Одержання пряжі із зменшеним опором руху бігунка по кільцю на прядильній машині

Размещено на http://allbest.ru

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕРЖАННЯ ПРЯЖІ ІЗ ЗМЕНШЕНИМ ОПОРОМ РУХУ БІГУНКА ПО

КІЛЬЦЮ НА ПРЯДИЛЬНІЙ МАШИНІ

05.19.03 - технологія текстильних матеріалів

УДК 677.1.022.2: 677.052

КУЗЬМЕНКО ЛЮДМИЛА ВАЛЕНТИНІВНА

Херсон - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник -кандидат технічних наук, доцент

Горизонтова Олена В'ячеславівна

Херсонський державний технічний університет,

завідувач секції прядіння натуральних та хімічних волокон

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Кльонов Володимир Борисович,

Херсонський державний технічний університет, професор кафедри машини і апарати текстильної промисловості

кандидат технічних наук Синельникова Валентина Іванівна,

Український науково-дослідний інститут текстильної промисловості, директор

Провідна установа:

Київський державний університет технології та дизайну, Міністерства освіти України, кафедра матеріалознавства та технології переробки текстильних волокон, м. Київ

Захист відбудеться “25” квітня 2001 року о 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д67.052.02 у Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон Бериславське шосе, 24

Автореферат розісланий “21” березня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Текстильна промисловість завжди вносила вагомий внесок у поповнення бюджету країни. Тому в період кризового стану економіки України важливо, у першу чергу, забезпечити стабілізацію роботи цієї галузі. Сучасні підприємства, що функціонують у складному соціально-економічному середовищі повинні постійно створювати і впроваджувати різноманітного роду інновації, що забезпечують їхню ефективну діяльність у ринковій економиці.

Одним із найбільш трудомістких і малопродуктивних процесів прядіння є одержання пряжі на кільцепрядильній машині, продуктивність якої в основному визначається частотою обертання веретен. Розмір робочої швидкості веретен залежить від умов експлуатації, якості сировини і напівфабрикату, лінійної густини вироблюваної пряжі, кліматичних умов в цеху, конструктивних особливостей виконання, а також від фрикційних властивостей і зносостійкості пари “кільце-бігунок”.

Надійним шляхом стабілізації процесу формування пряжі на кільцепрядильній машині є зниження опору руху нитки, що у свою чергу залежить від якості виконання пари кільце-бігунок. Використання нанесення зносостійких покриттів на поверхні кільця і бігунка з метою зниження тертя є актуальною задачею, рішення якої дозволить збільшити продуктивність прядильного устаткування і стабілізувати технологічний процес формування пряжі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає напрямку наукових досліджень Херсонського державного технічного університету та завданням, які викладено у Державній програмі розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року (затверджена Кабінетом міністрів України 29.01.1996 р., протокол №147), напрямку “Теоретичне обгрунтування і технічні розробки ресурсозберігаючої технології первинної обробки вовни і проектування тканих матеріалів на основі їх напружено-деформаційного стану”, затвердженої на основі рішення експертної ради Міністерства освіти України (протокол №2 від 4.11.1998 р.) у рамках координаційного плану “Нормалізація технічних процесів одержання пряжі на основі досліджень по зміцненню поверхонь, які зазнають тертя, деталей і волокнистого матеріалу”.

Особистий внесок здобувача полягає в одержанні пряжі із зменшеною обривністю на кільцепрядильній машині, розробці раціональних покриттів системи бігунок-кільце, визначення зносу бігунків у залежності від виду зміцнення поверхні тертя.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є поліпшення технології виробництва і якості пряжі за рахунок використання зносостійких покриттів на поверхню бігунків.

Виходячи із поставленої мети у роботі вирішуються такі основні задачі:

визначити обривність і основні фізико-механічні показники пряжі для вивчаємих видів нанесення покриттів;

визначити основні фізико-механічні характеристики вузла “нитка-кільце-бігунок”, які впливають на натяг пряжі;

розробити оптимальну технологію нанесення зносостійких покриттів на поверхню бігунків, згідно літературних даних (епіламом, нітридом титану, лазерним зміцненням), з метою находження найбільш ефективного виду;

дослідити зносостійкість системи кільце-бігунок при різноманітних варіантах покриття бігунків.

Об'єкт дослідження - бавовняна пряжа лінійної густини 20 текс і 25 текс, що виробляється в умовах ВАТ “ХБК” (м. Херсон), бавовняно-лавсанова пряжа лінійної густини 16,6 текс і бавовняно-сіблонова пряжа лінійної густини 12,7 текс, що виробляється в умовах ВАТ “Демітекс” (м. Полтава).

Предмет дослідження - одержання пряжі із зменшеним опором руху бігунка по кільцю на прядильній машині.

Методи дослідження. Задачі, які поставлені в роботі, розв'язані з використанням теоретичних та експериментальних методів. Експериментальні дослідження проводилися за оптимізацією технологічних параметрів вузла “кільце-бігунок” з урахуванням його впливу на обривність і якісні показники пряжі. Обробка й аналіз результатів експериментів виконувалися засобами математичної статистики, регресійного і кореляційного аналізу. Оцінка фізико-механічних показників якості пряжі проводилася за допомогою існуючих державних стандартів і загальних методик, основними з них є: ГОСТ 6611.2-73 “Нити текстильные. Методи определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве”; ГОСТ 6611.1-73 “Нити текстильные. Методы определения линейной плотности”.

