

2. Разработаны метод и математическая модель, для расчета скоростных режимов чесания волокнистой бородки гребенным барабанчиком в течение рабочего цикла.

3. Производственная проверка с помощью специальной установки показала адекватность полученной модели исследуемому процессу.

4. С помощью математической модели реализованной виде компьютерной программы проведен расчет скоростных режимов и получены оптимальные условия чесания волокнистой бородки гребенным барабанчиком.

5. Предложены новые параметры набора чешущей гарнитуры гребенного барабанчика и способ его очистки.

6. Проведена с положительным результатом производственная проверка нового узла чесания и очистки гребнечесальной машины.

7. Разработана математическая модель процесса рассортировки волокон гребенным барабанчиком с учётом вероятности их разрыва.

10. Установлено влияние заправочных параметров гребнечесальной машины на характеристики распределения волокон по длине в гребенной ленте, ее выход и неровноту.

11. Проведена многокритериальная оптимизация процесса рассортировки локон. Получены оптимальные параметры заправки гребнечесальной машины с учетом скоростных режимов.

10. Созданы компьютерные модели в среде 3 ds max 6 для визуализации и ан анализа взаимодействия рабочих органов гребнечесальной машины.

11. Разработанные методы, математические модели и программное обеспечение, а также примеры их производственных проверок на камвольных предприятиях позволили повысить эффективность процесса гребнечесания и оптимизировать заправочные параметры гребнечесальных машин.

12. По результатам работы предложены рекомендации для проектирования современной гребнечесальной машины и реконструкции имеющегося парка машин.

131

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Палеха, Сергей Александрович, 2008 год

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. - М. Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1988.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. — М.: Машиностроение., 2001.

3. Бадалов К.И., Ситкова Н.И. «Исследование силы чесания волокон верхним гребнем гребнечесальной машины», Р.С. «Прядение», №2 1976

4. Битус Е.И. Моделирование рассортировки волокон шерсти по длине при гребнечесании с учетом их разрыва. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, № 6, 2002.-С.28-32.

5. Битус Е.И., Палеха С.А. Компьютерное моделирование режимов работы гребнечесальных машин периодического действия. Федеральное агентство по информационным технологиям. Программа. Регистрационное свидетельство №8723, приоритет от 07.07.2007.

6. Битус Е.И. Компьютерное прогнозирование процесса гребнечесания шерсти //Международный каталог «В мире оборудования», № 10 СПб., ЛегПромБизнес, 2002.- с.28-29.

7. Битус Е.И. Совершенствование условий и режимов отделения волокон на современных гребнечесальных машинах периодического действия // Международный каталог «В мире оборудования», № 9 — СПб., ЛегПромБизнес, 2002.-е. 16-17.

8. Битус Е.И., Епифанов А.Д., Нестерова И.В. Аппроксимация дифференциальной функции распределения волокон по длине в ленте. Известия вузов «Технология текстильной промышленности», № 4, 1997.

9. Битус Е.И. Разработка методов снижения разрыва волокон и повышение выхода ленты в процессе гребнечесания шерсти. Диссертация к.т.н. М., МТИ, 1982.

10. Битус Е.И. Разработка методов прогнозирования рассортировки волокон и оптимальных условий работы гребнечесальных машин в шерстопрядении. Диссертация д.т.н. М., МГТУ, 2003.

11. Битус Е.И., Палеха С.А. Компьютерное моделирование режимов работы гребнечесальных машин периодического действия. Федеральное агентство по информационным технологиям. Программа. Регистрационное свидетельство №8723, приоритет от 07.07.2007.

12. Битус Е.И., Палеха С.А. Режим чесания волокон гребенным барабанчиком. Журнал «Текстильная промышленность «Научный альманах»» № 4. Раздел «Технологии». Москва 2008, с.7-9.

13. Битус Е.И., Палеха С.А. Гребнечесальная машина периодического действия. Заявка на патент № 2008127270, приоритет от 07.07.2008.

14. Битус Е.И. Использование среды Excel в учебном процессе и научных исследованиях. Сб. докладов международной научно-методической конференции «Пути совершенствования подготовки специалистов для текстильной промышленности». М., 2002.-С.15-17.

