Севостьянов А.Г. и др. Механическая технология текстильных материалов

Подождите немного. Документ загружается.

Если обозначить процент отходов, выделяемых из холста на

машине, через у, то взаимосвязь между вытяжкой и утонением

будет выражаться формулой

E=U{l^y/\00).

Выражение в скобках называют коэффициентом выхода Кв-

ОСОБЕННОСТИ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЧЕСАЛЬНОЙ МАШИНЫ

Для изменения общей вытяжки, степени чесания, линейной

плотности выходящей ленты и производительности мащины

в ее кинематической схеме предусмотрены сменные шестерни.

На чесалшой машине можно выделить две основные линии

передач. Первая линия передач от электродвигателя через

сменную ходовую шестерню Zx к съемному барабану и выпуск-

ным валикам лентоукладчика. Вторая линия передач от элек-

тродвигателя через сменную ходовую шестерню Zx и сменные

вытяжные шестерни Zb, и Zb, к питающему цилиндру и холсто-

вому валику.

При изменении числа зубьев сменной ходовой шестерни из-

меняются пропорционально скорость выпуска ленты и скорость

питания (подачи холста). Следовательно, изменяется количе-

ство поступающего в машину и выходящего из нее волокна, при

этом увеличивается или уменьшается степень чесания и обратно

пропорционально степени чесания изменяется производитель-

ность машины.

При изменении числа зубьев сменной вытяжной шестерни

изменяется только скорость подачи холста в машину, это при-

водит к изменению вытяжки на машине, а значит, и линейной

плотности выходящей ленты, степени чесания волокна и произ-

водительности машины.

Производительность чесальной машины характеризуется ко-

личеством вырабатываемой ленты в час. Если скорость выпуска

ленты на машине Ув, м/мин, то за 1 ч ее работы будет произ-

ведено, ленты, м, Ув'60. Зная линейную плотность вырабатывае-

мой ленты Та, текс, можно определить массу выработанной

ленты, г/ч, т. е. производительность

P' = Ub-607^/1000.

Так как обычно производительнрсть выражают в килограм-

мах за 1 ч, то формула производительности примет вид

Р = ивГл-60/(1000-1000).

Это теоретическая производительность машины. Фактиче-

ская производительность машины, кг/ч,

Рф = УвТл-60Л:п.в/10«,

где Кп. в — коэффициент полезного времени машины

Из формулы видно, что производительность зависит от ско-

рости выпуска ленты и ее линейной плотности. При смене ходо-

вой шестерни производительность изменяется за счет изменения

скорости выпуска ленты, а при смене вытяжной шестерни — за

счет изменения линейной плотности ленты. В обоих случаях из-

меняется степень чесания.

Производительность современных чесальных машин до

50 кг/ч.

При работе машины гарнитура шляпок, главного и съемного

барабанов постепенно заполняется волокном, сорными приме-

сями и пороками. Шляпочное полотно очесывается непрерывно

механизмом очесывания шляпок с пневматическим удалением

очесов. Главный и съемный барабаны очесывают вращающимся

валиком при останове машины. Установка валика на машину,

съем и очистка его специальной щеткой осуществляются чи-

стильщиками вручную. Этот способ очесывания постепенно за-

меняется пневмомеханическим способом. Периодичность очесы-

вания зависит от типа и засоренности перерабатываемого

хлопкового волокна. При переработке волокна I и И сортов

барабаны очесывают примерно 1 раз в неделю, при переработке

сильно засоренного волокна — 1 раз в смену.

Лента с чесальной машины имеет ряд недостатков.

1. Распрямленность волокон, достигнутая в процессе чеса-

ния, при переходе с главного барабана на съемный теряется

вследствие упругости волокон и резкого уменьшения скорости.

2. В ленте встречаются узелки волокон, частицы кожицы се-

мян с пухом, цепкие соринки.

3. Несмотря на выравнивающую способность чесальной ма-

шины, лента имеет некоторую неравномерность по линейнрй

плотности, особенно на длинных отрезках. Эта неравномерность

зависит от неравномерности поступающего холста. Выравнива-

ние ленты происходит только на сравнительно коротких от-

резках.

Качество полученного полуфабриката улучшается на после-

дующих переходах прядильного производства.

Выравнивание лент и распрямление волокон.

Ленточные машины

На ленточных машинах устраняются почти полностью два недо-

статка чесальной ленты: большая неравномерность ее и малая

распрямленность волокон. Для распрямления волокон й их

ориентации вдоль продукта производят вытягивание лент

в вытяжном приборе ленточной машины. Для уменьшения не-

равномерности ленты по линейной плотности применяют сложе-

ние нескольких лент и автоматическое регулирование вытяжки.