Розрахунки проводилися з використанням ІВМ - сумісного персонального комп'ютера в середовищі “Miсrosoft Exel”, “Miсrosoft Word”.

Наукова новизна отриманих результатів:

удосконалена технологія процесу утворення пряжі на кільцепрядильній машині із зменшенням її обривності і збереженням якості за рахунок підвищення зносостійкості поверхонь системи пряжа-бігунок-кільце;

вперше в комплексну систему показників оцінки якості бавовняної і змішаної пряжі включено показник її обривності;

вперше визначені коефіцієнти тертя між кільцем і бігунком та ниткою і бігунком після обробки поверхонь бігунків поверхнево-активними речовинами, іонно-плазменим напилюванням і лазерним випромінюванням. Встановлено вплив обробки бігунків на натяг пряжі, її обривність і якість;

вперше визначені раціональні варіанти видів обробки поверхонь вузла “бігунок-кільце”;

вперше визначена величина і характерні місця зносу бігунків в процесі їх експлуатації на кільцепрядильній машині при застосуванні досліджуваних способів обробки;

одержана експериментальна математична модель визначення залежності обривності пряжі від коефіцієнта тертя та частоти обертання веретен.

Практичне значення отриманих результатів. Рекомендовано для зменшення обривності пряжі, поліпшення її фізико-механічних показників і підвищення зносостійкості бігунків і кілець кільцепрядильних машин застосувати в промисловості розроблену технологію нанесення зносостійких покриттів, які знижують тертя. Реалізація технології нанесення зносостійких покриттів дозволить підвищити продуктивність устаткування і праці, знизити втрати сировини, що дозволить текстильним підприємствам більш раціонально й ефективно використовувати свій виробничий потенціал, створений у народному господарстві України.

Матеріали дисертаційної роботи пройшли виробничі випробування і впроваджені на ВАТ “Демітекс” (м. Полтава), а також можуть бути впроваджені на будь-якому текстильному підприємстві, що дозволить знизити обривність на кільцепрядильній машині на 20-25%, поліпшити фізико-механічні показники пряжі, підвищити зносостійкість бігунків у 3,0-1,5 рази і знизити собівартість пряжі на 4,5%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і були обговорені на технічних радах ВАТ “Демітекс” (м. Полтава), 1993 р.; Херсонського ВАТ “ХБК” 1993 р.; науково-практичній конференції “Ресурсозберігаючі технології в текстильній промисловості” (м. Київ), 1993 р.; науково-технічній конференції “Новітні технології в легкій промисловості та сервісі”, Технологічний університет Поділля, (м. Хмельницький), 1999 р.; Всеукраїнській науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового сторіччя”, Херсонський державний технічний університет (м. Херсон), 1999 р., 2000 р.; розширеному семінарі кафедри “Прядіння натуральних і хімічних волокон” Херсонського державного технічного університету, 2000 р.

Особистий внесок. Наукові результати, викладені в дисертаційній роботі, отримані автором особисто на підставі досліджень по зниженню опору руху нитки на кільцепрядильній машині, експериментальних досліджень по визначенню оптимального варіанта нанесення зносостійких покриттів на поверхню бігунків, досліджень впливу коефіцієнтів тертя на можливість збільшення частоти обертання веретен, дослідження впливу коефіцієнтів тертя системи пряжа-кільце-бігунок на натяг пряжі.

Автором запропоновано в комплексну оцінку пряжі включити показник її обривності. Отримана математична модель визначення залежності обривності пряжі від коефіцієнта тертя та частоти обертання веретен, що дало можливість прогнозувати найбільш перспективні види обробки й одержати при цьому високоякісний продукт. Методика нанесення іонно-плазмених покриттів і лазерного зміцнення бігунків розроблена разом з Українським науково-дослідним інститутом технології суднового машинобудування (УкрНІІТСМ), м. Миколаїв. За результатами досліджень сформульовані висновки і рекомендації по впровадженню їх у виробництво.

Публікації. Публікації по темі дисертаційної роботи включають 8 найменувань, у тому числі статей у збірниках наукових праць і наукових журналах - 7, тез доповідей на конференціях - 1.

У роботах виконаних у співавторстві здобувачу належить: теоретичне обгрунтування та дослідження по визначенню впливу виду обробки поверхонь бігунків на фізико-механічні показники пряжі та її обривність; встановлення терміну служби бігунків; визначення коефіцієнта тертя пари “кільце-бігунок” для різних способів обробки бігунків та визначення його впливу на натяг пряжі в процесі намотування.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 155 сторінках машинного тексту, вміщує 61 таблицю, 22 малюнки і складається з вступу, 6 розділів, висновків і додатків. Список використаних джерел включає 117 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета, задачі досліджень, наукове і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі по аналізу стану проблеми стабілізації процесу утворення пряжі на кільцепрядильних машинах показано, що зниження опору руху нитки на кільцепрядильній машині в основному залежить від якості виконання пари “кільце-бігунок”, що, у свою чергу, складається з цілого ряду показників.

Як свідчать результати досліджень, приведених в роботах, як вітчизняних так і зарубіжних авторів, існуючі серійні бігунки і кільця, які застосовуються у вітчизняній промисловості, не забезпечують стабільну роботу на високих швидкостях і, крім того, не мають тривалого терміну служби через низьку зносостійкість.

