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:   || 2 | 3 |

Выбор оптимальных условий процесса электрофлокирования с учетом параметров ворса

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Павлова Екатерина Сергеевна

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОФЛОКИРОВАНИЯ С УЧЕТОМ ПАРАМЕТРОВ ВОРСА

Специальность: 05.19.02 – Технология и первичная обработка текстильных

материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт – Петербург

2011

Работа выполнена на кафедре технологии и проектирования текстильных изделий ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Иванов Олег Михайлович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Челышев Анатолий Михайлович

Кандидат технических наук, доцент

Раков Олег Николаевич

Ведущая организация: ООО «Институт технических сукон»,

г. Санкт-Петербург

Защита состоится «27» декабря 2011 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.212.236.01 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна».

Адрес: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, аудитория № 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна».

Автореферат разослан «26» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Е. Рудин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование различных физических явлений создает возможность развития новых технологий получения текстильных материалов нетрадиционным для данной области методом. Один из таких «нетрадиционных» методов основан на взаимодейстствии зарядов и электрического поля. Процесс получения материалов, использующий воздействие электрических сил на короткие заряженные волокна, называется процессом электрофлокирования. Роль заряженных волокон выполняет специальным образом обработанный ворс, который, приобретая заряд, ориентируется в электрическом поле вдоль силовых линий и под действием кулоновских сил ускоренно целенаправленно движется к противоположному электроду. В результате внедрения ориентированного ворса в клеевой слой, нанесенный на какую-либо основу, получается поверхность достаточно мягкая на ощупь и имеющая приятный внешний вид.

Эстетические качества флокированного материала способствуют его широкому применению в различных областях народного потребления. С помощью технологии электрофлокирования получают ковровые покрытия и мебельные ткани, обои и сувенирную продукцию, одежду и обувь. Флокированная поверхность при трении препятствует возникновению механических повреждений, что используется при изготовлении упаковки и уплотнительных элементов, например, оконного профиля в автомобилях. Области применения электрофлокирования весьма разнообразны – от строительства до изготовления различных бытовых товаров, что свидетельствует о потребности в массовом производстве данных материалов.

В настоящее время рекомендации по оптимизации технологического процесса электрофлокирования во многих работах, посвященных изучению данного вопроса, носят самый общих характер и не затрагивают конкретных режимов флокирования и требований к свойствам используемых волокон. Поэтому для эффективной работы оборудования и обеспечения высокого качества выпускаемых материалов необходимо выявить основные факторы, влияющие на выбранные критерии оптимизации, и изучить их связь с данными критериями. Это позволит определить как режимы работы оборудования, так и требования к свойствам ворса для достижения наибольшей эффективности процесса и, как следствие, получения максимальной прибыли.

Цели и задачи исследования. Цель настоящей работы – повышение эффективности технологического процесса электрофлокирования и, в первую очередь, производства рулонных флокированных материалов, путем выбора режима работы оборудования и характеристик используемого ворса, соответствующих максимальной производительности и наилучшей прочности закрепления ворса на материале.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • выбрать модель, адекватно отражающую влияние основных технологических параметров процесса на его производительность и качество конечного материала;
  • исследовать степень влияния режимов технологического процесса электрофлокирования на технологические параметры, определяющие производительность;
  • выбрать свойства ворса, непосредственно влияющие на технологические параметры, определяющие производительность;
  • экспериментально исследовать взаимосвязь свойств ворса с основными технологическими параметрами процесса;
  • разработать математическую модель, описывающую влияние электрофизических свойств ворса на параметры, влияющие на производительность и качество конечного материала;
  • определить оптимальные режимы работы оборудования и требования, предъявляемые к свойствам ворса, для обеспечения максимальной производительности процесса;
  • разработать методику, позволяющую выбирать ворс с определенными свойствами в зависимости от требований, предъявляемых к качеству конечного материала;
  • исследовать влияние электрофизических свойств ворса и режимов работы оборудования на глубину внедрения ворса в клеевой слой;
  • выбрать оптимальные значения свойств ворса, позволяющие достигнуть максимальной производительности при наилучшей прочности закрепления ворса;
  • разработать рекомендации к конструкции оборудования, способного обеспечить реализацию рекомендуемых режимов процесса электрофлокирования.