При сложении лент на ленточных машинах происходит допол-

нительное смешивание волокон.

ВЫТЯГИВАНИЕ

Сущность вытягивания заключается в относительном смещении

волокон вытягиваемого продукта и в распределении их на боль-

шей длине.

Цель вытягивания — утонение продукта, распрямление и

ориентация волокон. На ленточных машинах применяется ме-

ханический способ вытягиван^1я в вытяжном приборе. Известны

также пневматический и пневмомеханический способы вытяги-

вания.

На рис. 1.18 показана схема однозонного двухцилиндрового

вытяжного прибора. Вытяжной прибор состоит из вытяжных

пар. Со стороны входа продукта расположена питающая пара,

на выходе —вытягивающая пара. Каждая пара представляет

собой цилиндр и нажимной валик. Нажимные валики имеют

эластичное покрытие и прижимаются к цилиндру силой Р. Ци-

линдры получают вращение от электродвигателя через кинема-

тические передачи, нажимные валики вращаются благодаря

возникающим силам трения между цилиндром, валиком и про-

дуктом, зажатым между ними. Возможно и принудительное

вращение нажимного валика от цилиндра.

Для увеличения сил трения и сцепления с волокнами и на-

жимным валиком цилиндры имеют рифленую поверхность.

Шаг, глубина и направление рифлей зависят от типа вытяжного

прибора, линейной плотности вытягиваемого продукта и свойств

волокон.

Вытяжные пары, вращаясь, заставляют все волокна, нахо-

дящиеся под контролем этой пары, двигаться с той же ско-

ростью. Скорость вытягивающей пары V2 больше скорости пи-

тающей пары vi. Интенсивность вытягивания характеризуется

вытяжкой E =

V2/vi.

ЕСЛИ скорость вытягивающей пары больше

скорости питающей пары, хо волокна, находящиеся между

Рис. 1.18. Схема однозонного вытяжного прибора

этими парами, будут смещаться относительно друг друга и рас-

стояние между волокнами вдоль продукта увеличивается. В ре-

зультате этого длина продукта после вытягивания увеличится,

а линейная плотность его уменьшится и вытяжку можно опре-

делить из соотношения

где h и Ti — соответственно длина и линейная плотность продукта до вытя-

гивания; /2 и Гг — соответственно длина и линейная плотность продукта после

вытягивания.

В результате действия сил Pi и Рг на нажимные валики во-

локна прижимаются друг к другу w на поверхности их сопри-

косновения возникают силы трения, простирающиеся на неко-

торое расстояние от линии зажима вытяжной пары, проходящей

через оси цилиндра и валика.

Пространства продукта, где действуют силы трения между

волокнами, вызванные силами Pi и Рг. называют полями сил

трения. Сила трения, приходящаяся на 1 мм одного волокна

в направлении вытягивания, характеризует напряженность пол-я

сил трения (для питающей пары Hi и вытягивающей Яа).

Для относительного смещения волокон в процессе вытягива-

ния, перехода их со скорости v\ на скорость Уг необходимо,

чтобы напряжения полей сил трения имели соотношение

При относительном смещении волокон в процессе вытягива-

ния в результате действия сил трения происходит распрямление

волокон и их ориентация вдоль продукта. При малой вытяжке

продукт удлиняется только в результате распрямления волокон

и некоторой их деформации растягивания. Такое вытягивание,

когда нет сдвига волокон, называют вытягиванием первого

рода. Вытягивание, при котором, волокна сдвигаются относи-

тельно друг друга по всей длине, называют вытягиванием вто-

рого рода.

Расстояние между питающей парой и вытягивающей назы-

вают разводкой R. Это расстояние в основном определяется мо-

дальной длиной волокон. Для упрощения анализа вытягивания

асе волокна, поступающие в вытяжной прибор, можно условно

разделить на две группы. Волокна, протяженность которых

больше или равна разводке, называют контролируемыми волок-

нами, а волокна, протяженность которых меньше разводки,—

неконтролируемыми.

Протяженность волокна характеризуется расстоянием /п

между двумя крайними точками волокна вдоль оси продукта.

Вследствие извитости и изогнутости волокой, находящихся

в продукте, длина их I всегда больше протяженности. Степень

-распрямленности волокон характеризуется коэффициентом рас-

прямленности

= ln/l, который всегда меньше или равен 1.