Аналіз робіт А.Г. Мінакова, Н.Д. Лебедєва, В.В. Кокоріна, Т.О. Пармсоо, Є. Е. Вакс, І.І. Мігушова, Ю.А. Якубовської, Є.В. Веселовської, І.В. Крагельського показав, що на обривність і на натяг пряжі в процесі намотування впливає стан поверхні кілець та бігунків кільцепрядильних машин.

Надійним шляхом зменшення величини обривності в прядінні і натягу пряжі в процесі намотування є зменшення коефіцієнта тертя між кільцем і бігунком та ниткою і бігунком.

Найбільш ефективним засобом зниження коефіцієнта тертя є введення в зону контакту прошарка, що розділяє обидві поверхні, які контактують. До найбільш перспективних на даний час, за результатами досліджень Г.А. Бобронникова, P. Lord, F. Kach, Д. С. Ясь, П.Я. Ревнюка, В.С. Коваленка, В.І. Костецького, відносять обробку металів лазерним випромінюванням, нанесення на металеві поверхні поверхнево-активних речовин (ПАР), іонно-плазмену обробку металів.

У результаті аналізу стану проблеми стабілізації процесу утворення пряжі на кільцепрядильній машині поставлені задачі і цілі досліджень.

У другому розділі представлені експериментальна частина та методики нанесення зносостійких покриттів (епіламування, лазерне зміцнення, іонно-плазмене напилювання) на поверхню бігунків на установках “Епілам-1”, “Квант-18М”, “Булат-3М”.

Експериментальне вивчення коефіцієнтів тертя оброблених металевих поверхонь проводилися за допомогою розроблених автором лабораторних установок.

Оцінка фізико-механічних показників пряжі і виміри обривності проводилися на основі існуючих державних стандартів і загальних методик. Обробка й аналіз результатів експерименту виконувалися засобами математичної статистики і регресійного аналізу за допомогою програми на мові Torbo Basik, програми “Matlab 5.2”, “Miсrosoft Exel”, “Miсrosoft Word”.

У третьому розділі приводяться дослідження по вибору раціональних покриттів системи бігунок-кільце.

Покриття бігунків ПАР.

Визначення режиму нанесення зносостійких покриттів на поверхню бігунків з ПАР, із яких використовувався епілам, проводилося по трьом варіантам обробки відповідно до розробленої методики. Перемінними параметрами були: час кипіння епіламу і режим його сушіння.

Результати досліджень показали, що обробка бігунків методом гарячого епіламування з наступним сушінням при температурі 80^оС протягом 30 хвилин показує найкращий результат по зниженню обривності пряжі (у середньому на 30%) і підвищенню її фізико-механічних показників.

Нанесення іонно-плазмених покриттів на поверхню бігунків.

Вибір оптимального режиму нанесення іонно-плазмених покриттів, із яких використовувався нітрид титану, на поверхню бігунків проводився по трьом варіантам відповідно до розробленої методики. Перемінними параметрами були: тиск азоту в камері, температура бігунка, сила току, напруга підкладки і час нанесення покриття. Критеріями оцінки були: величина обривності і фізико-механічні показники пряжі.

Результати досліджень показали, що обробка бігунків нітридом титану при температурі 130^оС, силі току 80 А, напрузі 210 В і тривалості імпульсу 2 секунди показує найкращий результат, що дозволяє знизити обривність у середньому на 12% та поліпшити фізико-механічні показники пряжі.

Зміцнення бігунків і кілець лазерним імпульсом.

Лазерне зміцнення бігунків проводилося в два етапи. На першому етапі проводився вибір технологічного режиму лазерної термічної обробки. Результати проведених досліджень показали, що зона лазерного загартування бігунків являє собою сегмент із основою перпендикулярною осі випромінювання лазерного джерела. Максимальна глибина зони лазерного загартування (висота сегменту) залежить від розміру тепловкладання в точці обробки і збільшується із зміною енергії випромінювання від 25 Дж до 40 Дж.

Мікротвердість зони лазерного загартування складає 890-910 кг/мм², при мікротвердості вихідного матеріалу 570 кг/мм² (збільшення на 56-60%).

На другому етапі проводився вибір оптимальної схеми робочих поверхонь бігунків.

Перемінними параметрами були:

кут між віссю лазерного випромінювання і дотичної до поверхні, яка підлягає зносу б = 60^о, б = 80^о, б = 90^о;

сторона обробки бігунка.

Енергія лазерного випромінювання в усіх випадках дорівнює 35-37 Дж, що відповідає, як нами установлено, максимальній глибині зони загартування 190-200 мкм. Критеріями оцінки були: величина обривності та фізико-механічні показники пряжі.

Результати досліджень показали, що найкращим варіантом обробки лазерним імпульсом робочих поверхонь бігунків є обробка їх під кутом 90^о, що дозволило, як показали подальші дослідження, в середньому знизити обривність пряжі на 20% і підвищити фізико-механічні показники.

У четвертому розділі розглядався вплив фрикційної характеристики вузла “нитка-кільце-бігунок” на процес утворення пряжі, показано вплив величин коефіцієнтів тертя та їх залежність від частоти обертання веретен для різноманітних варіантів обробки бігунків.