Методика исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования, базирующиеся на достижениях в области технологии электрофлокирования. В теоретических расчетах использовались методы дифференциального и интегрального исчисления. Моделирование и обработка статистического материала проводилась с использованием приложений Microsoft Office, обработка графической информации проводилась с помощью программы КОМПАС-3D. При проведении экспериментальных исследований использовались современные методики и приборы.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

  • выбрана характеристика ворса, непосредственно влияющая на основные технологические параметры процесса электрофлокирования и позволяющая прогнозировать характеристики получаемого материала;
  • разработана и экспериментально подтверждена математическая модель, описывающая взаимосвязь свойств ворса и напряженности электрического поля с временем достижения требуемой плотности ворсового покрова;
  • разработана методика выбора свойств ворса и режимов флокирования, обеспечивающих максимальную производительность;
  • экспериментально исследовано влияние электрофизических свойств ворса на предельную плотность ворсового покрова и скорость его подачи в зону флокирования.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

  • выбрана характеристика ворса (коэффициент зарядки), позволяющая определять на её основе значения основных параметров процесса электрофлокирования;
  • определены режимы работы оборудования, обеспечивающие максимальную производительность процесса нанесения ворса;
  • получена эмпирическая модель, описывающая взаимосвязь предельной плотности ворсового покрова от электрофизических свойств ворса;
  • предложен способ расчета минимума времени, необходимого для достижения заданной плотности ворсового покрова, при максимальной скорости подачи ворса, базирующийся на полученной модели с использованием режимов флокирования;
  • разработана методика выбора ворса с оптимальными характеристиками, обеспечивающего максимальную производительность выпуска флокированных материалов с учетом предъявляемых к материалу требований по прочности закрепления ворсового покрова;
  • предложен способ выбора межэлектродного расстояния обеспечивающего максимальную глубину внедрения ворса в клеевой слой, на основе теории осаждения заряженного ворса;
  • разработаны рекомендации по усовершенствованию конструкции оборудования, направленного на повышение эффективности его работы.

Реализация результатов. Разработанная методика достижения максимальной производительности путем выбора соответствующих свойств ворса и установки режимов работы оборудования была успешно применена на предприятии по производству флокированных материалов ООО «ЛИТА». Рекомендации по усовершенствованию конструкции оборудования для процесса электрофлокирования были учтены при проектировании флок-машин на предприятии ООО «Робототехника». По результатам сотрудничества с данными организациями составлены акты об использовании.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на:

  • Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности»/ МГТУ им. А.Н. Косыгина. М., 2009 г./;
  • Международной научно-технической конференции «Инновационность научных исследований втекстильной и легкой промышленности»/Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности. М., 2010 г./;
  • Заседаниях и семинарах кафедры ТиПТИ СПГУТД.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, 4 из них опубликованы в научных журналах, утвержденных Высшей аттестационной комиссией.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка литературы. Текст диссертационной работы изложен на ______ страницах, содержит ____ рисунков и _____ таблиц. Список литературы включает ____ наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена обзору научной литературы по тематике диссертации. Изложены основные принципы технологии электрофлокирования. Рассмотрено движение заряженных волокон в электрическом поле, изучен процесс формирования плотности ворсового покрова на основании работ Бершева Е.Н., Иванова О.М., Шляхтенко П.Г. и других ученых. Изложены представления об основных технологических параметров процесса: предельной плотности ворсового покрова и скорости подачи ворса, представленные в работах Бершева Е.Н., Семенова В.А. Описано влияние данных параметров на время формирования ворсового покрова, а также приведены результаты исследований взаимосвязи технологических параметров процесса и режимов, при которых осуществляется процесс электрофлокирования.

Рассмотрены основные требования, предъявляемые к сырью и материалам. Описаны методы и приборы для измерения свойств ворса, используемого в технологии электрофлокирования.

Изложены предлагаемые ранее в работах Бершева Е.Н., Андросова В.Ф, методы оптимизации процесса нанесения ворса. Отмечены присущие им достоинства и недостатки.

Основной вывод раздела – необходимость создания эмпирической модели, позволяющей связать свойства ворса и условия его нанесения с параметрами, определяющими производительность процесса и характеристиками, получаемого ворсового покрова.

Вторая глава посвящена исследованиям и анализу влияния свойств ворса и режимов работы оборудования на технологические параметры процесса электрофлокирования, определяющие его производительность.

В настоящей работе в качестве основного критерия оптимизации выбрана производительность технологического процесса электрофлокирования. Управляемыми переменными являются режимы процесса флокирования, то есть напряжение или напряженность электрического поля и межэлектродное расстояние, и свойства используемого ворса.

Производительность процесса флокирования определяется временем достижения заданной плотности ворсового покрова на поверхности материала.

Для анализа возможности уменьшения времени достижения заданной плотности выбрана модель, адекватно описывающая процесс изменения плотности ворсового покрова во времени и отражающая влияние на данный процесс основных технологических параметров:

, (1)

где n – плотность ворсового покрова, г/м2; t - время нанесения, с; nmax – предельная плотность ворсового покрова, г/м2; P0 – скорость подачи ворса в начальный момент времени, г/м2; k0 – коэффициент изменения скорости подачи во времени.

