авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Теоретические и технические основы повышения эффективности процесса трепания недоработанного льняного волокна

-- [ Страница 2 ] --

В первой главе изложено состояние вопроса и проведён анализ результатов исследований процесса трепания при получении льняного волокна. Отмечено, что вследствие интенсификации технологических процессов в льноводстве, сокращения требуемых сортировок льна на льнозаводы поступает треста с повышенным уровнем неоднородности по основным технологическим свойствам. Льнозаводы при её переработке получают волокно с повышенной долей недоработанного льна (до 40–60%). Образование такого количества полуфабриката требует его дополнительной обработки и поэтому ведет к росту издержек производства, снижению выхода длинноволокнистых фракций, ухудшению их качества и конкурентоспособности отечественных льняных изделий.

Обобщение и анализ опубликованных источников по проблеме переработки недоработанного длинного волокна льна позволили заключить, что основой для её изучения служат закономерности, присущие процессу трепания. Основным отличием является объект обработки – недоработанное волокно. Его свойства и их изменения при трепании мало изучены. Констатированы основные направления совершенствования процесса: снижение волокнистых потерь волокна при повторной обработке трепанием и интенсификация условий для удаления прежде всего присушистой костры.

Изучение результатов работ, связанных с обескостриванием льна, позволило установить эффективные направления его совершенствования путем повышения вероятности перевода присушистой костры в разряд насыпной за счёт использования двойного протрёпа, уменьшения толщины слоя, его разрыхления и снижения объёмной плотности в зоне зажима волокна, увеличения количества воздействий на прядь, роста сил натяжения и градиента скоростей участков пряди в этой зоне, уменьшения радиуса закругления кромки била, а также увеличения смещения волокнистых слоёв друг относительно друга. С учётом этого в диссертационной работе указана целесообразность использования интегрального параметра эффективности обескостривания.

Установлено, что при изучении процесса трепания в части снижения волокнистых потерь теория механики нити и слоя должна являться основополагающей для его исследования и моделирования.

Вопросы кинематики и динамики слоя льноволокна при его взаимодействии с билами трепальной машины были рассмотрены в работах А.Б. Кузьминского, Н.А. Неронова, Н.Н. Суслова, В.И. Савиновского, Г.к. Кузнецова, А.М. Ипатова, И.Н. Левитского, В.В. Коновалова, Д.А. Янушевского, Е.Л. Пашина, А.Б. Лапшина, В.А. Дьячкова, С.Н. Разина и др. По результатам анализа полученных результатов следует, что существующие алгоритмы и модели оценки силового нагружения льняной пряди построены на основе использования недостаточно обоснованных субъективных допущений, что приводит к значительным ошибкам при расчётах.

Анализ работ А.П. Минакова, В.С. Щедрова, В.А. Светлицкого, Ю.В. Якубовского, Д.П. Меркина, В.К. Качурина, Я.И. Коритысского, Н.И. Алексеева, Г.Н. Кукина, А.Н. Соловьева, И.И. Мигушова, В.М. Каган, В.П. Щербакова, В.Г. Тиранова, К.Е. Перепелкина и др., посвященных исследованиям в области механики нити, выявил отсутствие методов расчета параметров динамики и кинематики нити конечной длины, когда один конец ее закреплен, а другой свободен и взаимодействует с движущимся (поступательно и вращательно) твёрдым телом сложной конструктивной формы. Именно эти условия соответствуют реальному процессу трепания льняного волокна.

Обобщение теоретических положений, изложенных в работах С.Е. Проталинского, Х.А. Рахматуллина и М. Эргашова, выявило целесообразность использования для изучения данного процесса дискретных моделей. Обозначены направления развития этого направления.

В заключительной части главы проведено обобщение результатов анализа опубликованных сведений, связанных с темой диссертационного исследования. Оно позволило установить, что основными направлениями достижения поставленной при изучении цели должны быть: поиск и создание принципиально иных подходов, методов и алгоритмов для моделирования взаимодействия била и пряди волокна при трепании, учитывающих свойства обрабатываемого материала и особенности его поведения при обработке; изучение закономерностей изменения свойств недоработанного льна в процессе обработки; совершенствование системы оценки эффективности исследуемого процесса; обоснование и проверка новых технических и технологических решений, обеспечивающих снижение волокнистых потерь и содержание костры в получаемом волокне.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию свойств недоработанного льняного волокна и закономерностей их изменения. Установлено, что формирование волокнистых потерь ПВ при обработке недоработанного льна происходит при обработке концевых участков волокна (рис.1). На величину потерь значимо влияет количество воздействий, степень вылежки тресты, из которой получено волокно, а также его длина. Степень удаления костры УК существенно меняется по длине волокнистых прядей (рис. 2). Наихудшая очистка наблюдается в средней части прядей. По мере обработки содержание остаточной костры уменьшается. Количество остаточной костры в волокне и характер её изменения зависит от степени вылежки тресты, из которой получена недоработка. В главе представлены также сведения об изменении линейной плотности пряди и волокна, а также степени его очистки от неволокнистых примесей.

