УДК 677.11.051 Иванюк Дмитрий Васильевич ОБОСНОВАНИЕ
реклама
На правах рукописи УДК 677.11.051 Иванюк Дмитрий Васильевич ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ БИЛЬНЫХ ПЛАНОК ТРЕПАЛЬНЫХ БАРАБАНОВ Специальность 05.02.13 "Машины, аппараты и процессы (легкая промышленность)" А В Т О Р Е Ф Е РАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Кострома – 2012 Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете на кафедре технологии производства льняного волокна. Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Дьячков Владимир Александрович Официальные оппоненты: Телицын Анатолий Алексеевич — доктор технических наук профессор, Костромской государственный технологический университет, профессор кафедры теории механизмов и машин, деталей машин и проектирования технологических машин; Гаврилова Алла Борисовна — кандидат технических наук, генеральный директор ОАО "КНИИЛП", г. Кострома. Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт механизации льноводства, г. Тверь. Защита состоится 22 марта 2012 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: 156005, г. Кострома, ул. Дзержинского, д. 17, ауд. 214. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета. Автореферат разослан 21 февраля 2012 г. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор 2 Г.К. Букалов ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ За последние годы в льняном комплексе России произошли значительные изменения, связанные с качеством обрабатываемого сырья при получении льняного волокна. Недостаточная заинтересованность льносеющих хозяйств в производстве льна является одной из причин снижения уровня технологической дисциплины, неэффективного использования уборочной техники. Данное обстоятельство привело к ухудшению качества стланцевой тресты, поступающей на льнозаводы, что, в свою очередь, вызвало уменьшение выхода длинного волокна. Этот показатель для российских предприятий более чем в 2 раза ниже в сравнении с аналогичными предприятиями Западной Европы. Технология первичной обработки льняной тресты базируется на процессах формирования слоя стеблей, их промина и трепания сырца. При реализации процесса трепания сырца образуется основная масса волокнистых отходов. Оборудование, применяемое в настоящее время, устарело, поскольку при его разработке ориентировались на повышенную производительность по пропуску тресты. В этой связи тема диссертационной работы является актуальной, поскольку связана с решением важнейшей практической задачи — совершенствованием конструктивных параметров существующих трепальных машин с целью увеличения выхода трёпаного льна на отечественных льнозаводах. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ Целью исследования является повышение эффективности использования льняного сырья за счёт обоснованного выбора конструкций бильных планок. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: — систематизированы конструкции трепальных барабанов и определены конструкции бильных планок, которые необходимо рассмотреть при проведении исследований; — выполнен анализ процесса взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами трепальных барабанов. При этом оценивались: а) влияние скоростного режима работы трепальной машины на обрабатываемый материал; б) процессы, происходящие с концом пряди при трепании; в) факторы, влияющие на наличие контакта пряди с конструктивными элементами рабочих органов, в зависимости от параметров самой пряди, взаимного положения барабанов и особенностей конструкции бильных планок; г) влияние воздушных потоков поля трепания на силы натяжения пряди; — разработаны математические модели взаимодействия пряди с многокромочными барабанами; — проведена апробация разработанных математических моделей при исследовании процессов обработки материала различными конструкциями бильных планок; — выполнено сравнение результатов аналитического моделирования и данных, полученных экспериментально; 3 — даны рекомендации по применению рациональных конструкций бильных планок в промышленности. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Методической основой диссертации явились труды ведущих учёных в области первичной обработки лубоволокнистых материалов. