ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Лобов Олександр Олександрович

УДК 677.021.11.83

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ТІПАННЯ ЛЬОНУ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ВІБРАЦІЙНИХ ДІЙ

05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор

Валько Микола Іванович,

Херсонський національний технічний університет,

завідувач кафедри технічної хімії та харчових технологій.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Дідух Володимир Федорович, Луцький державний технічний університет, директор навчально-науково-виробничого інституту неперервного навчання;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Гілязетдінов Рубіль Нуртдінович, Інститут луб’яних культур Української академії аграрних наук, завідувач відділу механізації, збирання і технології переробки.

Захист відбудеться "31" жовтня 2007 року о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 у Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий "28" вересня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради |

О.П. Сумська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Постановою Кабінету Міністрів України № 162 від 11 лютого 2004 року затверджена Державна програма розвитку легкої промисловості на період 2005-2011 рр. Ця програма спрямована на вирішення основних проблем, що виникли в галузі, а саме: на задоволення потреб населення у високоякісних товарах легкої промисловості вітчизняного виробництва, підвищення рівня зайнятості населення, стабілізацію виробництва, поліпшення фінансового стану підприємств. До найбільш серйозних проблем вітчизняної текстильної промисловості на даний час можна віднести відсутність доступної вітчизняної сировини, якість якої відповідає вимогам міжнародних стандартів.

Актуальність теми. Довге лляне волокно – один з найбільш цінних видів сировини, що використовуються в легкій промисловості, тому удосконалення технології виділення його з рослинної сировини є головним завданням льонопереробної галузі. Метою первинної переробки лляної сировини є вилучення волокна зі стебел у вигляді паралелізованих пасом. При цьому волокно повинне бути максимально очищене від деревини та неволокнистих домішок, а кількість волокна, що попадає у відходи тіпання, повинна бути мінімальною.

Однак при існуючій вітчизняній технології первинної переробки основна маса волокна попадає у відходи тіпання й надалі використовується для виробництва менш цінного короткого волокна. Тому дослідження спрямовані на збільшення виходу довгого волокна, особливо актуальні для технології первинної переробки лубоволокнистих матеріалів. Крім того, довге тіпане волокно, вироблене на вітчизняних льонозаводах, найчастіше є надмірно закостриченим і не відповідає вимогам текстильної промисловості. Отже, робота, спрямована на підвищення ефективності очищення волокна від костриці та неволокнистих домішок, також є актуальною для льонопереробної галузі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень є складовою частиною науково-дослідних робіт, що проводяться кафедрою переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету за темою: “Розробка ресурсозберігаючих технологій первинної переробки льону та конопель для створення екологічно чистих товарів народного вжитку”, номер державної реєстрації 0199U001229, протокол № 2 від 04.11.1998 р. та за темою: “Ресурсозберігаючі та енергозберігаючі технології комплексної переробки луб’яних культур”, номер державної реєстрації 0107U006817 від 24.07.2007 р.

Особистий внесок автора полягає в удосконаленні технології механічної обробки льону, зокрема в пропозиції використання вібраційних дій під час тіпання, що сприяє інтенсифікації очищення волокна від костриці та підвищенню виходу довгого лляного волокна.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є розробка та створення способу інтенсифікації процесу тіпання, що забезпечує ефективне очищення волокна від костриці та неволокнистих домішок і підвищення виходу довгого волокна.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

- здійснити аналіз факторів, які обумовлюють обривність волокна під час тіпання, що призводить до збільшення кількості відходів тіпання і зменшення виходу довгого волокна;

- дослідити механізми відділення костриці від волокна та видалення неволокнистих домішок із шару матеріалу в процесі його тіпання;

- критично проаналізувати конструктивні особливості тіпальних машин різних марок і виявити їх основні недоліки;

- визначити фактори, за рахунок яких можливо інтенсифікувати процес очищення волокна від костриці і неволокнистих домішок;

- створити лабораторну установку для проведення експериментальних досліджень процесу тіпання з використанням вібраційних дій;

- визначити оптимальні параметри вібраційних дій на шар лляного сирцю під час його тіпання;

- вивчити вплив вібраційних дій на ступінь очищення й обривність лляного волокна в процесі тіпання;

- виконати порівняльний аналіз традиційного процесу тіпання та процесу тіпання з використанням вібраційних дій;

- здійснити техніко-економічну оцінку ефективності розробленої технології тіпання льону з використанням вібраційних дій.

Об'єкт дослідження – процес тіпання лляного сирцю з використанням вібраційних дій.