Когда контролируемое волокно своим передним концом до-

стигает линии зажима вытягивающей пары, то от этого мо-

мента до выхода заднего конца волокна из зажима питающей

пары оно находится одновременно в обоих зажимах. Задний

конец этого волокна будет двигаться со скоростью вытягиваю-

щей пары, выскальзывая из питающей пары, так как H2>Hi.

Следовательно, движение волокон со скоростью вытягивающей

пары 1)2 может начинаться на расстоянии максимальной длины

волокна от вытягивающей пары. Это расстояние будет опреде-

лять поле вытягивания — пространство, в котором происходит

вытягивание.

Экспериментальные- исследования движения волокон в вы-

тяжном приборе показали, что волокна со скорости Vi на ско-

рость V2 переходят практически мгновенно. Изменение скорости

волокон происходит на протяжении всего поля вытягивания,

причем доля волокон, изменивших скорость с Vi на V2, посте-

пенно растет. В реальных условиях скорость волокон изменя-

ется в том сечении поля вытягивания, где преобладает воздей-

ствие сил трения быстродвижущихся волокон над силами тре-

ния и цепкости волокон, движущихся с малой скоростью.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИЯ ВЫТЯГИВАНИЯ

Первая попытка теоретического обоснования процесса вытяги-

вания была сделана Ф. М. Дмитриевым (1861 г.), затем этот

процесс,изучал С. А. Федоров (1894—1899 гг.). Однако начало

математического описания вытягивания было дано в работах

Н. А. Васильева (1915 г.). Н. А. Васильев заложил основы со-

временной науки о процессах вытягивания и сложения. Даль-

нейшее развитие теории вытягивания относится к 30-м годам

текущего столетия. Следует отметить работы В. Е. Зотикова,

B. А. Ворошилова, И. В. Будникова, Ф. А. Афончикова.

Фундаментальная теория вытягивания была создана рус-

скими и советскими учеными. Глубокие исследования вытягива-

ния при использовании современного математического аппарата

и теории случайных функций выполнены А. Г. Севостьяновым,

C. С. Ковнер, В. П. Хавкиным, Л. Н. Гинзбургом. Эксперимен-

тальные исследования движения волокон на модели вытяж-

ного прибора впервые были проведены в нашей стране

М. Н. Слотинцевым. Они значительно расширили знания о по-

ведении волокон в процессе вытягивания. Большой интерес

представляют работы зарубежных ученых, например Г. Фостера,

М. Ханах.

Одним из главных вопросов теории вытягивания является

движение контролируемых и неконтролируемых волокон в вы-

тяжном приборе и влияние характера движения на неравно-

мерность выходящего продукта по линейной плотности.

Рассмотрим движение контролируемых волокон в вытяж-

ном приборе без учета полей сил трения. Выделим в питаю-

' 6

Рис. 1.19. Схема движения волокон в вытяжном приборе

щем продукте два волокна протяженностью А и h (рис. 1.19,а),

причем и где -R —разводка. Эти два контролируе-

мых волокна -расположены в продукте со сдвигом передних кон-

чиков fli. Продукт с этими волокнами поступает в вытяжной

прибор, который на рис. 1.19 показан условно. Линия OiOi со-

ответствует положению линии зажима питающей пары, а линия

О2О2 —вытягивающей пары. Находясь в поле вытягивания, во-

локна смещаются относительно друг друга, и после вытяжного

прибора расстояние между передними концами волокон увели-

чивается и становится равным аг. Можно установить величину

этого расстояния, если рассмотреть последовательное измене-

ние положения волокон в поле вытягивания. Время, необходи-

мое для перехода волокна h из положения II в положение III

ti = a2lv2, но за это же время волокно /г пройдет путь ai со ско-

ростью Vi и тогда t\ = ailvi = a2lv2. Отсюда

Следовательно, для контролируемых волокон сдвиг между

волокнами в процессе вытягивания увеличивается пропорцио-

нально вытяжке.

Рассмотрим движение неконтролируемых волокон в вытяж-

ном приборе без учета полей сил трения. Выделим в питающем

продукте два волокна различной протяженности h<R — некон-

тролируемое волокно и /2 — контролируемое волокно. Эти

волокна расположены в продукте со сдвигом передних кончи-

ков aj.