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Применялось дифференциальное и интегральное исчисления, численные математические методы решения уравнений, методы текстильного материаловедения, а также тензометрические методы определения сил. При проведении экспериментальных исследований использовалась стандартная и оригинальная аппаратура. Обработка опытных данных осуществлялась с использованием общепринятых методов математической статистики при доверительной вероятности Р=90%. Вычислительные процедуры реализовывали с применением ПЭВМ, и пакетов программ Компас-3D, MS Excel, OpenOffice, Maple, MathCAD. НАУЧНАЯ НОВИЗНА В результате проведенных исследований автором впервые получены следующие новые научные результаты: — разработана модель, определяющая положения дуги угла охвата бильной планки материалом с учетом его взаимодействия с тыльной кромкой; — разработана методика определения силовой картины нагружения пряди в процессе трепания, учитывающая положение дуги угла охвата бильной планки материалом, с учётом взаимодействия материала с тыльной кромкой бильной планки; — разработана методика, позволяющая определять зазоры между билами в поле трепания, учитывающая конструкцию трепальных барабанов, а также форму и размеры бильных планок; — предложена методика определения скорости и направления воздушных потоков относительно участков пряди. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Аналитически и экспериментально обоснована целесообразность применения бильной планки в виде пластины с дополнительной кромкой для трепальных барабанов агрегата МТА-2Л. Опытный образец модернизированной трепальной машины агрегата МТА2Л с применением предложенного решения изготовлен на АООТ «Завод им. Г.К. Королева» (г. Иваново) и эксплуатируется на Кохановском льнозаводе (Республика Беларусь). Предложен способ дифференциации процесса трепания в трепальной машине мяльно-трепального агрегата МТА-2Л, позволяющий увеличить рентабельность льнозавода за счет повышения выхода длинного волокна. Предложен способ дифференциации процесса трепания для конического участка трепальных барабанов трепальных машин, который уменьшает силы натяжения прядей в начальной стадии процесса трепания и снижает обрывность волокна. Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 260701 «Технология и оборудование производства 4 натуральных волокон» в дипломном проектировании и при проведении учебноисследовательской работы студентов. СООТВЕТСТВИЕ ТЕМЫ И СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ТРЕБОВАНИЯМ ПАСПОРТА СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ВАК Исследование выполнено в рамках специальности 05.02.13 — "Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)" п1. "Разработка научных и методологических основ проектирования и создания новых машин, агрегатов и процессов; механизации производства в соответствии с современными требованиями внутреннего и внешнего рынка, технологии, качества, надежности, долговечности, промышленной и экологической безопасности", п3. "Теоретические и экспериментальные исследования параметров машин и агрегатов и их взаимосвязей при комплексной механизации основных и вспомогательных процессов и операций", п5. "Разработка научных и методологических основ повышения производительности машин, агрегатов и процессов и оценки их экономической эффективности и ресурса". АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Материалы диссертации доложены и получили положительную оценку на: — международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона" (Лен-2006); — 9-й международной научно-практической конференции "Вступление России в ВТО. Повышение экономической эффективности льноперабатывающего комплекса.", г. Вологда, 2006г.; — международной научно-технической конференции «Молодежь — производству», г. Витебск, 2006 г.; — 59-й научной конференции молодых ученых и студентов КГТУ, г. Кострома, 2007г.; — 10-й международной научно-практической конференции "Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России", г. Вологда, 2007г.; — межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК — 2007), г. Иваново, 2007г.; — 11-й международной научно-практической конференция "Наука, сельское хозяйство и промышленность – пути развития и ожидаемые результаты", г. Вологда, 2008г.; — заседаниях кафедры ТПЛВ КГТУ 2004-2010 гг.; — заседании технического совета АООТ “Завод им. Г.