Предмет дослідження – сирець льону.

Методи дослідження. Завдання, поставлені в роботі, вирішувалися за допомогою сучасних методів теоретичних і експериментальних досліджень.

Аналіз характеру накладання коливань у пасмі натягнутого лляного сирцю під дією вібрації та посилюваного ним ефекту видалення костриці здійснено аналітичними методами з використанням програм Maple 9,0 і MATLAB 6,5.

Оцінка якості лляної трести й одержуваного волокна виконувалася за допомогою загальноприйнятих методик відповідно до ГОСТ 2975-73 “Треста льняная”, ГОСТ 24383-89 “Треста льняная. Требования при заготовках”, ДСТУ 4149:2003 “Треста лляна. Технічні умови” і ДСТУ 4015-2001 “Лён трёпаный. Технические условия”.

Оптимальні режими вібраційних дій визначалися експериментальними методами з використанням лабораторної установки.

Порівняльний аналіз традиційного процесу тіпання та процесу тіпання з вібраційними діями здійснювався з використанням лабораторної установки.

Результати експериментальних досліджень оброблялися із застосуванням методів математичної статистики за допомогою програм Maple 9,0 та Microsoft Excel (office XP).

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше розроблено новий спосіб тіпання з використанням вібраційних дій на сирець льону, який передбачає інтенсифікацію процесу обробки довгого волокна;

- на основі теоретичних досліджень визначено характер накладання поперечних коливань у шарі сирцю під дією вібрації, що сприяє інтенсифікації обробки лляного сирцю в процесі тіпання;

- встановлено фактори, що підвищують вихід волокна і зменшують його закостриченість під час тіпання з використанням вібраційних дій порівняно з традиційною технологією тіпання: частота та амплітуда вібрації, термін обробки, товщина шару оброблюваного матеріалу;

- на основі методів математичної статистики і математичного планування визначено оптимальні параметри процесу обробки сирцю в процесі тіпання з використанням вібраційних дій.

Практичне значення одержаних результатів. Використання розробленого способу тіпання лляного сирцю із застосуванням вібраційних дій дозволяє підвищити вихід довгого тіпаного лляного волокна і зменшити відсотковий вміст недоробки у волокні. Розроблений спосіб також дозволяє збільшити номер волокна шляхом підвищення його якісних характеристик, зокрема гнучкості. Даний спосіб захищено патентом України на корисну модель № 18341 від 15 листопада 2006 року.

Результати проведених досліджень апробовано на ВАТ “Льонокомбінат Старосамбірський” Львівської області (акт впровадження від 15.04.2007 р.). Під час виробничих випробувань із трести № 1,0 отримано довге тіпане волокно № 12.

Економічний ефект від впровадження нової технології становить 334,15 грн. у розрахунку на тонну перероблюваної трести.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно сформулював і обґрунтував завдання досліджень, критично проаналізував існуючі технології одержання довгого тіпаного лляного волокна з використанням науково-технічної літератури. Автор здійснив теоретичні дослідження процесу тіпання лляного сирцю і визначив подальші напрямки експериментальних досліджень. Здобувач виконав лабораторні дослідження з визначення впливу вібраційних дій на сирець льону, а також дослідження з визначення виходу та якості волокна, отриманого в процесі тіпання з використанням вібраційних дій. Автор здійснив порівняльний аналіз традиційного процесу тіпання та процесу тіпання з використанням вібраційних дій.

У наукових працях, опублікованих зі співавторами, здобувачу належить постановка завдань, проведення експериментальних досліджень, аналіз і наукове обґрунтування результатів та формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи було представлено й обговорено:

- на науково-технічних конференціях молодих вчених “Проблеми і перспективи в селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробці та стандартизації луб’яних культур”, м. Глухів, 2004-2007 рр.;

- на науково-технічній конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості України”, м. Херсон, 2004 р.;

- на науково-технічній конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості України”, м. Херсон, 2005 р.;

- на У міжнародній науково-практичній конференції “Наука и образование-2007”, м. Дніпропетровськ, 2007 р.;

- на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Херсонського національного технічного університету, м. Херсон, 2004-2007 рр.;

- на засіданнях кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, м. Херсон, 2004-2007 рр.;

- на науково-технічних семінарах в Інституті землеробства південного регіону УААН, м. Херсон, 2006-2007 рр.