С помощью данной зависимости (1), в результате экспериментальных исследований определяли значения параметров процесса флокирования, таких как предельная плотность, скорость подачи ворса в начальный момент времени и коэффициент изменения скорости подачи во времени с использованием метода наименьших квадратов. То есть, зная вид зависимости (1), выбрали такие значения nmax, P0 и k0, которые обеспечивают минимум суммы квадратов отклонений расчетных и экспериментальных значений плотности ворсового покрова.

Изложенная методика использовалась для получения значений технологических параметров процесса при проведении дальнейших исследований.

Время t0 достижения заданной плотности n0 ворсового покрова определяется на основе (1) по формуле:

. (3)

Для оценки степени влияния технологических параметров процесса, участвующих в выражении (3), на время достижения заданной плотности t0 были проведены аналитические исследования. Частные производные по каждому из параметров, полученные из выражения (3) выглядят:

(4)

(5)

(6)

Так как данные выражения имеют разную размерность и их нельзя непосредственно сравнивать между собой, оценивали степень изменения времени t0 достижения плотности n0, при увеличении значений каждого параметра по отдельности.

Расчет степени изменения t0 при увеличении P0, nmax, k0 на 10% производился для исходных значений технологических параметров: P0 = 20 г/м2с, nmax = 120 г/м2, k0 = 0,5 и диапазона изменения заданной плотности ворсового покрова n0 от 60 г/м2 до 100 г/м2. Полученные в результате расчетов зависимости представлены на рисунке 1.

Полученные в результате расчетов зависимости демонстрируют, что наибольшее и постоянное во всем диапазоне влияние оказывает скорость подачи ворса. Следующим по степени влияния параметром является предельная плотность ворсового покрова, то есть ориентация ворса на поверхности основы. При этом влияние данного параметра возрастает по мере увеличения значения требуемой плотности ворса на материале и, при определенных условиях, может превышать влияние скорости подачи. Воздействие коэффициента изменения скорости подачи также возрастает по мере роста величины n0, но остается существенно меньшим остальных параметров.

В результате проведенного анализа сделан вывод, что при выборе ворса следует учитывать требования к конечной плотности ворсового покрова на материале: если плотность ворсового покрова n0 не велика, для обеспечения большей производительности следует выбирать ворс, отталкиваясь от значения его скорости подачи, если же материал должен обладать высокой плотностью ворсового покрова, необходимо в первую очередь обращать внимание на величину предельной плотности данного ворса. Чем ближе требуемая плотность ворсового покрова n0 к значению предельной плотности nmax, тем больше влияние на производительность оказывает это предельное значение. Исходя из проведенного анализа, в дальнейшем исследовали влияние условий флокирования и свойств ворса прежде всего на скорость подачи ворса и предельную плотность ворсового покрова.

На следующем этапе исследований оценивали влияние на указанные параметры режимов процесса флокирования. В качестве управляемых переменных выбрана напряженность электрического поля. Увеличить величину предельной плотности ворсового покрова можно установив максимально возможную напряженность электрического поля, при этом нужно учитывать, что при превышении определенного значения возрастает вероятность возникновения электрических пробоев или коронного разряда, что недопустимо для данного процесса. Максимальная скорость подачи ограничена величиной объемного заряда в зоне флокирования, вследствие чего, выбирая соответствующие частоту вращения щеточного вала или вибрации и размеры ячеек сетки, которые регулируют скорость подачи ворса, можно обеспечить лишь достижение максимального значения скорости подачи, увеличить которое изменением режимов оборудования нельзя. Таким образом, условия флокирования, обеспечивающие минимальное время и максимальную производительность процесса, соответствуют максимальному рабочему значению напряженности электрического поля.

Выбор ворса с определенными характеристиками дает дополнительный спектр возможностей для оптимизации процесса электрофлокирования. В этом случае в качестве управляемых переменных выбраны электрофизические свойства ворса. Свойства ворса, измерение которых производят на предприятиях в настоящее время, не предоставляют возможности связать их значения с основными параметрами процесса электрофлокирования. В качестве характеристики ворса, которая непосредственно связана с технологическими параметрами, был выбран коэффициент зарядки k – коэффициент пропорциональности заряда ворса и напряженности электрического поля q = kE.

Методика измерения данного коэффициента основана на измерении среднего заряда ворса при известной напряженности электрического поля, которая определяется, как отношение напряжения к межэлектродному расстоянию E = U/h. Для измерения заряда используется установка, схематично изображенная на рисунке 2.

Ворс поступает из бункера 1 с сетчатым дном, являющимся заряжающим электродом, и движется к нижнему электроду. Нижним электродом является электролит 6 в диэлектрической ячейке 5. Диаметр ячейки 5 таков, что весь ворс, вылетевший с верхнего электрода, попадает в ячейку с электролитом и не возвращается к верхнему электроду. Скорость подачи устанавливают минимальной.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.