К. Королева”, г. Иваново, 2006г.; — заседании Всероссийского семинара по теории машин и механизмов (Костромского филиала РАН РФ) секция текстильного машиноведения, 2010г.; — расширенном заседании кафедры ТММ, ДМ и ПТМ в 2011г. ПУБЛИКАЦИИ По результатам проведенных исследований опубликовано 15 научных работ, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертаций и 11 в научных сборниках. Получено два патента РФ на изобретения. 5 СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация изложена на 149 страницах; состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, 4 приложений и списка цитируемой литературы из 260 наименований; содержит 82 рисунков, 10 таблиц. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, обозначена научная новизна и практическая значимость работы. В первой главе на основе анализа работ по вопросам переработки льна и результатам исследований конструкций известных трепальных машин показана необходимость обоснования рациональных параметров бильных планок трепальных барабанов Приводится анализ описанных в литературных источниках конструкций трепальных машин. Рассматриваются их конструктивные и технологические особенности. На основе анализа этих показателей в четвертой главе производится выбор конструкций бильных планок для проведения экспериментального исследования. Приводится анализ работ по вопросам переработки льна и рассматриваются этапы развития теории трепания льняного волокна. Установлено, что анализом процесса трепания занималось большое количество учёных. Прежде всего, следует отметить работы И.В. Крагельского, А.Б. Кузьминского, Н.Н. Суслова, Г.К. Кузнецова, Д.Н. Панова, А.М. Ипатова, И.Н. Левитского, В.И Савиновского, В.А. Янушевского, В.А. Дьячкова, А.Б. Лапшина, Е.Л. Пашина, С.М. Вихарева, С.В. Бойко и др. В зарубежных работах также изложены технические решения, связанные с процессом трепания. Наибольшее внимание уделялось исследованию динамики процесса, частных явлений, связанных с отделением от волокна костры, а также обоснованию элементов конструкции трепальной машины и параметров обработки волокна. Несмотря на обилие работ, посвященных процессу трепания, непосредственно вопросы, связанные с влиянием вида бильных планок на обрабатываемый материал, рассматривались лишь применительно к конкретным видам конструкций, используемых исследователями. Не производилось комплексного теоретического и экспериментального сравнения работы различных видов бильных планок. При разработке моделей взаимодействия материала с рабочими органами трепальных агрегатов применялись допущения, которые можно устранить. На основе собственных наблюдений, результатов предварительных экспериментов, результатов исследований В.А. Дьячкова, А.Б. Лапшина, В.А. Янушевского, С.М. Вихарева и С.В. Бойко, а также с учётом указываемых А.Б. Лапшиным направлений дальнейших исследований, сделано предположение, что для анализа процесса взаимодействия обрабатываемого материала с рабочими органами необходимо дополнительное изучение: а) влияния скоростного режима работы трепальной машины на обрабатываемый материал; б) процессов, происходящих с концом пряди при трепании; в) факторов, влияющих на наличие контакта пряди с конструктивными элементами рабочих органов, в зависимости, как от параметров самой 6 пряди, так и от взаимного положения барабанов, и особенностей конструкции их рабочих органов; г) влияния воздушных потоков поля трепания на силы натяжения пряди. В заключительной части главы сформулированы основные задачи, решение которых должно обеспечить достижение цели диссертационной работы. Во второй главе представлены результаты исследований по анализу взаимодействия материала с бильными планками трепальных барабанов. Разработанная профессором В.А. Дьячковым математическая модель процесса трепания дополнена учетом воздействия тыльной кромки бильной планки на обрабатываемый материал. Разработана модель, определяющая положение дуги угла охвата бильной планки материалом с учетом его взаимодействия с тыльной кромкой и позволяющая определить силовую картину нагружения пряди в процессе трепания. Проведен анализ сил натяжения конца пряди, огибающей кромку бильной планки. При этом было показано, что силы инерции могут превышать силы аэродинамического сопротивления в несколько раз и для анализа процессов, происходящих с концом пряди их необходимо учитывать. Проведен анализ скоростей участков пряди, огибающих бильную планку. Было показано, что скорости участков пряди могут значительно превосходить скорости кромок бильных планок, и было выдвинуто предположение, что скорость воздушных потоков зависит от скоростей