На взаємодію бігунка з кільцем вирішальний вплив робить тертя, яке залежить від виду і властивостей матеріалу, з якого виготовляються бігунки і кільця, структури матеріалу, його поверхневих властивостей, форми бігунка і кільця, маси і лінійної швидкості бігунка, реакції обертаючого відрізка пряжі на бігунок і часу його роботи.

Дослідження по визначенню коефіцієнтів тертя між ниткою і бігунком () і бігунком і кільцем (f) проводилися на розроблених автором лабораторних установках.

При визначенні коефіцієнта тертя між ниткою і бігунком кут обхвату ниткою бігунка в процесі одержання пряжі варіювався в межах 0,52-2,62 рад, що було підтверджено результатами відеозйомки. Коефіцієнт тертя визначався за формулою (1).

= [ln . Т1 / Т0] / б,	(1)

де: - коефіцієнт тертя між ниткою і бігунком;

Т₁ - шуканий розмір натягу, сН;

Т₀ - вихідний натяг, сН;

б - кут обхвату між ниткою і бігунком, рад.

Результати досліджень показують, що із збільшенням кута обхвату пряжі поверхні бігунка коефіцієнт тертя зменшується незалежно від радіуса намотування і виду обробки бігунків. Так при куті обхвату1,54 рад при максимальному діаметрі намотування пряжі коефіцієнт тертя складає для необроблених бігунків 0,35, при куті обхвату 2,62 рад відповідно 0,22. Така ж залежність спостерігається і при мінімальному діаметрі намотування (так при куті обхвату 1,54 рад. коефіцієнт тертя становить 0,47, а при 2,62 рад. відповідно 0,24).

Порівняльний аналіз коефіцієнтів тертя при максимальному діаметрі намотування для різноманітних варіантів обробки показує, що найменший коефіцієнт тертя у бігунків, оброблених епіламом становить 0,24, що на 16,3% менше, ніж коефіцієнт тертя необроблених бігунків, який приймає значення 0,29.

Коефіцієнт тертя у бігунків, оброблених на лазерній установці становить 0,26, що на 11,6% менше, ніж коефіцієнт тертя у необроблених бігунків, і на 5,6% більше, ніж у епіламованих. Найбільший коефіцієнт тертя у бігунків, які пройшли обробку нітридом титану, в порівнянні з бігунками обробленими епіламом або зміцнених лазером.

Аналогічна серія експериментів була проведена для визначення коефіцієнта тертя пари “нитка-бігунок” при мінімальному діаметрі намотування. Аналіз отриманих результатів показує, що найменший коефіцієнт тертя у бігунків, оброблених епіламом становить 0,24, найбільший у необроблених бігунків становить 0,28, коефіцієнти тертя бігунків, зміцнених лазером і оброблених NiТ, відповідно складають 0,25 і 0,27. Таким чином, результати експерименту дозволили зробити висновок про доцільність нанесення покриттів на поверхню бігунків із метою зниження коефіцієнта тертя між ниткою і бігунком.

Так як результати досліджень по визначенню коефіцієнта тертя між бігунком і кільцем (f) взаємозалежні з натягом пряжі в процесі намотування та коефіцієнтом тертя між ниткою і бігунком, доцільно, як і в попередніх дослідженнях, визначити f при максимальному і мінімальному діаметрах намотування. Коефіцієнт тертя визначався за формулою (2)

f = G2 / G1 . cos ,	(2)

де: G₂, G₁ - натяг пряжі, сН;

- кут між напрямком нитки і радіусом кільця, рад.

Порівняльний аналіз коефіцієнтів тертя при мінімальному діаметрі намотування для різноманітних варіантів обробки показав (рис. 2), що найкращі результати отримані при нанесенні на поверхню бігунків поверхнево-активних речовин - епіламів. Так у порівнянні з коефіцієнтом тертя необроблених бігунків коефіцієнт тертя епіламованих бігунків знизився на 23,8% (із 0,1441 у необроблених бігунків до 0,1096 у епіламованих), у бігунків із лазерною обробкою коефіцієнт тертя f зменшився на 15%. Нанесення покриттів із нітриду титану (NiТ) на поверхню бігунків знижує коефіцієнт тертя f на 6,9% у порівнянні з коефіцієнтом тертя необроблених бігунків, що дозволяє зробити висновок про його найменьшу ефективність у порівнянні з епіламуванням і лазерною обробкою.

При дослідженні впливу коефіцієнта тертя на процес утворення пряжі, важливим являється вивчення коефіцієнтів тертя між бігунком і кільцем (f) та бігунком і ниткою () на вертикальний (Тв) та горизонтальний натяги (Тг) пряжі. Для формул (3) і (4) були розроблені програми розрахунку на ЕОМ.

Tг = С / sin / f + cos - 1 / e^а (3)

Tв = C / e^а (sin / f + cos ) - 1 (4)

Розрахунок проводився для крайніх розмірів діаметра початку: максимального (D) і мінімального (d). При кожному діаметрі розглядалося три варіанти:

вплив коефіцієнта тертя між бігунком і кільцем (f) на натяги (Тв) і (Тг);

вплив коефіцієнта тертя між ниткою і бігунком () на натяги (Тв) і (Тг);

вплив коефіцієнтів тертя (f) і () на натяги (Тв) і (Тг).

