CC BY
25
УДК 674.053.23
А.Г. ДОМБРОВСКИЙ
Херсонский национальный технический университет
А.Г. ДОМБРОВСКАЯ
Публичное акционерное общество "Энергоснабжающая компания «Херсоноблэнерго»
РАЗРАБОТКА УСЛОВИЙ ПОСТОЯНСТВА ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ ПЕРЕМАТЫВАНИЯ НИТИ
В данной работе получены закономерности изменения частот вращения нитераскладчика и поверхности наматывания, которые позволят обеспечить формирование паковки с равномерным распределением текстильного материала в теле намотки при постоянной и высокой скорости работы малоинерционного мотального механизма. Разработаны условия постоянства линейной скорости перематывания нити. Доказано, что для поддержания постоянной скорости процесса перематывания необходимо частоту вращения паковки замедлять пропорционально росту диаметра намотки.
Ключевые слова: высокоскоростное перематывание нитей, плотность паковки.
А.в. DOMBROVSKIY
Kherson National Technical University
А.& DOMBROVSKA
Public Joint Stock Company «Utility company» Khersonoblenergo», Kherson
DEVELOPING OF CONSTANT LINEAR WINDING SPEED YARNS
Abstract
We obtain the patterns of change in the frequency of rotation and traverse winding surface that will enable the formation of the packing with a uniform distribution of textile material in the body of the winding at a constant high speed and low-inertia winder mechanism. The conditions of constant linear velocity of winding thread. It is proved that in order to maintain a constant speed rewinding process is necessary to slow the speed ofpacking proportion to the growth of the winding diameter.
Keywords: high-speed rewinding yarn packing density.
Постановка проблемы
Известно, что одним из важнейших условий стабильности процесса перематывания является постоянство скорости движения нити [1-3]. Важность этого фактора обуславливается его влиянием на уровень натяжения быстробегущей нити. Непостоянство скоростного режима приводит к дестабилизации натяжения нити, что в свою очередь негативно влияет на структурные параметры тела наматывания. Кроме того, некоторые факторы, не имеющие значения при низких скоростях перематывания, могут стать очень важными при высоких скоростях.
Анализ последних исследований и публикаций
При исследовании высокоскоростного перематывания нитей в работах [4-6] авторы отметили, что обрывность нитей в процессе формирования паковок практически отсутствовала. Этот факт можно объяснить с точки зрения характера возникновения и распространения деформаций в текстильных материалах. Процесс разрушения пряжи происходит во времени вследствие накапливания остаточных деформаций, которые быстро увеличиваются и после снятия нагрузки не восстанавливаются [7]. На основании этого авторами в работе [8] была принята гипотеза о возможности безобрывного высокоскоростного перематывания пряжи со скоростью, близкой к предельной, так как низкоэластическая и, тем более, пластическая области деформаций, которые вызывают разрушение межмолекулярных связей и обрыв нитей, не успевают развиваться.
Формулирование цели исследования
Постоянно увеличивающаяся линейная скорость процесса перематывания способствует увеличению плотности в наружных слоях паковки, деформации намотки и приводит к ухудшению динамических условий работы механизма. Так как наибольшее влияние на процесс формирования паковок оказывают кинематические параметры перематывания, к которым относятся скорости вращения нитераскладчика и паковки, то можно предположить, что регулирование этими параметрами позволит влиять на условия формирования паковок и устранить вышеуказанные недостатки
Изложение основного материала исследования
Для получения мотальной паковки с постоянной радиальной плотностью наматывания необходимо пропорционально приросту диаметра увеличивать соотношение скоростей вращения нитераскладчика и паковки от 1:2,9 до 1:4,1 по определенному закону (3.1). Это значит, что при постоянной частоте вращения нитераскладчика частота вращения поверхности наматывания постоянно увеличивается, то есть в начале формирования паковки за единицу времени бобина совершает 2,9 оборота, а в конце формирования - 4,1 оборота. Если учесть тот факт, что при этом постоянно увеличивается диаметр намотки от 6,7 см до 17,64 см, то становится очевидным значительное увеличение линейной скорости нити в процессе формирования паковки.
Проведем теоретическое исследование скоростного режима перематывания и определим величину изменения линейной скорости нити при следующих условиях:
- частота вращения нитераскладчика принята постоянной и составляет пнр = 15 с-1, что обеспечивает достаточно высокую среднюю скорость процесса перематывания на малоинерционном мотальном механизме [9];
- радиус вращения нитераскладчика принимается равным Янр = 0,08 м;
- расстояние от плоскости вращения нитераскладчика до поверхности наматывания сохраняется постоянным в ходе формирования слоя наматывания и составляет 3 см (принято из опыта эксплуатации данных мотальных механизмов);
- величина Ь смещения оси вращения нитераскладчика от центра паковки принимается равной текущему радиусу намотки.