движения участков прядей. Была предложена методика определения величины и направления воздушных потоков, действующих на распрямленные участки пряди, располагающейся между передней кромкой бильной планки одного била и тыльной кромкой бильных планок другого била. На основе используемых моделей разработан алгоритм расчёта параметров процесса трепания, учитывающий воздействие множества кромок била на обрабатываемый материал. Алгоритм (рис. 1) реализован в программе "Моделирование трепания", которая на основании данных о геометрии трепальных барабанов и конструкции бильных планок позволяет для произвольного значения угла поворота барабанов получать положение обрабатываемой пряди и определять длины участков, углы охвата прядью кромок бильных планок, а также скорости, ускорения и силы, воздействующие на прядь, строить графики полученных данных для любого интервала углов поворота барабанов. При этом, при расчете сил, воздействующих на прядь, учитывается нестабильный контакт пряди с рабочими кромками. На основании разработанного алгоритма было произведено моделирование сил натяжения и нормального давления для пряди, обрабатывающейся в агрегате МТА-2Л, и построены графики соответствующих величин. Было установлено, что в определённые моменты времени на прядь действует распределённая сила, примерно равная 300 Н/м, которая значительно превосходит силы нормального давления в другие моменты обработки пряди. Такое резкое увеличение сил может вызвать контактное разрушения волокна на этой кромке и поэтому является негативным воздействием. 7 Рис. 1 Алгоритм программы "Моделирование трепания" Из работ предыдущих исследователей, например, Вихарева С.М., известно, что учёт воздействия тыльной кромки в моделях процесса трепания не приводит к росту нормального давления — оно лишь перераспределяется между кромками. Рассмотрено изменение силовых характеристик процесса трепания при добавлении дополнительной кромки, располагающейся между основной и тыльной рабочими кромками, к конструкции била агрегата МТА-2Л. Аналитическое исследование изменённой конструкции показало, что сила натяжения волокна возросла, а силы нормального давления перераспределились по кромкам, и максимальная сила стала примерно в полтора раза меньше, чем в варианте с 2 кромками. Таблица 1 Экспериментальное сравнение видов бильных планок № Тип бильной планки Натяжение 130 мин-1 160 мин-1 190мин-1 220мин-1 250мин-1 280мин-1 пряди, Н/м Опыт 1. Теория Δ Опыт 2. Теория Δ 8 Max Ср Max/ср Max Ср Max/ср (Т-О)/Т*100% Max Ср Max/ср Max Ср Max/ср (Т-О)/Т*100% 83,92 30,69 2,73 47,46 30,02 1,58 -2,23 97,84 49,60 1,97 68,46 41,37 1,65 -19,89 121,57 47,26 2,57 71,89 45,48 1,58 -3,91 125,98 59,70 2,11 103,70 62,66 1,65 4,72 180,98 68,04 2,66 101,37 64,13 1,58 -6,10 198,92 89,90 2,21 146,24 88,37 1,65 -1,73 228,14 89,12 2,56 135,91 85,98 1,58 -3,65 262,85 111,86 2,35 196,06 118,48 1,65 5,59 315,98 122,75 2,57 175,51 111,03 1,58 -10,56 340,00 140,49 2,42 253,18 152,99 1,65 8,17 353,73 118,43 2,99 220,16 139,27 1,58 14,96 384,32 135,20 2,84 317,59 191,91 1,65 29,56 Произведено сравнение рассчитанных по полученным моделям сил натяжения с данными, полученными экспериментально для двух типов бильных планок — пластины и пластины с дополнительной кромкой. Отличие экспериментальных данных от полученных по предложенным моделям составило менее 10% при частотах вращения трепальных барабанов от 160 до 250 оборотов в минуту (табл. 1), что может считаться удовлетворительным. При частоте вращения барабанов 280 мин-1 были обнаружены явления, которые не представляется возможным объяснить в рамках используемых моделей. Это может быть вызвано значительным изменением сил аэродинамического сопротивления. Разработана методика, позволяющая определять зазоры между билами в поле трепания, учитывающая конструкцию, размеры трепальных барабанов, а также форму и размеры бильных планок. Применение методики позволило определить значение параметра высоты для дополнительной кромки, располагающейся между основной и тыльной рабочими кромками, при условии, что данное решение планируется использовать на существующем оборудовании — трепальной машине агрегата МТА-2Л. Данная методика реализована в программе "Расчет зазоров". Рассмотрен процесс взаимодействия пряди с воздушными потоками в сфере поля трепания. Рассматривался участок пряди, расположенный между кромками бил. При этом было установлено, что силы