 олокнистые потери -0  олокнистые потери Степень-1
Рис.1 Волокнистые потери Рис. 2. Степень удаления костры
(КВ – количество воздействий при трепании; УП – участок горсти пряди по её длине)

Указано, что при разработке технических и технологических решений, направленных на повышение эффективности обработки недоработанного льняного волокна, необходимо стремиться к снижению интенсивности воздействий при обработке концевых участков волокна и, наоборот, – интенсифицировать обработку его срединной части. Изыскания предполагаемых решений должны проводиться с учётом изменения длины волокна и степени делимости его волокнистых комплексов, характеризующейся вылежкой тресты, из которой получено недоработанное волокно.

Полученные закономерности изменения свойств волокна предложено использовать при моделировании процесса его обработки. В этой связи получены регрессионные уравнения, определяющие изменение основных качественных параметров недоработанного волокна. Установлено, что в наибольшей степени на исследуемые параметры качества: ПВ – потери волокна, %; УК – степень удаления костры, % ; ЛПГ – линейная плотность участков горсти, ктекс; ЛПВ – линейная плотность волокна, текс; ОC – осветление волокна,
отн. ед. влияет фактор участка пряди по её длине и фактор первоначальной длины пряди недоработанного волокна (рис. 3). Поэтому при проведении дальнейших исследований необходим учёт длины обрабатываемого льна и изучение результатов обработки применительно к различным по длине участкам горсти.

 Влияние исследуемых факторов -2 Рис. 3. Влияние исследуемых факторов обработки недоработанного волокна на параметры его качества В третьей главе на основе положений механики деформируемых тел, испытывающих воздействие интенсивных кратковременных нагрузок, разработана принципиально новая модель процесса трепания. Программная реализация модели выполнена в среде программирования MICROSOFT VISUAL STUDIO. Модель создана при следующих допущениях. Обрабатываемая прядь моделируется гибкой упруговязкой нитью с изменяющейся по длине массой и площадью поперечного сечения.

Нить представляет собой цепную систему с сосредоточенными параметрами: абсолютно твёрдых тел («грузов»), связанных между собой упругими связями («пружинами»). При моделировании движения нити учитывается сопротивление воздуха. Рабочие органы трепальных барабанов моделируются системой абсолютно твёрдых тел. Взаимодействие массовой точки модели нити с рабочими органами трепальных барабанов моделируется как классический удар двух тел малой и очень большой массы с учётом шероховатости их поверхности.

При получение модели показано, что система дифференциальных уравнений движения гибкой растяжимой нити (1) при замене производной по лагранжевой координате s0 её конечно-разностным аналогом сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений (2), которая представляет собой систему уравнений движения материальных точек нити при её представлении цепной дискретной моделью.

(1)

,

.

(2)

В формулах: 0 – линейная плотность нити, Si – площадь её поперечного сечения, Е – модуль упругости, xi и yi – координаты i-го элемента, Тi – растягивающее усилие, Qx=qxsо и Qy =qysо – проекции внешних сил, действующих на элемент нити, fi– коэффициент растяжимости нити, t – время, mi – масса дискретного элемента, l0 и li–1,I – длина недеформированной и деформированной связи соответственно.

Установлено, что с увеличением числа элементов свойства дискретной модели нити неограниченно приближаются к свойствам нити с распределёнными параметрами.

В результате замены в системе редуцированных уравнений движения нити (2) производной по времени её конечно-разностным аналогом получено векторное уравнение (3), определяющая положение точки Mi дискретной модели нити её радиусом-вектором в неподвижной прямоугольной системе координат в момент времени t+1:

, (3)

где – вектор скорости точки Mi в момент времени t; – равнодействующая всех сил, действующих на точку, включая силы внутреннего трения и сопротивления движению; – нормальная составляющая ударного импульса силы взаимодействия с билом; – вектор ударного импульса сил трения. Произведение есть приращение радиуса-вектора точки Mi за время : =.