Публікації за темою дисертації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 5 публікаціях, у тому числі статей у провідних наукових виданнях України – 2, патентів України – 1, тез доповідей на конференціях – 2.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із загальної характеристики роботи, 5 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Дисертацію викладено на 158 сторінках машинописного тексту, вона містить 41 рисунок, 24 таблиці та 4 додатки. Список використаних джерел охоплює 123 найменування, із них 5 зарубіжних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання досліджень, розкрито наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об’єкти та методи досліджень.

У першому розділі подано стислий огляд літератури за темою дисертаційної роботи та визначено напрямки нових досліджень. У результаті аналізу наукової, патентної та технічної літератури і промислового досвіду визначено причини, які обумовлюють втрати довгого волокна на всіх етапах первинної переробки лубоволокнистих матеріалів. Встановлено фактори, що спричиняють підвищену обривність волокна під час тіпання сирцю льону і засміченість його кострицею та іншими неволокнистими домішками. Розглянуто конструктивні особливості вітчизняного і закордонного обладнання, що застосовуються в процесі тіпання лляної трести, виявлено їх основані недоліки. Здійснено критичний аналіз сучасних досліджень і пропозицій з удосконалення технологічного процесу тіпання лубоволокнистих матеріалів. Встановлено, що головною проблемою, яку неможливо вирішити при застосуванні будь-якої з відомих на цей час технологій механічної обробки лляної сировини є незадовільне співвідношення: якість волокна – вихід довгого волокна – продуктивність м’яльно-тіпального агрегату.

Це свідчить, що наукові дослідження з розробки нового способу інтенсифікації процесу тіпання сирцю льону із застосуванням вібраційних дій, спрямовані на підвищення ступеня очищення волокна від костриці та неволокнистих домішок і збільшення виходу довгого волокна, є актуальними.

Виходячи з вищевикладеного, сформульовано мету роботи і визначено напрямки досліджень.

У другому розділі викладено основні методи досліджень. Розділ містить інформацію про методику визначення якості вхідної сировини – лляної трести – й одержуваного продукту – тіпаного волокна льону. Подано також стислу характеристику приладів і обладнання, використаних під час досліджень. Довжину стебел лляної трести та вихід довгого волокна визначали за ГОСТ 2975-73 “Треста льняная”, ГОСТ 24383-89 “Треста льняная. Требования при заготовках”, ДСТУ 4149:2003 “Треста лляна. Технічні умови”, а масову частку недоробки, розривне навантаження та гнучкість одержаного тіпаного волокна – згідно з ДСТУ 4015-2001 “Лён трёпаный. Технические условия”.

У підрозділі 2.2 наведено опис об’єкта досліджень – процесу тіпання лляного сирцю з використанням вібраційних дій та передбачуваних ефектів, обумовлених цими діями.

При огинанні шаром сирцю льону закругленої крайки била тіпального барабану костриця може частково відокремлюватися від волокна під дією сил інерції. В зв’язку з цим було розглянуто можливість створення в шарі матеріалу сил інерції, що виникають під час коливань, з метою забезпечення повного відділення костриці від волокна (рис. 1).

Рис. 1. Сили, що діють на елемент костриці під час поперечних коливань волокна

Як видно з рис. 1, у даному випадку сили інерції, що можуть сприяти видаленню костриці, спрямовані практично перпендикулярно силам натягу волокна і не повинні призводити до додаткових обривів волокна. Крім того, застосування вібраційних дій під час тіпання сирцю льону матиме багато переваг, основні з яких охарактеризовано нижче.

По-перше, поперечні коливання шару матеріалу під дією вібрації створять інерційні впливи, що сприяють видаленню вже відділеної від волокна костриці, яка знаходиться в шарі матеріалу. Це, у свою чергу, спричинятиме збільшення швидкості очищення волокна. Слабко зв’язана з волокном костриця також може бути відділена під дією цих сил інерції.

По-друге, застосування вібраційних дій дозволить збільшити швидкість огинання шаром матеріалу робочої крайки за допомогою поздовжніх коливань шару. У результаті цього сили інерції, що відділяють кострицю, зміняться пропорційно квадрату зміни кутової швидкості обертання барабана. При досить високих частотах обертання і малих амплітудах коливання збільшення сил натягу волокна, викликане зростанням сил тертя у фазі збільшення швидкості руху сирцю відносно бильної планки, може компенсуватися у фазі зменшення відносної швидкості значним падінням сил тертя.