натяжения пряди от воздушных потоков нивелируются провисами пряди. При увеличении линейной распределенной нагрузки от воздушных потоков в поле трепания, сила натяжения пряди T (в зависимости от угла воздействия воздушного потока) может увеличиваться незначительно. В третьей главе на основании анализа конструкций трепальных барабанов делается предложение о необходимости их модернизации для увеличения выхода длинного волокна. Для прямого участка трепальных барабанов агрегата МТА-2Л предлагается конструкция дополнительной бильной планки. Дополнительная кромка, расположенная между основной передней и тыльной кромками била, выступает относительно траектории движения этих кромок на величину, изменяющуюся по длине барабана. Увеличение радиуса барабана за счет дополнительной кромки 3, выступающей над траекторией движения основной 1 и тыльной 2 кромок не создает опасность соударения бил смежных барабанов (рис. 2 и 3). Предлагаемое устройство за счет увеличения числа кромок, одновременно воздействующих на прядь 4 (рис. 2), увеличения длины пряди, обрабатываемой в трепальной машине, уменьшения сил нормального давления, и обеспечения дифференциации процесса трепания по длине барабана способствует увеличению выхода длинного волокна. Опытный образец модернизированной трепальной машины агрегата МТА2Л, с применением предложенного решения, изготовлен на АООТ «Завод им. Г.К. Королева», (г. Иваново), и эксплуатируется на Кохановском льнозаводе (Республика Беларусь). Имеется акт внедрения данной разработки, подтверждающий эффект от внедрения планки с дополнительной кромкой, выражающийся в уменьшении массовой доли костры и сорных примесей на 4% и увеличении выхода длинного волокна на 0,6%. 9 Рис. 2 Бильная планка, вид спереди Рис. 3 Бильная планка, вид сбоку Предложен способ дифференциации процесса трепания для конического участка трепальных барабанов трепальных машин – козырек, который устраняет хаотическое перемещение свободного конца пряди, обусловленное периодическими, чередующимися воздействиями бил парных барабанов, снижает интенсивность воздействий на прядь, тем самым уменьшая силы натяжения прядей в начальной стадии процесса трепания (рис. 4 и 5). Рис. 4 Вид на трепальные барабаны спереди Рис. 5 Вид на трепальные барабаны сбоку На рис. 4 и 5 обозначено: 1– трепальные барабаны, 2 – отводящий козырек, 3 – било,4 – прядь, огибающая кромки бильных планок и расположенная на цилиндрической части барабана, 5 – прядь, расположенная на коническом участке барабана, 6 – прядь, расположенная на входе в зону обработки. Прядь при входе в зону обработки трепальными барабанами 1 и далее на протяжении конического участка барабана, отводится козырьком 2 к левому на чертеже трепальному барабану. При этом амплитуда поперечных колебаний свободного конца пряди (в плоскости, перпендикулярной направлению транспортирования волокна), невелика и определяется условиями взаимодействия лишь с билами этого барабана. В начале обработки на коническом участке прядь подвергается одностороннему трепанию. Интенсивность воздействий минимальная. По мере увеличения диаметра барабанов на коническом участке, одностороннее трепание заменяется двусторонним. Интенсивность воздействий возрастает. Длина свободного конца пряди (не подвергающегося двустороннему трепанию) при этом постепенно уменьшается и на цилиндрической части барабана интенсивность воздействий бил достигает максимальной величины, а поперечные перемещения конца пряди становятся не опасными, с точки зрения перепутывания концов и обрыва прядей. 10 На основании анализа процесса обработки волокна в трепальной машине агрегата МТА-2Л бильными планками различной ширины, проведенного с помощью программ "Расчет зазоров" и "Моделирование трепания", рекомендовано использовать бильные планки с шириной, близкой к максимально возможной. Такие планки обеспечивают максимальное значение сил натяжения волокна, интенсифицируя тем самым процесс трепания. Показано, что максимальная ширина бильной планки трепальных барабанов трепальной машины агрегата МТА-2Л может составлять 300 мм при условии, что всё било располагается внутри трепального барабана. Соударений между элементами конструкций трепальных барабанов не возникнет — см. результат проверки в программе "Расчет зазоров" на рис. 6, где обозначено: 1– бильная планка, 2 и 3 – траектории движения соответственно передней и тыльной кромок бильной планки, а также