Моделирование неровноты по линейной плотности полуфабрикатов прядильного производства

Качество вырабатываемой пряжи в значительной мере определяется качеством полуфабрикатов прядильного производства. Важнейшим полуфабрикатом в прядении является лентапоскольку ее неровнота и структура определяют не только качество пряжи, но и протекание последующих техноло гических процессов, исследованию свойств ленты уделяется большое внима ние.

Волокнистый продукт — лента — образует сложную систему, включающую большое число элементов (волокна или группы волокон, сорные приме си и пороки волокон), обладающих случайными свойствами: размерами, конфигурацией, ориентацией, массой, физико-механическими свойствами. Трудности исследования такой сложной системы приводят к необходимости использовать разного рода модели продукта для получения необходимой информации. Моделирование получает все большее развитие и распространение при исследовании продуктов и процессов прядильного производства одновременно с развитием науки о прядении волокнистых материалов.

История науки о прядении знает многочисленные примеры использоваг ния различных моделей [8]. Так, одной из первых моделей волокнистого продукта (ленты) была геометрическая модель Н. А. Васильева, которая в про стейшей идеализированной форме позволила наглядно представить некоторые особенности ее строения. В дальнейшем эта модель продукта развивалась и обобщалась многими исследователями в разных странах.

Модели продуктов (в частности, ленты) находят в настоящее время широкое применение на практике при оценке качества реального продукта и степени совершенства технологических процессов. Вместе с тем, существующие модели волокнистой ленты, применяемые для описания свойств полуфабрикатов прядильного производства, не отражают некоторых важных особенностей их строения-! Необходимость создания более совершенных модел ей, точнее учитывающих свойства реальных продуктов, свидетельствует об актуальности темы. ••.

Цель данной работы — разработать уточненные модели лент (с чесальных и ленточных машин, штапелированной ленты с машин типа ЛРЩ-70), установить возможность их использования для оценки качества полуфабрикатов, развить теорию неровноты ленты по линейной плотности на основе исследования модели ленты.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— разработать усовершенствованную модель продукта (ленты) — используя предложенную модель, разработать методы расчета неровноты ленты по линейной плотности;

— для приближения модели ленты к свойствам реального продукта необходимо ввести в модель различные показатели распрямленности волокон (изогнутость, наличие крючков и петель) — ориентацию волокон и распределение углов ориентации волоконнеровноту по толщине как между волокнами, так и вдоль длины самих волокон, учесть группируемость волокон в ленте и ее влияние на неровноту продуктаучесть наличие в ленте сорных примесей и пороков.

— конкретизировать модели лент для некоторых переходов прядильного производства (для лент с чесальных и ленточных машин, для ленты с резаль-но-штапелирующей машины типа ЛРШ-70).

Методы исследования. В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы исследования. При теоретическом анализе широко использовались методы теории вероятностейпри обработке данных эксперимента — методы математической статистики. Расчеты проводились на ПЭВМ.

Научная новизна работы состоит в том, что.

— предложена усовершенствованная модель волокнистого продукта (ленты), модель ленты приближена к свойствам реального продукта во-первых, за счет введения в нее различных показателей распрямленно-сти волокон (изогнутости, наличия крючков и петель) и их ориентации, не. ровноты волокон по линейной плотности, за счет учета группируемости волокон в ленте (учета корреляции между потоками волокон), наличия в ней сорных примесей и пороковво-вторых, за счет конкретизации модели для ленты некоторых переходов прядильного производства: предложены модели чесальной ленты (пригодные и для ленты с ленточных машин) и модели штапелированной ленты, получаемой на резальных машинах типа ЛРШ-70- разработаны методы рас-: чета неровноты ленты, волокна которой имеют изогнутость, крючки, петли, содержат сорные примеси и пороки, образуют группы;

— на основе исследования модели ленты уточнена теория неровноты ленты по линейной плотности.

— получены общие формулы для определения неровноты ленты с учетом дифференциальных законов распределения коэффициентов распрямленности и ориентации волокон, неровноты волокон по линейной плотности, наличия сорных примесей и пороков;

— получены формулы для расчета неровноты ленты (при отсутствии в ней группируемости волокон) для различных частных случаев: когда коэффициент распрямленности имеет равномерное распределение, а коэффициент ориентации имеет треугольное распределение или его величина постояннакогда не известны законы распределения коэффициентов распрямленности и ориентации, но известны их средние значения и коэффициенты вариациикогда известны средние значения коэффициентов изогнутости, крючко-ватости, петлистости и ориентации волокон (формула (3.2)) — когда лента состоит из волокон, имеющих только изогнутость, либо только крючковатость, либо только петлистость (см. раздел 2) — когда лента состоит из полностью распрямленных и ориентированных вдоль оси ленты волокон, причем толщина волокон в ленте различна, а сами волокна имеют еще к неровноту по толщине вдоль своей длиныкогда волокна в ленте распрямлены, но располагаются под углом к оси ленты;

— проанализировано влияние группируемости волокон на неровноту лентыполучены формулы для расчета неровноты ленты с учетом группируемости волокон, проанализировано влияние длины волокон на неровноту ленты.

Практическая ценность работы. Применение созданных моделей ленты, учитывающих влияние распрямленности, ориентации, группируемости и засоренности волокон, позволяет точнее производить оценку ее качества (чесальной ленты, ленты с ленточных машин, штапелированной ленты с машин типа ЛРШ-70).