Для выполнения условия устойчивости разностной схемы введено ограничение на величину шага по времени: , где с – скорость распространения деформации. Физический смысл этого условия состоит в следующем: для соблюдения принципа волнового распространения деформаций шаг по времени разностной схемы не должен превышать времени распространения деформации между соседними точками дискретной модели, расстояние между которыми l. Относительное удлинение льняного волокна = 0,01–0,02. В связи с этим скорость распространения продольных волн на порядок больше скорости распространения поперечных волн. Поэтому шаг по времени не должен превышать . Эта гипотеза была подтверждена численными экспериментами (рис.4).

С учётом того, что било при моделировании не должно «пролетать сквозь прядь», необходимо принимать значения меньше, чем величина диаметра рабочей кромки била d =2–5 мм. В связи с этим величина временного шага при расчётах принимает значение порядка 10-7–10-6 с.

 Изменение относительного усилия в-22

Рис. 4. Изменение относительного усилия в упругой связи при различных значениях шага

по времени (слева – условие устойчивости выполнено, справа – не выполнено)

На рис. 5 представлен алгоритм компьютерного метода имитационного моделирования системы «прядь – рабочие органы трепальных барабанов». С его использованием впервые появилась возможность с высоким уровнем детализации и достоверности учесть особенности взаимодействия пряди с билом, которые ранее существенным образом упрощались.

Проведена проверка доброкачественности вновь созданного метода моделирования. Установлена хорошая сходимость расчётных результатов с опубликованными данными других исследователей: Х.А. Рахматуллина, Н.Н. Суслова, А.Б. Кузьминского, В.И. Савиновского, Д.А. Янушевского, А.Б. Лапшина и др., а так же с результатами решения тестовых задач аналитическими методами (см. рис. 6). Кроме этого, в результате скоростной киносъёмки процесса трепания были получены кадры, идентичные кадрам имитационного моделирования взаимодействия пряди и бил трепальных барабанов компьютерным методом, что также подтверждает адекватность принятой модели.

Проведённые расчёты обеспечили объяснение ряда явлений, имеющих значительное практическое значение и обусловливающих формирование важнейших технологических эффектов, а именно:

- величина удельного давления на прядь со стороны кромки бильной планки при ударе определяется совместным влиянием радиуса кромки била, скорости его движения и толщины обрабатываемого слоя (см. рис. 7);

- обработка свободных концевых участков существенно отличается от условий взаимодействия бил трепального барабана с волокном других зон по высоте поля трепания. Установлено, что наибольшие значения скорости и её градиента имеют место у концевого участка пряди. Эти факты объясняют, почему наибольшие волокнистые потери наблюдаются на концевом участке пряди. Поэтому для нормального распределение эффектов воздействия била вдоль пряди необходимо дифференцировать воздействия на прядь по высоте поля трепания (см. рис. 8);

- на эффективность обработки свободных участков пряди существенным образом влияет её длина, поэтому при изучении процесса трепания льна необходимо учитывать длину прядей и их варьирование по данному параметру (см. рис. 9).

Начало

Ввод исходных данных

(параметров обрабатываемой пряди,

конструктивных параметры машины,

технологических параметров)

Задание параметров анимации

(скорость, число кадров)

Расчёт шага по времени

Конец Переход к след. шагу

t=0; t<Tmax; t=t+t

Перемещение бил

(в соответствии с заданным законом)

Конец

Перебор точек нити

Расчёт сил натяжения, тяжести, сопротивления

Перебор бил

Нет

Есть взаимодействие

Да

Расчёт импульсов сил, силы трения, силы реакции

Перемещение нити

Расчёт производных величин

Сохранение кадра

Воспроизведение анимации

Вывод результатов расчёта

Конец

Рис. 5. Схема алгоритма моделирования трепания пряди

 Графики изменения давления на-23

Рис. 6. Графики изменения давления на кромку била при различной частоте вращения

трёхбильных барабанов (1 – 350; 2 – 300; 3 – 250; 4 – 200 мин–1) по результатам:

слева – численного моделирования; справа – экспериментальных исследований Суслова Н.Н.

Рис.7. Зависимость давления от скорости била, радиуса закругления его кромки и толщины слоя  Изменение скоростей точек -25 Рис. 8. Изменение скоростей точек обрабатываемой пряди: 1 – у зажима, 2 – посередине, 3 – у свободного конца (по результатам расчета)


Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.