По-третє, вібрація змінює характер сил тертя і полегшує обробку ділянок трести з присушистою кострицею, що важко відділяється. При цьому збільшиться імовірність прослизання костриці по крайці без обриву волокна. Оскільки в процесі тіпання великі комплекси технічного волокна розділяються на більш дрібні, залишиться можливість того, що костриця буде відділена під час подальшої обробки або обірветься з меншим комплексом волокна.

Вібрація також сприяє руйнуванню костриці. Завдяки цьому полегшується відділення волокна від костриці під дією сил тертя й інерції та зменшується імовірність обриву.

Застосування вібрації за певних умов може створити корисний резонанс у оброблюваному матеріалі на ділянках, що знаходяться між точкою передачі вібрації і точкою дотику пасма льону до робочої крайки била. Це дозволить збільшити амплітуди поперечних коливань матеріалу в десятки разів при витраті тієї ж енергії на вібрацію. Максимальні прискорення і, отже, сили інерції, що відділяють кострицю в процесі вібрації, зростуть пропорційно зростанню амплітуди коливань. Для цього необхідно вибрати оптимальний діапазон частот вібрації або створити вібрацію з накладанням спектра частот, що дозволить також створювати резонанси в окремих волокнах. Ці волокна, у свою чергу, можуть впливати на сусідні ділянки шару лляного сирцю. Таким чином, процес очищення волокна від костриці істотно прискориться.

Крім того, поперечні коливання в натягнутому сирці сприятимуть перемішуванню оброблюваного матеріалу по всій товщині шару. Це дозволить більш рівномірно обробляти волокно і позитивно вплине на якість одержуваної продукції.

Для обробки результатів експериментальних досліджень впливу застосування вібраційних дій під час тіпання на вихід і фізико-механічні показники довгого лляного волокна застосовано методи математичної статистики.

У третьому розділі наведено результати теоретичних досліджень за темою дисертації. З метою визначення впливу вібрації на шар лляного сирцю було досліджено умови, за яких у шарі натягнутого матеріалу при застосуванні вібраційних дій відбувається накладення коливань і виникає резонанс. Графічне відображення зростання амплітуди коливань натягнутого пасма при збігу частот власних і вимушених коливань за певний проміжок часу без урахування сил опору середовища та матеріалу пасма подано на рис. 2.

Рис 2. Накладення коливань у натягнутому пасмі при збігу частот власних і коливань, що змушують

У підрозділі 3.2 наведено результати визначення залежності сил інерції, що виникають під час поперечних коливань пасма лляного сирцю і діють на окремий елемент костриці, від частоти й амплітуди коливань:

, (1)

, (2)

, (3)

де mk – маса елемента костриці, кг;

А – амплітуда поперечних коливань сирцю, м;

t - час, с;

– кутова частота коливань, рад/с.

Кутову частоту коливань розраховують за формулою:

,

де – частота вібрації, Гц.

Аналізуючи вищенаведені залежності, можна зробити висновок, що сили інерції, які виникають під час поперечних коливань натягнутого пасма лляного сирцю, будуть змінюватися прямо пропорційно зміні амплітуд вібрації та квадрата їх кутових частот.

У підрозділі 3.3 було досліджено зміни відносної швидкості огинання пасмом лляного сирцю робочої крайки била тіпального барабана, обумовлені поздовжніми коливаннями пасма під дією вібрації:

Мінімальна швидкість огинання пасмом сирцю робочої крайки била тіпального барабана визначається за формулою:

, (4)

де vк – швидкість руху робочої крайки, м/с;

vв max – максимальна швидкість поздовжніх компонент вібрації, м/с, які дорівнюють:

(5)

(6)

де R – радіус тіпальних барабанів, м;

n – частота обертання тіпальних барабанів, об/хв;

А – амплітуда поперечних коливань, м.

Максимальна швидкість огинання пасмом сирцю робочої крайки била тіпального барабана визначається за формулою:

, (7)

Максимальне прискорення в елементі пасма на крайці у фазі збільшення відносної швидкості при огибании пасмом крайки буде дорівнює:

(8)

де r- радіус закруглення робочої крайки, м.

Подовження волокна при зачепленні об крайку за час напівперіоду коливання буде дорівнює:

(9)

На основі аналізу рівняння Ейлера для гнучкої нитки у підрозділі 3.5 було зроблено висновок, що сили тертя волокна об робочу крайку била тіпального барабана будуть змінюватися під дією вібрації внаслідок зміни кута обхвату крайки пасмом лляного сирцю.

