Анализ возможных направлений совершенствования устройства для модификации льняного волокна в ленте

УДК 677.021

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УСТРОЙСТВА

ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА В ЛЕНТЕ

,

В статье рассмотрено влияние основных геометрических параметров устройства для модификации на его производительность и качество получаемого продукта. Установлены условия, при которых может быть достигнут рост производительности без потери качества волокна.

Модификация льняного волокна, бильные барабаны, волокнистая лента, рабочая зона.

В настоящее время имеется несколько видов устройств для модификации льняного волокна в ленте [1], реализующих принцип двухстороннего высокоскоростного трепания (рис. 1).

Рабочими органами устройств являются трепальные барабаны, расположенные либо в вертикальной, либо в горизонтальной плоскости и оснащенные бильными планками. Экспериментально установлено, что волокнистая лента, поступающая в устройство в перпендикулярном плоскости рисунка направлении, взаимодействует только с верхними бильными планками (на рис. 1 – более светлые), поэтому в дальнейшем будем называть подобные барабаны двухбильными. Некоторые параметры устройства изначально выбраны субъективно и не имеют достаточного обоснования. К ним следует отнести радиус бильных барабанов R = 0,35 м (или R = 0,26 м) и количество бильных планок n = 2. Вероятно, что данные параметры могут оказывать влияние как на производительность устройства, так и на длину получаемого модифицированного волокна, которая является одним из параметров его качества. Поэтому задача по их обоснованию представляет значительный интерес. Одним из недостатков устройства является невозможность увеличения производительности только за счет скорости питания ленты, без пропорционального увеличения угловой скорости вращения бильных барабанов. Увеличение же последней приводит к росту содержания волокон «пуховой» группы. Таким образом, необходимо определить такие геометрические параметры устройства, которые позволят повысить его производительность без изменения длины волокна.

Рис. 1. Расположение барабанов при максимальной ширине рабочей зоны l

В работе [2, с. 21] получены аналитические выражения, позволяющие определять основные геометрические параметры рабочих органов модификатора (см. рис. 1):

межосевое расстояние

; (1)

ширину рабочей зоны

; (2)

размер устройства по оси х

, (3)

где Δ – ширина бильной планки на расстоянии R от оси вращения;

n – количество рабочих бильных планок на барабане.

Для удовлетворительной работы устройства необходимо выполнение следующего условия:

, (4)

где – ширина волокнистой ленты;

– зазор между траекторией движения конца била и краем ленты (см. рис. 1).

Как правило, ширина ленты b варьируется в пределах от 4 до 6 см. Зазор δ должен быть не менее 1 см. Это объясняется тем, что при поступлении волокнистой ленты в рабочую камеру устройства может происходить ее отклонение от вертикального положения в направлении О1О2 (см. рис. 1). При отсутствии зазора или его недостаточной величине может происходить «сгруживание» ленты у места крепления била к диску барабана или сход ленты с била на противоположном конце. Это, в свою очередь, может привести к увеличению неровноты получаемого модифицированного волокна по длине из-за того, что лента будет обрабатываться не по всей ширине.

Опыт эксплуатации модификатора показывает, что при δ » 2 см результаты по качеству модифицированного льняного волокна являются вполне удовлетворительными. Но, по нашему мнению, такая величина зазора несколько завышена и может быть уменьшена до 1 см [2, с. 76].

Для определения рациональных параметров устройства воспользуемся выражениями (2), (4). Изменение ширины рабочей зоны l в зависимости от радиуса R для двух - и трехбильных барабанов показано на рис. 2.

Проведя линейную аппроксимацию представленных зависимостей, получим

- для двухбильного барабана

l2Б = 0,5687 R – 0,0406;

- для трехбильного барабана:

l3Б = 0,2484 R – 0,0245.

Из представленных выражений можно определить радиус бильного барабана, обеспечивающий необходимую ширину рабочей зоны. Результаты расчетов показывают, что для обеспечения ширины рабочей зоны от
8 до 10 см необходим двухбильный барабан
с радиусом от 0,212 до 0,247 м, или трехбильный барабан с радиусом от 0,421 до 0,501 см.