Продукт поступает в вытяжной прибор, что соответствует

положению / на рис. 1.19, б. Если волокна находятся на линии

зажима питающей пары OiOi или вытягивающей О2О2, то они

имеют скорость этой пары. После'того как неконтролируемое

волокно h покинет линию зажима питающей пары (положение

II), считаем, что часть пути г до точки А волокно пройдет со

скоростью Vi, а остальной участок — со скоростью V2. Обозна-

чим через а долю пути г, на протяжении которого волокно дви-

жется со скоростью vi, и через (1—а) — долю пути г, которую

волокно h проходит со скоростью V2. Достигнув линии зажима

вытягивающей пары, волокно 1\ пойдет со скоростью Уг и сме-

стится по отношению волокна /2 на величину Ог, пока волокно

h движется из положения П в положение JV. Волокна U и h

переходят из положения II в положение /У за одно и то же

время t. Поэтому можно написать

для волокна h

ti = arlvy +

^а) rh^ -f a^lv^,

для волокна U

= di/wi-f r/ui.

Приравняв и и умножив левую и правую части равен-

ства на t>2, получим

агЕ 4-

— а)г + а2^ а^Е + гЕ.

Здесь E = V2lVi — вытяжка. Отсюда находим a2 = aiE + r(l—

—а){£'—1), т. е. для неконтролируемых волокон к нормаль-

ному сдвигу ai£ добавляется отклонение А = г(1—а) (£•—1).

Таким образом, сдвиг волокон Яг после вытягивания или

увеличивается, если Д>0, или уменьшается, если Д<0. Эти от-

клонения от нормального сдвига волокон вызывают в выходя-

щем из вытяжного прибора продукте дополнительную неров-

ноту по линейной плотности.

При А>0 в выходящем продукте образуются утоненные

участки, а при А<0 — утолщенные участки, возникает допол-

нительная неровнота от вытягивания вследствие незакономер-

ного движения волокон. При А = 0 дополнительной неровноты

нет и, если в вытяжной прибор поступает равномерный по ли-

нейной плотности продукт, то эта равномерность не изменится

в процессе вытягивания.

Анализируя формулу дополнительного отклонения от нор-

мального сдвига волокон в процессе вытягивания, следует отме-

тить, что с увеличением вытяжки неровнота продукта после вы-

тягивания увеличится. Для уменьшения влияния вытяжки

используют вытяжные приборы с несколькими зонами вытяги-

вания для постепенного утонения продукта в каждой зоне.

Тогда общая вытяжка Е = ЕхЕ2.. .Еп, где Ей Е2 £„ —част-

ные вытяжки в каждой зоне. •

На дополнительное отклонение влияют также разводка вы-

тяжного прибора и раопрямленность волокон. Из рис. 1.19,6

можно видеть, что r=R—h=R—г]1 (где I — длина волокна; т] — .

коэффициент распрямленности волокон). С повышением коэф-

фициента распрямленности разность уменьшается и отклонение

А также становится меньше. По мере вытягивания продукта

в многозонных вытяжных приборах число волокон в сечении

продукта снижается, повышается четкость их движения, а также

улучшается распрямленность волокон. Поэтому частные вы-

тяжки, как правило, постепенно увеличивают: Ei<E2<Ez... <.

<Еп- С увеличением разводки неровнота выходящего продукта

увеличивается, но и при очень малой разводке нарушается за-

кономерность движения волокон. Следовательно, всегда уста-

навливается оптимальная разводка, зависящая от линейной

плотности продукта, длины и распрямленности волокон, вы-

тяжки и других факторов.

Положение точки А поля вытягивания, где волокна пере-

ходят со скорости vi на скорость V2, также влияет на отклоне-

ние А. Если зона перехода волокон на скорость v^ ближе

к вытягивающей паре, то доля пути а, на протяжении которого

волокна движутся со скоростью питающей пары v\, больше и

отклонение от нормального сдвига меньше, а следовательно, и

меньше дополнительная неровнота продукта от вытягивания.

Характер движения волокон в поле вытягивания и диффе-

ренциальный закон распределения волокон по их длине в уто-

няемом продукте определяют вид кривой утонения продукта

в вытяжном приборе. Кривая утонения показывает изменение

числа волокон в сечении продукта, находящегося в поле вытя-

гивания. Она показывает постепенное утонение продукта в про-

цессе вытягивания. По экспериментальной кривой утонения

можно судить О' закономерности движения волокон в процессе

вытягивания. Влияние характера движения волокон на вид

кривой утонения изучали В. Е. Зотиков, С. С. Ковнер, А. Г. Се-

востьянов, Л. Н. Гинзбург и др.