Таким чином, під час теоретичних досліджень впливу вібраційних дій на сирець льону було визначено фактори, за рахунок яких можливо інтенсифікувати процес очищення волокна від костриці та інших не волокнистих домішок.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень з вивчення дії вібрації на сирець льону в натягнутому стані, а також впливу параметрів вібраційних дій на відсоток виходу і ступінь очищення довгого лляного волокна від костриці в процесі тіпання.

У результаті аналізу даних експериментальних досліджень з вивчення впливу вібраційних дій на сирець льону в натягнутому стані було зроблено такі висновки:

- костриця може відокремлюватися від волокна і видалятися із шару лляного сирцю під дією вібрації, причому чим вище параметри вібрації, тим інтенсивніше видаляється костриця;

- вібраційні коливання в шарі сирцю можуть накладатися, внаслідок чого збільшується амплітуда вібраційних коливань, а отже, зростає й інтенсивність вібрації;

- зростання інтенсивності коливань шару сприяє підвищенню ступеня очищення сирцю льону від костриці;

- вібрація сирцю змінює характер сил його тертя об робочі органи тіпальних машин, що позитивно впливає на показник виходу довгого волокна.

Ґрунтуючись на результатах досліджень, було здійснено повний факторний аналіз впливу параметрів вібраційних дій під час тіпання сирцю льону на вихід довгого волокна у1 і масову частку недоробки в одержуваному волокні у2. Проведений у розділі 3 теоретичний аналіз дозволив визначити змінні фактори, що мають найбільший вплив на якісні показники довгого лляного волокна та інтервали їх варіювання:

X1 – частота вібрації , змінюється в діапазоні від 50 до 100 Гц;

X2 – амплітуда вібрації А, змінюється в діапазоні від 0,2 до 1 мм.;

X3 – час обробки t, змінюється в діапазоні від 12 до 20 с;

X4 – маса наважки m, змінюється в діапазоні від 1 до 3 г.

За результатами факторного аналізу було отримано нижченаведені рівняння регресії.

1. Вихід довгого волокна:

y1 = | 19,8 + 0,388x1 + 0,444x2 - 0,194x3- 0,056x4-0,169x1x2 + 0,044x1x3 + 0,031x1x4 + 0,031x2x3 + 0,019x3x4 - 0,006x1x2x3 - 0,019x1x2x4 - 0,006x1x3x4 + 0,006x2x3x4 - 0,006x1x2x3x4 |

(10)

Після переходу до натуральных значень рівняння набуло вигляду:

Y1 = | 19,7 + 0,002x1 + 0,483x2 - 0,14x3 - 0,075x4 - 0,005x1x2 + 0,001x1x3 + 0,001x1x4 + 0,099x2x3 - 0,041x2x4 - 0,006x3x4 - 0,001x1x2x3 + 0,01x2x3x |

(11)

2. Масова частка недоробки:

y2 = | 9,75 - 2,00x1 - 2,56x2 - 1,61x3+ 0,331x4 - 0,352x1x2 - 0,056x1x3 - 0,043x1x4 - 0,213x2x3 + 0,009x2x4 - 0,013x3x4 + 0,222x1x2x3 + 0,059x1x2x4 - 0,063x1x3x4 + 0,063x2x3x4 + 0,064x1x2x3x4 |

(12)

Після переходу до натуральных значень рівняння набуло вигляду:

Y2 = | 9,75 - 0,03x1 + 1,46x2 - 0,263x3- 1,02x4 - 0,09x1x2 + 0,001x1x3 + 0,014x1x4 + 0,283x2x3 + 1,43x2x4 - 0,009x3x4 - 0,003x1x2x3 - 0,013x1x2x4 - 0,001x1x3x4 + 0,107x2x3x4 + 0,001x1x2x3x4 |

(13)

Аналіз рівнянь 10-13 свідчить, що найбільший вплив як на вихід довгого волокна, так і на масову частку недоробки в отриманому волокні мають параметри вібрації – частота й амплітуда. Значний вплив на показники якості довгого лляного волокна має час обробки, тому що від нього прямо залежить кількість дій, отриманих матеріалом, як вібраційних, так і робочих органів тіпальної машини. Маса наважки, від якої залежить товщина оброблюваного шару лляного сирцю, також істотно впливає і на вихід волокна, і на ступінь його очищення від неволокнистих домішок.

Під час подальших експериментальних досліджень було більш докладно проаналізовано вплив на якісні показники волокна кожного з вищенаведених параметрів обробки при фіксованих (незмінних) значеннях інших параметрів. На підставі експериментальних даних було визначено оптимальні параметри обробки сирцю льону на лабораторній установці: частота н = 74 Гц, амплітуда вібрації А = 0,001 м, час обробки t = 20 с, діапазон мас наважок трести m – від 1 до 3 г.