Отримані результати показують, що зниження коефіцієнта тертя між ниткою і бігунком на 15-16% знижує вертикальний натяг пряжі на 3-9%, а горизонтальний натяг - у середньому на 0,9-1,1%. Зменшення коефіцієнта тертя між бігунком і кільцем в результаті обробки поверхонь бігунків зносостійкими покриттями в однаковому ступені впливає як на натяг пряжі в балоні (Тв), так і на натяг пряжі від патрона (Тг) (у середньому на 6-20%, у залежності від виду обробки бігунків).

У виробничих умовах на натяг пряжі (Тв) і (Тг) впливають як коефіцієнт тертя (), так і коефіцієнт тертя f. Результати розрахунків показали, що зменшення коефіцієнтів тертя і f дозволяє знизити натяг пряжі на 16-24% у залежності від виду обробки, що, у свою чергу, дозволить знизити обривність пряжі на кільцепрядильних машинах, табл. 1.

Натяг пряжі в зонах між бігунком і початком (Tг) і в балоні (Тв) практично визначити достатньо складно. Відомо, що зменшення натягу пряжі в цих зонах приводить до зниження натягу в зоні між ниткопровідником і витяжним прибором, де його достатньо просто визначити. Тому для підтвердження теоретичних досліджень про вплив коефіцієнтів тертя вузла “нитка-кільце-бігунок” на натяг пряжі при використанні бігунків із різноманітними видами обробки нами проводився додатковий експеримент. Аналіз даних показав, що натяг пряжі знижується в залежності від виду обробки бігунків.

Так натяг пряжі при використанні епіламованих бігунків знизився в порівнянні з натягом пряжі при використанні необроблених бігунків на 14,5% (із 11,97 сН із необробленими бігунками до 10,23 сН із эпіламованими бігунками). Натяг пряжі при використанні бігунків із лазерним зміцненням зменшився на 7,5%, при використанні бігунків із іонно-плазменою обробкою натяг пряжі знизився на 2,0% у порівнянні з натягом пряжі при використанні звичайних бігунків.

Таблиця 1

Вплив виду обробки та коефіцієнтів тертя м і f на натяг пряжі при мінімальному діаметрі намотування

Показники	Необроблені бігунки	Вид обробки
		Епіламом	Лазерне зміцнення	Іонно-плазмена
		Значення величини	% відхилення	Значення величини	% відхилення	Значення величини	% відхилення
Коефіцієнт тертя між ниткою і бігунком,	0,28	0,24	15,81	0,25	10,60	0,27	3,95
Коефіцієнт тертя між бігунком і кільцем, f	0,14	0,11	23,94	0,12	14,99	0,13	6,87
Вертикальний натяг, Tв, сН	19,05	16,94	11,08	17,77	6,70	18,47	3,03
Горизонтальний натяг, Tr, сН	40,25	31,79	21,01	35,08	12,85	37,82	6,03

Таким чином, проведений експеримент підтверджує результати раніше проведених досліджень про зміну натягу пряжі в залежності від виду обробки бігунків.

Оскільки зниження і f в процесі обробки дозволяє знизити натяг пряжі, то можна допустити збільшення частоти обертання веретен кільцепрядильних машин. У зв'язку з цим був проведений теоретичний розрахунок можливості збільшення частоти обертання веретен при різноманітних варіантах обробки бігунків. Розрахунок проводився за допомогою програми, складеної автором на ЕОМ по формулі (3). Розрахунки показали, що зменшення коефіцієнтів тертя і f дозволяють збільшити кутову швидкість бігунка в порівнянні з кутовою швидкістю необроблених бігунків: при використанні епіламованих бігунків на 14,67%; при використанні бігунків, зміцнених лазером, на 8,7%; при використанні бігунків, покритих нітридом титану, на 2,74%.

В умовах роботи ВАТ “Демітекс” пряжа 16,6 текс виробляється при частоті обертання веретен 12500 хв.^-1. Теоретичними розрахунками доведено, що при обробці бігунків зносостійкими покриттями можливо збільшити частоту обертання веретен у середньому до 8%, у залежності від виду обробки бігунків. Тому для підтвердження цього припущення проводився додатковий експеримент по визначенню розміру обривності і фізико-механічних показників пряжі при збільшенні частоти обертання веретен до 13500 хв.^-1.

Критеріями оцінки роботи досліджуваних бігунків були прийняті: обривність на 1000 верет. ^. г. і показники фізико-механічних властивостей пряжі. Досліди проводилися періодично через 32 години роботи прядильної машини.

Аналіз результатів показує, що при частоті обертання веретен до 13500 хв.^-1, обривність пряжі оброблених бігунків не збільшується, фізико-механічні показники не погіршуються. Так середня обривність эпіламованих бігунків склала 80,8 обривів на 1000 верет.^. г., бігунків, оброблених на лазерній установці, 82,7 обривів на 1000 верет. ^. г., бігунків із іонно-плазменою обробкою - 88,8 обривів на 1000 верет. ^. г. Середня обривність необроблених бігунків склала 107,6 обривів на 1000 верет. ^. г.

Фізико-механічні показники пряжі оброблених бігунків також показали кращі результати в порівнянні з такими ж показниками у необроблених бігунків. пряжа кільцепрядильний веретено

Таким чином, обробка бігунків епіламом, лазером, нітридом титану дозволяє збільшити частоту обертання веретен на 8%, при цьому обривність пряжі не збільшується, фізико-механічні показники не погіршуються.