15. Битус Е.И. Метод и компьютерная программа аппроксимации экспериментальной функции распределения текстильных волокон по их длине. Программа для ЭВМ. М., Госкоорцентр информационных технологий, 2003.

16. Битус Е.И. Современные технологии изготовления гребенной ленты в шерстопрядении. Регистрационное свидетельство № 8724 от 04.10.2006г. Федеральное агентство по информационным технологиям РФ.

17. Битус Е.И. Автоматизированный анализ и оптимизация характеристик полуфабрикатов при получении гребенной ленты в шерстопрядении.

18. Сб. НИР ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» №3, 2007

19. Битус Е.И. Система автоматизации экспериментального исследования процессов на гребнечесальной машине. М., МТИ, 1991.-с. 1-48.

20. Битус Е.И., Нестерова И.В. Оценка влияния заправочных параметров гребнечесальных машин на качественные и количественные показатели выходного продукта. Межвуз. сб. «Автоматизированные системы в текстильной промышленности». — М., МГТА, 1993.-С.23-28.

21. Битус Е.И. Компьютерное моделирование и оптимизация процессов формирования гребенной ленты в шерстопрядении. Монография. М.: Информ-Знание, 2007. (51)

22. Бочков А.М. Стабилизация процесса гребнечесания при высоких скоростях. Диссертация к.т.н. 1989.

23. Васильев Н.А. Гребнечесальная машина системы Offerman-Ziegler. Известия южно-русского общества, № 4. 1901.

24. Васильев Н.А. Механическая технология волокнистых веществ. Харьков. 1902. 688 с.

25. Гинзбург JI.H., Хавкин В.П., Винтер Ю.А. Динамика основных процессов прядения. Части 1,2. -М. Легкая индустрия, 1970.

26. Гусев В.Е., Музылев Л.Т., Эммануэль М.В., Слываков В.Е. Прядение шерсти химических волокон. М.: Легкая индустрия. 1974.

27. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа. 2003

28. Дудник А.И. Гребенное прядение шерсти. М.: Легкая индустрия. 1964.

29. Изосимов Д.Б. Исследование и разработка алгоритмов идентификации и управления электрическими машинами на скользящих режимах. Дисс. кан. тех. наук. М. ИЛУ, 1984.

30. Козлов А.Б. Повышение эффективности процессов текстильной технологии за счет контроля параметров качества продукции на базе оптоэлектронной техники. Дисс. .докт. техн. наук., М. 1994.

31. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Будников В.И. Учение о волокнистых материалах. М.: Гизлегпром. 1949.

32. Леоненков А.В. Решение задач оптимизации в среде MS EXCEL. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. (54)

33. Лысенко Л.Я. Некоторые пути повышения производительности гребнечесальных машин для тонкой шерсти. Диссертация к.т.н. 1961.

34. Матвеева И.В. Разработка метода снижения обрывности волокон в процессе гребнечесания полушерстяной ленты. Автореферат диссертации. М. 2000.

35. Матвеева И.В., Капитанов А.Ф., Зубарева Н.И. Устройство для эмульсирования ленты на текстильной машине. Свидетельство на полезную модель № 9224 от 07.05.98. 2 с.

36. Музылев Л.Т. Усовершенствование процесса гребнечесания шерсти. Дисс. .докт. техн. наук. М.: МТИ. 1973.

37. Музылев Л. Т. «Режим гребнечесания тонкой шерсти», Гизлегпром, М. 1950.

38. Музылев Л.Т., Яковлев И.К. Усовершенствование процесса гребнечесания шерсти. М.: Легкая индустрия. 1970. 196 с.

39. Некрасова Л.П., Карпова О.П. Исследование физико-механических свойств и поврежденности шерстяного волокна в процессе выработки гребенной пряжи». М.: Сборник научных трудов ЦНИИ шерсти. 1979.

40. Нормы технологического режима производства шерстяной пряжи. ЦИНТИЛегпром. 1982.

41. Палеха С.А., Битус Е.И. Исследование и оптимизация вытяжки при отделении волокнистых порций на гребнечесальных машинах. Объединённый научный журнал. Раздел «Технологии в текстильной промышленности». М.2007, с.87-91.