определено минимальное значение зазора между элементами конструкции барабанов, составившее 24 мм. Рис. 6 Трепальные барабаны с бильными планками шириной 300 мм Показано, что полученные математические модели и программы "Моделирование трепания" и "Расчет зазоров" можно использовать при расчете трепальных машин на стадии проектирования. В четвертой главе проводится экспериментальный анализ процесса трепания. Произведен анализ частотной характеристики тензодатчиков, используемых при исследовании процесса трепания закостренного и чистого волокна. На основании проведенного анализа делается вывод, что при исследовании процесса трепания закостренного волокна применять тензодатчики не следует, поскольку они будут вносить существенную погрешность вследствие неравномерности своей амплитудно частотной характеристики. Поэтому при экспериментальном анализе процесса трепания применялись льносодержащие текстильные материалы в виде ленты, моделирующие поведение чистого волокна, а датчик был изготовлен с учётом произведённого анализа частотной характеристики тензодатчиков. 11 В процессе исследований использовали установленный на кафедре ТПЛВ экспериментальный трепальный станок (КТИ) двустороннего действия с возможностью регулирования ряда технологических и конструктивных параметров. Во всех экспериментах длина барабанов составляла 1,14 м, расстояние между их осями вращения – 0,59 м. Экспериментальные исследования были разделены на 2 стадии — поисковое и основное. При поисковом исследовании ставилась цель разработать методику проведения эксперимента, получить качественные показатели для сравнения различных конструкций бильных планок. Целью основного исследования было сравнение бильных планок и, на основе этого анализа, выдача конкретных рекомендаций по их применению. В поисковой серии были рассмотрены бильные планки № 1-3, 5-7 рис. 7. Комплекты бильных планок крепились на трепальные барабаны и с помощью тензометрического комплекса производилось измерение сил натяжения хлопчатобумажной ленты при её обработке с различной частотой вращения трепальных барабанов – 160, 200, 240, 280 мин-1. Параметры ленты: Длина – L=650 мм; Ширина – b=22 мм; Масса 1 погонного метра – m1п.м.=13,78 г. Измерения производились для 4х положений датчика, в каждом последующем измерении датчик поднимался на высоту 50 мм. При проведении опытов происходило захлестывание пряди за нижнюю планку подбильной решетки, поэтому анализ экспериментальных данных носит сравнительный характер. 1 2 3 4 5 6 7 Рис. 7. Исследованные конструкции бильных планок В основной серии опытов рассматриваются бильные планки №1-7 показанные на рисунке 7. Комплекты бильных планок крепились на трепальные барабаны и, с помощью тензометрического комплекса, производилось измерение сил натяжения хлопчатобумажной ленты при её обработке при различных скоростях вращения трепальных барабанов – 130, 160, 190, 220, 250, 280 мин-1. Параметры ленты: Длина – L=1000 мм; Ширина – b=17 мм; Масса 1 погонного метра – m1п.м.=3,11 г.; Количество лент – n=6. Параметры сырья: Длина стеблей тресты – Lтр = 750 мм; Номер тресты – Nтр= 1; Масса навески – mнав=32 г. 12 Тензограммы, полученные в ходе опытов, анализировались путем усреднения сил натяжения для всего процесса и усреднения максимальных (пиковых) значений. Также находилось отношение максимальных сил натяжения к средним значениям. Анализ полученных экспериментальных данных, показал, что совпадение с рассчитанными по предложенным методикам сил натяжения наблюдаются лишь для бильных планок №1 и 2, (рис. 7) при частотах вращения трепальных барабанов от 160 до 250 мин-1 и различие составило менее 10%, что может считаться удовлетворительным. Поэтому было принято решение исследовать эти конструкции бильных планок более тщательно, проведя технологическую проверку. Характер сил натяжения для остальных конструкций бильных планок значительно отличался от теоретического. Например, наблюдалось снижение сил натяжения при повышении частоты вращения. Для бильных планок №1 и 2, (рис. 7), дополнительно определялся выход длинного волокна при обработке промятой льняной тресты. Также определялась разрывная нагрузка и массовая доля костры и сорных примесей в полученном в процессе трепания длинном волокне. Проведенное технологическое сравнение бильных планок № 1 и 2 (рис. 7) пластина и пластина с дополнительной кромкой, показало, что бильная планка №2 обеспечивает уменьшение массовой доли костры и сорных примесей на 8% по сравнению с планкой, используемой в агрегате МТА-2Л. На основании анализа результатов тензометрического исследования даются рекомендации по применению 7 видов бильных планок для трепальных барабанов. Общие выводы по работе 1.