У п'ятому розділі показані результати досліджень по зносу бігунків кільцепрядильних машин для бігунків, оброблених епіламом, лазером, нітридом титану і необроблених бігунків. Термін роботи бігунків склав 128 годин. В результаті проведених досліджень установлено, що найбільша величина зносу бігунків спостерігається по поверхнях 3, рис. 3-4.

Фаска зносу має рівну, гладку поверхню по всій довжині контакту, але не постійну по ширині для різних варіантів обробки. Максимальний знос спостерігається на перегині між поверхнями 3 і 4. Найменший знос спостерігається при обробці ПАР - епіламів - 0,042 мм, що на 65,3% менше в порівнянні із зносом у неопрацьованих бігунків - 0,121 мм. Друга ділянка із значним зносом спостерігається по поверхні 2, тут так само розмір зносу для експериментальних бігунків значно менше, ніж для звичайних. По торці бігунка (поверхня 5 з боку 4) у звичайних бігунків спостерігається знос із максимальною глибиною 0,039 мм і шириною 0,28 мм. У епіламованих бігунків на цій ділянці знос мінімальний і практично не спостерігається, глибина зносу 0,016 мм, ширина зносу 0,15 мм. По поверхні 2 і торцю 1 характерна наявність зносу у вигляді “кутка”. Для бігунків, оброблених лазером, епіламом, ТiN, знос незначний і в середньому складає 0,14-0,19 мм (глибина зносу) і 0,009-0,017 мм (ширина зносу).

Аналізуючи одержані результати досліджень, можна зробити висновок, що найменший знос по поверхні оброблених бігунків спостерігається при епіламуванні і лазерному зміцненні, найбільший - при нанесенні іонно-плазмених покриттів, але в порівнянні із зносом поверхні в необроблених бігунках всі три варіанти зміцнення показують позитивний результат. Отже можливо припустити збільшення терміну служби, оброблених бігунків. У виробничих умовах був поставлений експеримент по визначенню терміна служби бігунків в залежності від виду обробки. Критеріями оцінки роботи бігунків був прийнятий час роботи бігунків і обривність пряжі на 1000 верет. ^. г. Обривність замірялась через 64 години роботи машини і при досягненні максимального значення обривності (90 обривів на 1000 верет. ^. г.) бігунки замінялися на нові.

Одержані результати показали, що найкращий результат показали бігунки, зміцнені лазером, відпрацювавши 384 години, обривність пряжі не перевищила норми. Таким чином установлено, що термін служби бігунків (у порівнянні із необробленими бігунками) з лазерним зміцненням збільшився в 3 рази, у бігунків із іонно-плазменою обробкою - у 2,5 рази, у бігунків, оброблених епіламом, у 2 рази.

У шостому розділі показані результати досліджень по встановленню залежності обривності пряжі від способу обробки бігунків. Для того, щоб визначити, який із запропонованих варіантів обробки бігунків кільцепрядильних машин вважається найкращим, були проведені експериментальні дослідження, які дозволяють вибрати раціональний варіант обробки в залежності від рівня обривності і фізико-механічних показників пряжі для наступної рекомендації по впровадженню у виробництво. Було встановлено, що найкращим варіантом обробки є нанесення на поверхню бігунків ПАР - епіламів або зміцнення останніх лазером, рис. 5. Для визначення оптимального виду обробки поверхонь бігунка і кільця, які зазнають тертя, були проведені дослідження з використанням повного факторного експерименту (ПФЕ). Основними змінними при проведенні факторного експерименту являлись: частота обертання веретен; коефіцієнт тертя між бігунком і кільцем. За критерій оптимізації вибиралася обривність пряжі, яка визначалася для кожного досліду по стандартних методиках.

У результаті ПФЕ отримане рівняння регресії (5)

У = 77, 7 + 5,05х₁ + 7,6х₂ (5)

де:У- середня обривність пряжі, обривів на 1000 верет. ^. ч.

х₁ - частота обертання веретен, хв.^-1

х₂ - коефіцієнт тертя між кільцем і бігунком.

Запропоноване рівняння дозволяє проаналізувати рівень обривності пряжі в залежності від частоти обертання веретен і виду обробки (коефіцієнта тертя між бігунком і кільцем).

В роботі проведено комплексну оцінку якості пряжі із веденням показника її обривності, яка застосовується для порівняльної оцінки якості трьох варіантів обробки бігунків. Визначення комплексної оцінки проводилося по таких етапах:

вибір мінімального числа найбільше значимих показників;

експертна кількісна оцінка обраних показників;

перерахунок розмірних значень окремих показників у безрозмірні (ранги, відносні показники, бали або показники бажаності);

обчислення різноманітних середніх безрозмірних комплексних показників.

Аналіз одержаних результатів показує, що пряжа, яка вироблялася з використанням необроблених бігунків одержала гіршу оцінку (погано), як при використанні одиничних безрозмірних показників, так і комплексних показників.

Результати показали, що найкращими показниками при визначенні комплексного показника пряжі є двонормативні відносні показники (Q), безперервні балові оцінки (Вн), показники бажаності (d), середні: геометричні (Gj), гармонійні (Hj) і комбіновані (KGj) показники. За цими показникам кращу оцінку (відмінно) одержала пряжа, виготовлена із застуванням епіламованих бігунків, або бігунків, зміцнених лазером. Комплексна оцінка якості пряжі, що виробляється при використанні бігунків з іонно-плазменою обробкою одержала задовільну оцінку в порівнянні з пряжею, яка вироблена із необробленими бігунками.