Рис. 2. Зависимость ширины рабочей зоны устройства

от радиуса бильного барабана (при Δ = 0,07 м)

Одной из причин появления неровноты волокон по длине является то, что по наиболее удаленным от оси вращения барабана волокнам ленты удар наносится с большей скоростью, что приводит к повышению сил натяжения ленты и, следовательно, к уменьшению длины получаемых волокон. относительное изменение скорости нанесения удара dv по наиболее близким и наиболее удаленным от оси вращения барана волокнам ленты можно найти по формуле

dv = . (5)

Из (5) видно, что с увеличением радиуса R параметр dv уменьшается. Так, при b = 6 см для R = 0,212 см dv = 28,3%, а для R = 0,501 см dv = 11,98%.

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы. Бильный барабан большего радиуса должен обеспечить меньшую неровноту волокон по длине. Но в работе [2, с. 118]
установлено, что выравнивание сил натяжения в волокнах ленты может быть получено за счет изменения профиля бильной планки. Таким образом, для достижения указанной цели изменение геометрических размеров рабочих органов может идти как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения размеров.

Исследуем влияние изменения параметров R и n на производительность устройства. В существующем модификаторе скорость нанесения удара по ленте v ≈ 70 м/с при радиусе барабана R = 0,35 м и угловой скорости вращения
ω = 200 c-1. Производительность устройства напрямую зависит от частоты нанесения ударов по ленте. С этой точки зрения предпочтительным является трехбильный барабан, т. к. за один оборот он наносит в 1,5 раза больше ударов, чем двухбильный. Однако выше было показано, что радиус такого барабана должен подчиняться условию 0,421 м £ R £ 0,501 м. Следовательно, для сохранения скорости нанесения удара необходимо его угловую скорость (ω = v / R) принять равной:

при R=0,421 м ω = 166,3 c-1,

при R=0,501 м ω = 139,7 c-1.

Отсюда следует, что трехбильный барабан нанесет с той же скоростью соответственно в 1,25 и 1,05 раза больше ударов, чем двухбильный. А значит, можно повысить производительность устройства, увеличив скорость подачи ленты во столько же раз.

Еще одним положительным моментом является то, что уменьшение частоты вращения барабана позволяет уменьшить вибрацию, уровень шума и нагрузку на подшипники.

К негативным последствиям увеличения радиуса барабана следует отнести рост габаритов устройства. Но для модификатора с вертикальным расположением рабочих органов это не существенно, поскольку площадь, занимаемая им, возрастает незначительно. Кроме того, будет происходить некоторое увеличение металлоемкости конструкции за счет возрастания массы кожуха. Увеличения массы барабанов можно избежать, как показано в работе [3].

Рассмотрим второй путь – уменьшение размеров. В этом случае число бил должно быть n ≤ 2, при этом радиус барабана должен быть выбран из интервала 0,212 м £ R £ 0,247 м
(см. рис. 2). Тогда для сохранения скорости нанесения удара угловая скорость барабана должна быть:

при R = 0,212 м ω = 330,2 c-1,

при R = 0,247 м ω = 283,4 c-1.

Отсюда следует, что двухбильный барабан с уменьшенным радиусом нанесет соответственно в 1,65 и 1,42 раза больше ударов, чем существующий, что приведет к значительному повышению производительности устройства.

Представляет интерес исследование конструкции барабана с одной бильной планкой, т. к. в этом случае ширина рабочей зоны определяется только длиной бильной планки и диаметром диска, на котором она закреплена.

Выводы

Рост производительности устройства без изменения длины получаемого волокна может быть достигнут за счет:

1)  увеличения габаритов устройства при числе бильных планок n = 3;

2)  уменьшения габаритов путем применения бильных планок с измененным профилем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разин для штапелирования лубяного волокна в ленте : патент на изобретение РФ № 2 МКИ D 01 G 1/00, 37/00. / , . – Опубл. 27.03.01 ; Бюл. № 9.

2. Разин основы совершенствования механической модификации льна / , . – Кострома : Изд-во КГТУ, 2005. – 156 с.

3. Разин движения подвижной бильной планки / , , // Материалы 59-й межд. науч.-практич. конф. «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». – Т. 4. – Кострома : Изд-во Костром. гос. сельскохоз. академии, 2008. – С. 157–159.

Influence of main geometric parameters of modification unit on its getting product productivity and quality has been examined in this article. The conditions that can help to achieve productivity growth without fibre quality have been established.

Words: flax fibre modification, beater drums, fibre sliver, working zone.

S. N. Rasin, T. Yu. Smirnova

ANALYSIS OF EQUIPMENT IMPROVEMENT POSSIBLE TRENDS

FOR SLIVER FLAX FIBRE MODIFICATION