Средняя линейная скорость перематывания приближенно складывается из окружной скорости движения паковки оо и переносной скорости движения нити он и рассчитывается по формуле [2], м/с:
о = л»02® (1)
Эта формула справедлива для условий фрикционного наматывания. В случае формирования паковок на малоинерционном мотальном механизме, где точка раскладки и точка наматывания разделены конструктивно, данная формула приобретает вид:
О = л1и2 +Ц1 , (2)
Д[ нр пн > 4 '
где онр - окружная скорость нитераскладчика, м/с;
Одн - окружная скорость поверхности наматывания, м/с.
Так как траектории движения точки раскладки и точки наматывания в ходе процесса перематывания постоянно меняют свое взаимное расположение, то есть постоянно меняется взаимное расположение векторов скоростей движения нитераскладчика и поверхности наматывания, то величина и направление абсолютной линейной скорости нити зависит от угла взаимного расположения векторов Онр
и Опн и рассчитывается по формуле [10]:
о = л/о2 +о2 + 2•о •О • соб(о ;О ). (3)
у нр пн нр пн \ нр? пн-' у '
Определим значения абсолютной скорости перематывания нити при различных положениях нитераскладчика. Для этого предварительно определим линейные скорости точек раскладки Онр и наматывания о^ по формуле [2]:
о = я • d • п , (4)
где d - диаметр нитераскладчика и текущий диаметр паковки, м; п - частота вращения нитераскладчика и паковки, с-1. Результаты расчетов представлены в табл. 1.
Для определения абсолютной линейной скорости перематывания в соответствующих точках положений нитераскладчика и поверхности наматывания необходимо определить углы у между векторами скоростей Онр и Опн.
Таблица 1
Значения скоростей в точках раскладки и наматывания_
Соотношение П нр • Ппн 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1
4ш, м 0,067 0,0836 0,1034 0,1215 0,1403 0,1590 0,1764
Ппн, с-1 43,5 46,5 49,5 52,5 55,5 58,5 65,6
«нр, м/с 3,768 3,768 3,768 3,768 3,768 3,768 4,019
Опн, м/с 9,124 12,411 15,978 19,914 24,224 28,986 36,336
Рис. 1. Схема расположения векторов скоростей точек раскладки и наматывания: 1 - нитераскладчик; 2 - поверхность наматывания; 3 - нить
Результаты замеров величины угла у и расчет абсолютной скорости по формуле (3) представлены в табл. 2.
Таблица 2
Изменение линейной скорости нити при различных положениях нитераскладчика_
Соотношение
2,9
3,1
3,3
3,5
3,7
3,9
4,1
1
2
3
4
5
6
7
8
Йпн, м
0,067
0,0836
0,1034
0,1215
0,1403
0,1590
0,1764
Точка А
у,град
58
54
50,5
47,5
45
43
41,5
иА, м/с
11,571
14,940
18,604
22,631
27,020
31,846
36,971
Точка В
у,град
81
84
88
91,5
96
100,5
105
иВ, м/с
10,402
13,342
16,544
20,170
24,123
28,541
33,289
Точка С
у, град
90
90
90
90
90
90
90
иС, м/с
9,872
12,970
16,416
20,267
24,515
29,230
36,557
П нр • Ппн
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5 6 7 8
Точка Б
у,град 99 96 92 88,5 84 79,5 73,5
ОБ, м/с 9,311 12,588 16,288 20,364 24,901 29,903 37,675
Точка Е
у,град 122 126 129,5 132,5 135 137 139,5
ОЕ, м/с 7,811 10,642 13,889 17,589 21,723 26,356 33,382
Точка Б
у,град 135 138 142 146 150 154 158
Ор, м/с 6,988 9,936 13,214 16,922 21,045 25,653 32,644
Точка К
у,град 90 90 90 90 90 90 90
Ок, м/с 9,872 12,970 16,416 20,267 24,515 29,230 36,557
Точка Ь
у,град 45 42 38 34 30 26 22
ОЬ, м/с 12,086 15,419 19,089 23,134 27,551 32,415 40,090
Средняя линейная скорость нити на соответствующем диаметре паковки определялась как среднее арифметическое значений абсолютной скорости в точках А - Ь. Изменение средней абсолютной линейной скорости перематывания в процессе формирования паковки представлено в табл. 3.
Таблица 3
Изменение средней линейной скорости нити по слоям паковки_
Соотношение п нр : ппн 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1
Диаметр паковки dпн, м 0,067 0,0836 0,1034 0,1215 0,1403 0,1590 0,1764
Средняя скорость нити оср, м/с 9,739 12,851 16,308 20,168 24,424 29,147 36,481
Как показали расчеты, в процессе формирования паковки при увеличении диаметра в 1,8 раза средняя линейная скорость перематывания увеличивается в 3,7 раза. Такое увеличение происходит, в основном, за счет увеличения частоты вращения поверхности наматывания (табл. 1). Отсюда можно сделать вывод, что для поддержания постоянной скорости процесса перематывания достаточно поддерживать постоянной линейную скорость точки наматывания, то есть необходимо частоту вращения паковки замедлять пропорционально росту диаметра. При этом необходимо соблюдать закон изменения соотношения в ходе наработки паковки и поддерживать достаточно высокий уровень скорости процесса перематывания.