З метою досягнення очікуваного економічного ефекту при нанесенні на поверхню бігунків поверхнево-активних речовин був проведений аналіз собівартості продукції. При використанні результатів роботи відбулося зниження собівартості на 0,453 грн. із розрахунку на 1 кг пряжі, що склало 4,5%. Велику частку в зниженні фабричної собівартості зайняло зменшення перемінних витрат на 3,2%, постійних витрат на 7,2%. Очікуваний економічний ефект склав 407,7 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Одержана пряжа із зменшеною обривністю в процесі її виробництва і покращеними фізико-механічними показниками за рахунок попередньої обробки поверхні бігунка ПАР (епіламом), іонно-плазменим покриттям (нітридом титану), лазерним зміцненням.

Розроблена методика нанесення зносостійких покриттів (епіламування, лазерне зміцнення, іонно-плазмена обробка) на промислово-виготовляємих установках (“Епілам-1”, “Квант-18М”, “Булат-3”), при цьому на розроблених автором двох лабораторних установках визначено основний фізико-механічний показник в системі нитка-кільце-бігунок.

Встановлено, що на обривність пряжі її фізико-механічні показники вливає вид покриття поверхні бігунків, так:

при епіламуванні обривність пряжі зменшується в середньому на 30%, коефіцієнт варіації за розривним навантаженням зменшується на 16,6%, питоме розривне навантаження збільшується на 7,3%;

при лазерному зміцненні обривність знизилась в середньому на 20%, коефіцієнт варіації за розривним навантаженням зменшується на 13,6%, питоме розривне навантаження збільшується на 6,9%;

при обробці нітридом титану обривність пряжі зменшується в середньому на 12%, коефіцієнт варіації за розривним навантаженням зменшується на 11,6%, питоме розривне навантаження збільшується на 4,5%.

Показано, що найбільш ефективними видами покриттів поверхні бігунків являється обробка епіламом або лазерне зміцнення, встановлено, що зменшення коефіцієнтів тертя в системі нитка-кільце-бігунок дозволяє збільшити швидкість обертання веретен до 8% не підвищуючи обривності і не погіршуючи якості пряжі.

Порівняльний аналіз різних варіантів обробки бігунків дозволив встановити їх зносостійкість по відношенню до необроблених, так термін служби бігунків із лазерним зміцненням збільшився в 3 рази, бігунків із іонно-плазменою обробкою у 2,5 рази, бігунків оброблених епіламом у 2 рази, а також визначити характерні зони зносу робочих поверхонь бігунка, знання яких необхідно враховувати конструкторам-розроблювачам при розробці їх раціонального профілю.

Проведено комплексну оцінку якості пряжі із введенням показника її обривності. Встановлено, що найкращу оцінку при використанні як одиничних безрозмірних показників так і комплексних показників одержала пряжа, яка виробляється із бігунками обробленими епіламом.

Отримана експериментальна математична модель, яка дозволяє прогнозувати обривність пряжі в залежності від частоти обертання веретен і коефіцієнта тертя в системі кільце-бігунок.

Результати проведених досліджень впроваджені на ВАТ “Демітекс” (м. Полтава). При використанні результатів роботи відбулося зниження собівартості на 0,453 грн. із розрахунку на 1 кг пряжі, що склало 4,5%. Економічний ефект склав 407,7 тис. грн. в рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

Кабанов Г.Н., Горизонтова Е.В., Кузьменко Л.В. Влияние обработки поверхности бегунков и колец на обрывность пряжи // Текстильная промышленность. - 1993. - №10 - С. 45.

Кабанов Г.Н., Горизонтова Е.В., Кузьменко Л.В. Влияние обработки поверхностей бегунков и колец на свойства пряжи // Ресурсосберегающие технологии. - К. - 1993. - С. 34- 36.

Кабанов Г.М, Горизонтова О.В., Кузьменко Л.В. Вплив стану поверхні бігунка на стабільність прядіння // Легка промисловість. - 1993. - №3. - С. 11-12.

Кузьменко Л.В. Упрочнение трущихся поверхностей в паре “кольцо-бегунок” и их влияние на обрывность // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 1998. - №1. - С. 55_57.

Кузьменко Л.В. Определение коэффициента трения нити о бегунок // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины, - 1999. - №2. - С. 140-142.

Чугин В.В. Кузьменко Л.В., Горизонтова Е.В. Влияние коэффициента трения на натяжение нити // Вестник ХГТУ. - 1999. - №3. - С. 382 - 384.

Кузьменко Л.В., Горизонтова О.В., Івченко Т.І Визначення коефіцієнту тертя пари “кільце-бігун” для різних способів обробки бігунів // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1999. - №4. - С. 27- 29.

Кузьменко Л.В. Одержання пряжі з малим опором руху на кільцепрядільній машині // Сб. матеріалів Всеукраїнської конференції “Проблеми текстильної та легкої промисловості на порозі нового сторіччя”. - Херсон. - 2000. - С. 179.

Анотація

Кузьменко Л.В. “Одержання пряжі із зменшеним опором руху бігунка по кільцю на прядильній машині”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю: 05.19.03 - Технологія текстильних матеріалів. Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2000.