При теоретическом построении кривой утонения принима-

ются две предельные схемы движения волокон. Если все во-

локна меняют скорость в момент, когда их передние концы

достигают линии зажима вытягивающей пары, считают, что

волокна движутся по первой предельной схеме. Если волокна

изменяют скорость как только их задний конец выходит из за-

жима питающей пары, считают, что волокна движутся по вто-

рой предельной схеме.

Допустим, что в вытяжной прибор поступает продукт, имею-

щий в поперечном сечении mi волокон (рис. 1.20). Волокна мак-

симальной длины, попав пе-

редним концом на линию

зажима вытягивающей

пары, будут переходить на

скорость этой пары и доля

волокон, движущихся со

скоростью V2, по мере при-

ближения к вытягивающей

паре растет. Линия т2{х)

Рис. 1.20. Кривая утонения характеризует число воло-

кон в поле вытягивания, движущихся со скоростью W2. Соот-

ветственно количество волокон, движущихся со скоростью V\

в поле вытягивания, по мере приближения к вытягивающей

паре уменьшается — кривая mi(x). Сумма ординат кривых

т^{х) и т2{х) по различным сечениям поля вытягивания есть

ордината кривой утонения m^{x)=mx{x)+m2{x).

В работах советских ученых-текстильщиков показано, что

при первой предельной схеме движения волокон кривая утоне-

ния будет выпуклой, а при второй предельной схеме движения

волокон — вогнутой.

Определив экспериментально вид кривой утонения, можно

судить о характере движения волокон в вытяжном приборе

данной конструкции и о влиянии параметров заправки его на

закономерность движения волокон. Экспериментальные кривые

утонения имеют сложный характер: первый участок выпуклый,

а второй вогнутый, заканчивающийся у вытягивающей пары.

Вогнутый участок кривой утонения указывает на преждевре-

менный переход волокон на скорость вытягивающей пары.

И чем больше отклонение от теоретической кривой утонения,

тем менее закономерно движение волокон и ожидается наи-

большая неровнота по линейной плотности выходящего про-

дукта. Следовательно, в вытяжных приборах для достижения

наименьшей неровноты выходящего продукта по линейной плот-

ности при наибольшей вытяжке необходимо организовать такое

движение волокон различной длины, чтобы все они переходили

на скорость вытягивающей пары в одной и той же зоне, распо-

ложенной как можно ближе к линии зажима этой вытягиваю-

щей пары.

Движением волокон в вытяжных приборах можно управлять,

изменяя поля сил трения питающей и вытягивающей пар. Дви-

жение волокон в поле вытягивания определяется действующими

на волокна силами трения, которые создаются специальными

нагрузочными устройствами.

Продукт, находящийся между цилиндром и валиком, под

действием силы Р (рис. 1.21, а) сжимается, и силы сжатия про-

дукта распространяются за линию зажима 00, проходящую по

центрам цилиндра и валика.

При определенных толщине продукта, его сжимаемости н

поверхности нажимного валика могут быть два случая взаим-

ного расположения продукта между цилиндром и валиком.

Первый — нажимной валик лежит на продукте и не касается

цилиндра; второй — вследствие большой нагрузки на валик и

эластичности его поверхности продукт оказывается зажатым со

всех сторон и нажимной валик касается поверхности цилиндра

(рис. 1.21,6).

Удельное давление q обусловлено нагрузкой на валик, его

размерность сН/мм^, т. е. это давление, приходящееся на еди-

ницу площади продукта. По ширине продукта удельное давле-

Рис. 1.21. Эпюры давления вытяжной

пары

ние достигает максимума в середине продукта и снижается

к его краям.

Когда нажимной валик полностью лежит только на про-

дукте, то края продукта испытывают наименьшее давление и

наблюдается большое различие между минимальным и макси-

мальным значениями q. При использовании эластичных покры-

тий эпюра давлений имеет более равномерный вид. Кроме того,

волокна более равномерно зажаты в вытяжной паре по ширине

и характер движения их в процессе вытягивания будет меньше

отличаться.

Эпюра давлений неравномерна также и вдоль продукта (см.

рис. 1.21,а). В делом эпюра удельного давления в зажиме вы-

тяжной пары представляет собой колоколообразную поверх-

ность, распространяющуюся за пределы линии зажима вытяж-

ной пары, образуя поле сил трения. Интенсивность поля сил

трения характеризуется напряжением

где q — удельное давление, сН/мм^; Шв — число волокон на единицу пло-

щади {1 мм^); ц — коэффициент трения; h — цепкость волокон.

Эпюра напряжения поля сил трения может изменяться при

изменении нагрузки на нажимной валик, линейной плотности