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.

45 000 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 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 натуРис. 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 1 В 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».

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.