У роботі узагальнено результати наукових досліджень по зменшенню обривності пряжі, покращенню її фізико-механічних показників, удосконаленню роботи пари “кільце-бігунок” за рахунок впровадження різних методів нанесення зносостійких покриттів. Розроблено параметри нанесення покриттів на поверхню бігунків і кілець: ПАР - епіламами, зміцнення променем лазера, нанесення іонно-плазмених покриттів - нітридів титану. Застосування різних методів обробки поверхонь, які зазнають тертя, дозволило знизити рівень обривності в прядінні і поліпшити фізико-механічні показники пряжі, а також збільшити зносостійкість пари “кільце-бігунок”.

Ключові слова: бігунок, кільце, поверхнево-активні речовини, промінь лазера, іонно-плазмене нанесення покриттів, мікротвердість, епіламування, зносостійкість, обривність, фізико-механічні показники пряжі.

АнНотацИя

Кузьменко Л.В. “Получение пряжи с уменьшенным сопротивлением движению бегунка по кольцу на прядильной машине”.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.19.03 - технология текстильных материалов. Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2000.

Надежным путем стабилизации процесса формирования пряжи на кольцепрядильной машине является снижение сопротивления движения нити, которое в свою очередь зависит от качества исполнения пары “кольцо-бегунок”.

Использование металлических покрытий (эпилам и нитрид титана) и упрочнение пары “кольцо-бегунок” лучом лазера является актуальной проблемой, решение которой позволит увеличить производительность прядильного оборудования и стабилизировать технологический процесс формирования пряжи.

В диссертационной роботе обобщены результаты научных исследований по усовершенствованию работы пары “кольцо-бегунок” за счет внедрения различных методов нанесения износостойких покрытий. Решение данной проблемы не может быть достигнуто одним универсальным составом покрытия и методом его получения. Поэтому исследования проводились по разработке таких методов нанесения износостойких покрытий как: обработка поверхностно-активными веществами (ПАВ) - эпиламами, упрочнение лучом лазера и нанесение ионно-плазменных покрытий (нитридов титана).

Применение различных методов обработки трущихся поверхностей позволит снизить уровень обрывности в прядении, улучшить физико-механические показатели пряжи, увеличить износостойкость деталей.

На взаимодействие бегунка с кольцом решающее влияние оказывает трение, которое зависит от фрикционных свойств материала, из которого изготовлены кольца и бегунки.

Разработаны лабораторные установки, позволяющие определить коэффициенты трения между нитью и бегунком () и бегунком и кольцом (f). Приведенными расчетами было доказано, что коэффициенты трения и f обработанных поверхностей оказывают существенное влияние на натяжение пряжи, следовательно, при их снижении можно увеличить частоту вращения веретен, что позволит повысить производительность кольцепрядильной машины. Расчеты показали, что уменьшение коэффициентов трения и f на 15-20% позволяют увеличить угловую скорость бегунка для эпиламированных бегунков на 14,67%, для бегунков, упрочненных лазером на 8,70%, для бегунков, покрытых нитридом титана на 2,74%. Для подтверждения полученных результатов был поставлен эксперимент, который позволил подтвердить теоретические расчеты и показать, что при увеличении частоты вращения веретен на 8%, при использовании обработанных бегунков, обрывность пряжи не увеличивается, физико-механические показатели не ухудшаются.

Проведенные исследования по износу бегунков кольцепрядильной машины показали возможность увеличения срока службы бегунков. Анализ полученных результатов показал, что упрочнение бегунков лучом лазера позволит увеличить срок их службы в 3 раза, нитридом титана в 2,5 раза, эпиламом в 2 раза.

Выбор рационального варианта покрытия бегунков и колец эпиламом, лазером и нитридом-титана производился в зависимости от уровня обрывности и физико-механических показателей пряжи для последующей рекомендации к внедрению в производство. Было установлено, что наилучшим вариантом обработки является нанесение на поверхность бегунков эпиламов или упрочение последних лучом лазера. Такую же закономерность показала разработанная автором комплексная оценка качества пряжи с ведением показателя ее обрывности для бегунков с различными видами обработки.

Ключевые слова: бегунок, кольцо, поверхностно-активные вещества, луч лазера, ионно-плазменное нанесение покрытий, эпиламирование, износостойкость, обрывность, физико-механические показатели пряжи.

SUMMARY

L. V. Kouzmenko. “Development of technology of yarn production on ring spinning machine with low resistance of fibre movement”. - Manuscript.

Thesis for obtaining Candidate of Technical Sciences scientific degree, speciality 05.19.03. Technology of textile materials, Kherson State Technical University. Kherson, 2000.

This paper generalizes results of researches how to improve the pair “ring-traveler” work when using different methods of application of wear resistant coatings.

Parameters are developed as for applying of surfactants and ion plasma coatings on travelers and rings, their treatment with epilamens or titanum nitride and strengthening with laser beam.

Application of different methods of treatment of friction surfaces permits to lower breakage in spinning and to improve physicomechanical indices of yarn as well as to increase wear resistance of the pair “ring-traveler”.

Key words: traveler, ring, surfactants, laser beam, ion plasma coating application, epilamens, wear resistance, breakage, physicomechanical indicesot yarn.

Размещено на Allbest.ru