42. Палеха С.А., Битус Е.И. Исследования и совершенствования режимов работы гребнечесальных машин. Объединённый научный журнал. Раздел «Технологии в текстильной промышленности». М. 2007, с.83-87.

43. Перельройзен Г.З. Исследование процессов на гребнечесальной машине периодического действия шерстопрядильного производства с целью повышения производительности. Дисс. канд. техн. наук. К., КТИ, 1975.

44. Поздняков А.В. Исследование эффективности работы гребнечесальных машин в шерстопрядении. Дисс. .к. техн. наук., JI. 1979.

45. Протасова В.А., Белышев Б.Е., Капитанов А.Ф. Прядение шерсти и химических волокон. — М. Легпромбытмздат,1988.51. Проспекты фирм

46. Spinnereimaschinenbau (Германия) — гребнечесальная машина для шерсти. Модели 1605, 1606.

47. Schlumberger (Франция) — гребнечесальная машина для шерсти. Модели РВ 31 иРВ 33.

48. Sant Andea Novara (Италия) — гребнечесальная машина для шерсти. Модели Р90 P90L.

49. Savio (Италия) Концерн Эни Линии полного производственного цикла для прядения шерсти. Автоматизация в прядильном производстве.

50. Разумев К.Э. Методу проектирования шерстяной гребенной ленты и пряжи на основе инструментального определения свойств немытой шерсти. Дисс.докт.техн. наук., М.2003. (40)

51. Севостьянов А.Г. Исследование неровноты при смешивании текстильных волокон и при вытягивании продуктов прядения. Докторская диссертация. МТИ. 1960.

52. Севостьянов А. Г. Виды распределений параметров в текстильных исследованиях и их аппроксимация. Учебное пособие. М. МТИ, 1981.

53. Севостьянов А.Г. Определение сопротивления движению гребней при гребнечесании. Труды МТИ, т. X. 1948.

54. Севостьянов А.Г. Оценка эффективности и интенсивности процесса гребнечесания. М.: МТИ. Научно-исследовательские труды, т. ХУИ. 1956.

55. Севостьянов А. Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1984. 344 с.

56. Севостьянов А. Г., Севостьянов П.А. Оптимизация технологических процессов. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1991. 255 с.

57. Севостьянов А.Г. Некоторые вопросы теории гребнечесания. Диссертация М.: МТИ. 1939.

58. Столярова Т.П. Исследование эффективности работы гребнечесальной машины тонкогребенной системы прядения шерсти. Диссертация. М.: МТИ. 1975.

59. Стивет Р. Использование макросов в Excel. 2-е изд./СПБ.: Питер, 2004.

60. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследований механико-технологических процессов в текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия. 2007.

61. Соловьев А.Н., Кирюхин С.М. Оценка качества и стандартизация текстильных материалов. М.: Легкая индустрия., 1974. 248 с.

62. Справочник по шерстопрядению. М.: Легкая индустрия. Шерстяная промышленность. 1982.

63. Титовец В.А., Штут И.И. Исследование факторов, влияющих на разрыв волокон в процессе гребнечесания. — Изв. вузов Технология текстильной промышленности, 1972. 16с.

64. Штут И.И. Оценка разрыва волокон в технологических процессах с помощью математической модели. Изв. Вузов техн. текст. пром.1976.5,с.39

65. Эль- Гейхейни А. С. Математическое моделирование процессов на гребнечесальной машине периодического действия и оптимизации планов прядения гребенной системы. — Дисс. Канд. техн. Наук, М., МТИ, 1978.

66. Belin R.E., and Taylor, D.S. Directional Effects in Worsted Rectilinear Combing. Journal of the Textile Institute, 1967, v. 58, No. 4.

67. Byatt, W.J., and Elting, J.P. Changes in the Weight Distribution of Fibre Length of Cotton as a Result of Random Fibre Breakage. Textile Research Journal, 1958, v. 28, No. 5, p. 417-421.

68. Tallant, J.D., and Pittman, R.A. Breakage Models and Measuring Technique for Fibre Length Distribution. Textile Research Journal, 1968, v. 38, No. 3, p.

69. Lee, S.W. A Probability Model for Random Fibre Breakages Textile Research Journal. P. I. 1967, v. 37, No. 10, p. 860-879. P.II, 1968, v. 38, No. 6.