Из опыта эксплуатации малоинерционных мотальных механизмов примем скорость точки наматывания равной 25 м/с и рассчитаем кинематические параметры процесса перематывания для первого слоя наматывания ^пн = 0,067 м) при соотношении скоростей п нр : ппн = 1 : 2,9.
Алгоритм расчета представлен следующим образом:
1. Определим частоту вращения поверхности наматывания по заданной линейной скорости точки наматывания, используя формулу (4):
п = =-25-= 118,833 с-1.
я • dпн 3,14 • 0,067
2. Зная соотношение скоростей Пнр : Ппн, определим частоту вращения нитераскладчика:
= п^ = 118833.1 =
нр 2,9 2,9
3. По формуле (4) определяем линейную скорость нитераскладчика:
онп = я • dнn • пп = 3,14 • 0,08 • 40,977 = 10,293 м/с.
Ни Ни Ни У У У У
4. Определяем линейные скорости перематывания в соответствующих точках положения нитераскладчика А-Ь по формуле (3). Значения углов между векторами скоростей нитераскладчика и поверхности наматывания принимаем согласно приведенным в табл. 2. Линейную скорость
перематывания нити определяем как среднее арифметическое линейных скоростей в восьми точках положения нитераскладчика.
По приведенному алгоритму определяем линейные скорости перематывания нити на соответствующих диаметрах паковки. Результаты расчетов представлены в табл. 4.
Таблица 4
Кинематические условия постоянства скорости перематывания _
Соотношение П нр : Ппн 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1
Диаметр паковки Йпн, м 0,067 0,0836 0,1034 0,1215 0,1403 0,159 0,1764
Ппн, с-1 118,833 95,237 77,000 65,529 56,748 50,074 45,135
Пнр, с-1 40,977 30,721 23,333 18,723 15,337 12,840 11,008
Опн, м/с 25 25 25 25 25 25 25
Онв, м/с 10,293 7,717 5,861 4,703 3,853 3,225 2,765
Средняя скорость нити иср, м/с 26,460 26,164 25,578 25,439 25,295 25,257 25,212
Анализ данных таблицы показал, что средняя линейная скорость перематывания иср за все время формирования паковки изменяется от 26,46 м/с до 25,212 м/с, то есть незначительно (величина изменения составляет менее 5 %). По результатам расчетов можно сделать вывод, что для поддержания постоянной средней скорости перематывания нити достаточно поддерживать постоянной линейную скорость поверхности наматывания, что приводит к уменьшению частоты ее вращения по мере формирования паковки (то есть с приростом диаметра). Частота вращения нитераскладчика при этом также уменьшается, но с учетом изменения соотношения п нр : п^.
Выводы
1. Полученные закономерности изменения частот вращения нитераскладчика и поверхности наматывания обеспечивают формирование паковки с равномерным распределением текстильного материала в теле намотки при постоянной и высокой скорости работы малоинерционного мотального механизма.
2. Разработаны условия постоянства линейной скорости перематывания нити. Доказано, что для поддержания постоянной скорости процесса перематывания необходимо частоту вращения паковки замедлять пропорционально росту диаметра намотки.
Список использованной литературы
1. Ефремов Е.Д. Основы теории наматывания нити на паковку. Монография / Ефремов Е.Д., Ефремов Б. Д. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. - 144 с.
2. Гордеев В.А. Ткачество: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. / В.А. Гордеев., П.В. Волков - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 488 с.
3. Якубицкая И. А. Проблемы высокоскоростного перематывания пряжи / И.А. Якубицкая // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 1998. - №1. - С. 99-101.
4. Прохорова И. А. Развитие научных основ и инженерных методов высокоскоростного наматывания нити на паковку: дис. ... доктора техн. наук. 05.19.03 / Прохорова Ирина Анатольевна - Херсон, 2003. - 457 с.
5. Рязанова Е.Ю. О возможностях формирования паковок при безынерционном способе раскладки нити / Е.Ю. Рязанова, И.А. Якубицкая (И.А. Прохорова), М.П. Зубков // Вестник ХГТУ. - 1997. -№2. - С. 216-217.
6. Домбровский А.Г. Совершенствование технологии высокоскоростного наматывания нити на паковку: дис. ... канд. техн. наук: 05.19.03 / Домбровский Андрей Геннадиевич - Херсон, 2003. - 143 с.
7. Кукин Г.Н. Текстильное материаловедение. ч. I. / Г.Н. Кукин, А.Н. Соловьев - М.: Легкая индустрия, 1964. - 374 с.
8. Якубицкая И.А. (Прохорова И.А.) Обоснование безобрывного высокоскоростного процесса переработки пряжи и нитей на технологическом оборудовании / И.А. Якубицкая (И.А. Прохорова), О.Н. Хомяк // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. -2001. - №5. - С.50-51.
9. Рязанова Е.Ю. Совершенствование технологии раскладки нити для формирования паковок: дис. ... канд. техн. наук. 05.19.03 / Рязанова Елена Юрьевна - Херсон, 2001. - 146 с.
10. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов / И.Н. Бронштейн, К. А. Семендяев - М.: Наука, 1986. - 544 с.