Разработанная профессором В.А. Дьячковым математическая модель процесса трепания дополнена учётом воздействия тыльной кромки бильной планки на обрабатываемый материал. Разработана модель, определяющая положение дуги угла охвата бильной планки материалом с учетом его взаимодействия с тыльной кромкой. 2. На основании полученных моделей и методик расчёта разработана программа "Моделирование трепания", которая позволяет получать данные о геометрии процесса трепания, определять скорости, ускорения и силы, воздействующие на прядь, строить графики полученных данных для любого интервала углов поворота барабанов. С помощью разработанной программы осуществлялось моделирование процессов трепания для экспериментально исследованных конструкций бильных планок. 3. Разработана методика, позволяющая определять зазоры между билами в поле трепания учитывающая конструкцию трепальных барабанов, а также форму и размеры бильных планок. Данная методика реализована в программе "Расчет зазоров". 4. Разработана конструкция дополнительной бильной планки для агрегата МТА-2Л. Предлагаемое устройство за счет увеличения числа кромок, одновременно воздействующих на прядь, увеличения длины пряди, обрабатываемой в трепальной машине, уменьшения сил нормального давления и обеспечения дифференциации процесса трепания по длине барабана, способствует увеличению выхода длинного волокна. 13 Опытный образец модернизированной трепальной машины агрегата МТА2Л, с применением предложенного решения, изготовлен на АООТ «Завод им. Г.К. Королева», (г. Иваново) и эксплуатируется на Кохановском льнозаводе (Республика Беларусь). Имеется акт внедрения данной разработки, подтверждающий эффект от внедрения планки с дополнительной кромкой выражающийся в уменьшении массовой доли костры и сорных примесей на 4% и увеличении выхода длинного волокна на 0,6%. 5. Рассмотрен процесс обработки волокна в трепальной машине агрегата МТА-2Л бильными планками различной ширины и на основании сделанного анализа рекомендовано использование бильных планок шириной близкой к максимально возможной. Максимальный размер бильной планки трепальных барабанов трепальной машины агрегата МТА-2Л может составлять 300 мм при условии, что всё било располагается внутри трепального барабана Соударений между элементами конструкций трепальных барабанов, по результатам расчетов в программе "Расчет зазоров", не возникнет. 6. Предложен способ дифференциации процесса трепания для конического участка трепальных барабанов трепальных машин, который уменьшает силы натяжения прядей в начальной стадии процесса трепания и снижает обрывность волокна. 7. Произведено сравнение результатов моделирования с данными, полученными экспериментально. Для бильных планок в виде пластины и пластины с дополнительной кромкой на частотах 160 — 250 мин-1 различие сил натяжения между теоретическими и экспериментальными исследованиями оказалось в пределах 10%, что может быть признано удовлетворительным. 8. Выявлены различия между результатами моделирования и экспериментальными данными, которые не могут быть объяснены в рамках используемой теории т. к. она не учитывает различное влияние формы бильных планок на аэродинамику процесса трепания. 9. Проведенное технологическое сравнение бильных планок в виде пластины и пластины с дополнительной кромкой, показало, что бильная планка в виде пластины с дополнительной кромкой обеспечивает уменьшение массовой доли костры и сорных примесей на 8% по сравнению с планкой используемой в агрегате МТА-2Л. 10. Произведено экспериментальное сравнение бильных планок 7 различных типов. Даются рекомендации по их возможному применению в конструкциях трепальных барабанов. Основные положения диссертации опубликованы в работах: Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертаций: 1. Иванюк, Д.В. Математическая модель процесса трепания, учитывающая воздействие передней и тыльной кромки била на обрабатываемый материал [Текст] / Д.В. Иванюк // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2006. – №3. – С. 31-34. 2. Иванюк, Д.В. Методика определения зазоров между билами в поле трепания [Текст] / Д.