Получены формулы, показывающие, что неровнота ленты возрастает при увеличении коэффициентов вариации по распрямленности (tj), ориентации волокон (v) и по доле волокон (Wj), образующих группы. Следовательно, в методики экспериментального определения величин т|, v, W] необходимо включить не только определение средних значений fj, v,-W, но и определение коэффициентов вариации этих величин.

В результате обработки экспериментальных данных получены (для чесальной ленты из хлопка) значения v, Су и приближенно — распределение ад.

Показано, что для использования полученных формул следует использовать показатели т| и v, определенные на основе проекционного (или ручного, или метода меченых волокон) метода. Этот метод позволяет также получить характеристики изогнутости, крючковатости, петлистости волокон (другие методы, изложенные в разделе 1.3.2, не позволяют получать эти характеристики) и использовать их для определения неровноты ленты. Поскольку этот метод трудоемок, то необходимы работы методического характера по его со7 вершенствованию.

Результаты работы внедрены в учебный процесс при изучении курсов, «Прядение натуральных и химических волокон» и «Методы и средства исследования технологических процессов прядильного производства» .

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на заседании кафедры прядения натуральных и химических волокон СПГУТД в октябре 2001 г., а также на заседании научно-технического совета АО НИИ «Петронить» .

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы три статьи.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Уточнена теория неровноты ленты по линейной плотности на основеисследования модели ленты.

2. Модель ленты приближена к свойствам реального продукта.

— во-первых, за счет введения в нее различных «показателей распрямленности волокон (изогнутости, наличия крючков и петель) и их ориентации, неровноты волокон по линейной плотности, за счет учета группируемости волокон в ленте (учета корреляции между потоками волокон), наличия в ней сорных примесей и пороков;

— во-вторых, за счет конкретизации модели для ленты некоторых переходов прядильного производства: предложены модели чесальной ленты (пригодные и для ленты с ленточных машин) и модели штапелированной ленты, получаемой на резальных машинах типа ЛРШ-70.

Все это позволило приблизить величину неровноты ленты, определенную по предложенным в диссертации математическим моделям к величине неровноты реального продукта (чего нельзя получить, используя для моделей лент схемы Пуассона и Бернулли). .

Предложенная модель волокнистого продукта лишена недостатков, присущих моделям случайных лент, образованных по схемам Пуассона и Бернулли.

3. Используя предложенную модель, разработаны методы расчета неровноты ленты, волокна которой имеют изогнутость, крючки, петли, содержат сорные примеси и пороки.

4. Получены общие формулы для определения неровноты ленты с учетом дифференциальных законов распределения коэффициентов распрямленности и ориентации волокон, неровноты волокон по линейной плотности, наличия сорных примесей и пороков.

5. Получены формулы для расчета неровноты ленты (при отсутствий в ней группируемости волокон) для различных частных случаев:

— когда коэффициент распрямленности имеет равномерное распределение, а коэффициент ориентации имеет треугольное распределение или его величина постоянна;

— когда не известны законы распределения коэффициентов распрямленности и ориентации, но известны их средние значения и коэффициенты вариации;

— когда известны средние значения коэффициентов изогнутости, крючковатости, петлистости и ориентации волокон (формула (3.2));

— когда лента состоит из волокон, имеющих только изогнутость, либо только крючковатость, либо только петлистость (см. раздел 2);

— когда лента состоит из полностью распрямленных и ориентированных вдоль оси ленты волокон, причем толщина волокон в ленте различна, а сами волокна имеют еще и неровноту по толщине вдоль своей длины;

— когда волокна в ленте распрямлены, но располагаются под углом к оси ленты.

6. Показано, что неровнота ленты возрастает при увеличении изогнутости, крючковатости, «петлистости» волокон и при отклонении их от оси ленты на угол у.

На увеличение неровноты ленты наиболее сильно влияет наличие петель на волокна, меньше влияет крючковатость, еще меньше — извитость волокон и отклонение их от оси ленты на угол у.

Одновременное присутствие в ленте всех видов нераспрямленности волокон (изогнутости, крючковатости, петлистости) ведет к сильному увеличению неровноты ленты.

7. Проанализировано влияние группируемости волокон на неровноту лентыполучены формулы для расчета неровноты ленты с учетом группируемости волокон.

8. Показано, что неровнота ленты зависит от распределения волокон по длине. Длина волокна влияет на неровноту ленты, во-первых, через f (?) И, во-вторых, через Т|из, г|к> «Пп.

9. В результате обработки экспериментальных данных получены (для чесальной ленты из хлопка) значения v, Су и приближенно — распределение f (v).

10. На основе сравнения экспериментальных и теоретических результатов показано, что для прогнозирования неровноты чесальной ленты можно использовать формулы главы 5, а для прогнозирования неровноты штапелированной ленты с машины ЛРШ-70 — формулу (4.12).

Анализ показал, что неровнота штапелированной ленты сильно зависит от доли волокон, образующих группы, причем эта зависимость имеет линейный характер — (5.7) или (5.8).

11. Получены формулы (4.25), (4.26), показывающие, что неровнота ленты возрастает при увеличении С^, Сv, С w. Следовательно, в методики экспериментального определения величин т|, v, Wj необходимо включить не только определение средних значений rj, v, Wj, но и определение коэффициентов вариации этих величин.

12. Показано, что для использования полученных формул следует использовать показатели т| и v, определенные на основе проекционного (или ручного, или метода меченых волокон) метода. Этот метод позволяет также получить характеристики изогнутости, крючковатости, петлистости волокон (другие методы, изложенные в разделе 1.3.2, не позволяют получать эти характеристики) и использовать для определения неровноты ленты формулу (3.2). Поскольку этот метод трудоемок, то необходимы работы методического характера по его совершенствованию.