В. Иванюк // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2009. – №1. – С. 29-31. 14 3. 4. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Дьячков, В.А. Силы натяжения пряди от воздушных потоков поля трепания [Текст] / В.А. Дьячков, Д.В. Иванюк // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2008. – №4. – С. 42-45. Иванюк, Д.В. Определение сил натяжения конца пряди, набегающей на кромку бильной планки трепального барабана [Текст] / Д.В. Иванюк // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2008. – №6. – С. 22-24. Публикации в других изданиях: Иванюк, Д.В. Способ дифференциации процесса трепания [Текст] / Д.В. Иванюк // Молодежь – производству : сб. статей междун. науч.-техн. конф. – Витебск: УО "ВГТУ", 2006. – С. 30-32. Дьячков, В.А. О частотной характеристике тензодатчиков, используемых при исследовании процесса трепания [Электронный документ] / В.А. Дьячков, Д.В. Иванюк, В.В. Коновалов // Вестник КГТУ. – Кострома: КГТУ, 2007. – №1. (http://vestnik.kstu.edu.ru/8/viewnumber.aspx). – проверено 20.02.2012г. Иванюк, Д.В. Моделирование процесса трепания [Текст] / Д.В. Иванюк // Вступление России в ВТО. Повышение экономической эффективности льноперабатывающего комплекса : тезисы докладов 9 Междун. науч.-практ. конф. – М.: ЦНИИКАЛП, 2006. – С. 114-115. Дьячков, В.А. Трепальная машина "ТЕКМАШ ДМТ" [Текст] / В.А. Дьячков, Д.В. Иванюк, С.И. Пасько // Вступление России в ВТО. Повышение экономической эффективности льноперабатывающего комплекса : тезисы докладов 9 Междун. науч.-практ. конф. – М.: ЦНИИКАЛП, 2006. – С. 161. Иванюк, Д.В. Модернизация трепальной машины МТА-2Л [Текст] / Д.В. Иванюк // Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России : тезисы докладов 10 Междун. науч.-практ. конф. – М.: ЦНИИКАЛП, 2007. – С. 177. Иванюк, Д.В. К вопросу о рациональных параметрах бильных планок трепальных барабанов [Текст] / Д.В. Иванюк // Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК–2007) : сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов. – Иваново: ИГТА, 2007. – С. 231-232. Иванюк, Д.В. Способ дифференциации процесса трепания [Текст] / Д.В. Иванюк // Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона (ЛЕН-2006) : сб. материалов междун. науч.-техн. конф. – Кострома: КГТУ, 2006. – С. 21. Иванюк, Д.В. Определение рациональных параметров бильных планок трепальных барабанов [Текст] / Д.В. Иванюк // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству: материалы 59-й межвуз. науч.-техн. конф. молодых ученых и студентов. – Кострома: КГТУ, 2007. – С. 208-209. Бойко, С.В. Снижение интенсивности нагружения прядей льна при трепании [Текст] / С.В. Бойко, М.С. Енин, Д.В. Иванюк // Наука, сельское хозяйство и промышленность – пути развития и ожидаемые результаты : тезисы докладов 11 междун. науч.-практ. конф. – М.: ЦНИИКАЛП, 2008. – С. 237-238. 15 10. Дьячков, В.А. Бильная планка в трепальной машине МТА-2Л с дополнительной кромкой [Текст] / В.А. Дьячков, Д.В. Иванюк // Наука, сельское хозяйство и промышленность – пути развития и ожидаемые результаты : тезисы докладов 11 междун. науч.-практ. конф. – М.: ЦНИИКАЛП, 2008. – С. 249. 11. Иванюк, Д.В. Модернизация рабочих органов трепальной машины МТА2Л [Текст] / Д.В. Иванюк // Повышение конкурентности льняного комплекса России в современных условиях : материалы междун. науч.практ. конф. – Вологда: ИЦВГМХА, 2009. – С. 196-197. Патенты на изобретения: 1. 2. Пат. 2310021 Российская Федерация, МПК7 D 01 B 1/16, D 01 B 1/14. Способ дифференциации процесса трепания [Текст] / Дьячков В.А., Иванюк Д.В., Корабельников Р.В., Новиков Э.В., Ольгейзер Э.В., Пасько С.И.; заявитель и патентообладатель Костром. гос. технол. ун-т. – №2006107100/12 ; заявл. 06.03.06 ; опубл. 10.11.07, Бюл. №31. Пат. 2310022 Российская Федерация, МПК7 D 01 B 1/16, D 01 B 1/22. Бильная планка [Текст] / Дьячков В.А., Иванюк Д.В., Корабельников Р.В., Ольгейзер Э.В., Пасько С.И.; заявитель и патентообладатель Костром. гос. технол. ун-т. – №2006107098/12 ; заявл. 06.03.06 ; опубл. 10.11.07, Бюл. №31. ________________________________________________ Иванюк Дмитрий Васильевич ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ БИЛЬНЫХ ПЛАНОК ТРЕПАЛЬНЫХ БАРАБАНОВ Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук ________________________________________________ Подписано в печать 20.02.2012. Печ. л. 1,0. Заказ 81. Тираж 100. РИО КГТУ, Кострома, ул. Дзержинского, 17 16