У п’ятому розділі наведено результати порівняльного аналізу традиційного процесу тіпання та процесу тіпання із застосуванням вібраційних дій. Для цього здійснювалося визначення показників якості довгого лляного волокна (виходу волокна, масової частки недоробки, розривного навантаження та гнучкості), отриманого за розробленим у даній дисертаційній роботі способом тіпання з використанням вібраційних дій і одержаного згідно з загальноприйнятою технологією тіпання. За результатами досліджень було побудовано графічні залежності (рис. 3-6).

Рис. 3. Графік залежності виходу довгого волокна від маси наважки оброблюваної трести:

1 – тіпання із застосуванням вібраційних дій;

2 – тіпання за традиційною технологією.

Рівняння залежності виходу довгого волокна від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні з використанням вібраційних дій має вигляд:

B1 = 20,310 + 0,124 x – 0,014 x2 (14)

Рівняння залежності виходу довгого волокна від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні без вібраційних дій має вигляд:

B2 = 19,050 + 0,109 x – 0,01 x2 (15)

Аналіз графіків, наведених на рис. 3, свідчить, що при значному збільшенні маси наважки, а отже, і товщини шару сирцю вихід довгого волокна при тріпанні із застосування вібраційних дій знижується набагато інтенсивніше, ніж під час тіпання за традиційною технологією. У той же час при масі наважки трести від 1 до 9 г вихід довгого волокна вище при тіпанні з використанням вібрації. Тому, щоб віддати перевагу одному з двох способів тіпання, необхідно визначити ступінь закостриченості волокна тобто масову частку недоробки, та фізико-механічні показники волокна.

Рис. 4. Графік залежності масової частки недоробки від маси наважки оброблюваної трести:

1 – тіпання із застосуванням вібраційних дій;

2 – тіпання за традиційною технологією.

Рівняння залежності масової частки недоробки від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні з використанням вібраційних дій має вигляд:

H1 = 0,704 – 0,042 x2+ 1,412 x (16)

Рівняння залежності масової частки недоробки від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні без вібраційних дій має вигляд:

H2 = 6,918 – 0,033 x2+ 2,547 x (17)

З графіків, наведених на рис. 4, видно, що масова частка недоробки при традиційному процесі тіпання значно вище і збільшується набагато інтенсивніше із зростанням товщини шару сирцю, ніж під час тіпання з використанням вібраційних дій. Це пояснюється тим, що під впливом вібрації окремі комплекси волокна краще перемішуються по товщині шару і попадають під дію робочих органів тіпальної машини. Крім того, коливання шару оброблюваного матеріалу додатково видаляють кострицю із шару.

Важливим показником якості отриманого волокна є гнучкість. Чим вище гнучкість волокна, тим тонше, мякше і міцніше може бути виготовлена з нього пряжа. З метою виявлення впливу на цей показник різних способів тіпання було проведено досліди з визначення гнучкості волокна, отриманого тіпанням з використанням вібраційних дій і без вібраційних дій. За результатами експерименту було побудовано графічні залежності (рис. 5).

Рис. 5. Графік залежності гнучкості волокна від маси наважки оброблюваної трести:

1 – тіпання із застосуванням вібраційних дій;

2 – тіпання за традиційною технологією.

Рівняння залежності гнучкості волокна від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні з використанням вібраційних дій має вигляд:

Г1 = 70,978 – 0,470 x – 0,031 x2 (18)

Рівняння залежності гнучкості волокна від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні без вібраційних дій має вигляд:

Г2 = 47,684 – 1,698 x + 0,044 x2 (19)

З графіків, наведених на рис. 5, видно, що гнучкість волокна при тіпання із застосуванням вібраційних дій значно вище, ніж при традиційному процесі тіпання. Це можна пояснити тим, що волокна під час обробки піддаються тисячам вібраційних дій, що дозволяє комплексам технічних волокон розділятися на більш дрібні. На деяких ділянках окремих волокон під дією вібрації також можуть виникати короткочасні резонанси, що буде значно прискорювати поділ волокнистих комплексів. Крім того, волокна, у яких виникли резонанси, можуть впливати на сусідні, тим самим сприяючи їх відділенню від великих комплексів технічного волокна.

Ще одним важливим показником якості волокна є його розривне навантаження. Воно безпосередньо впливає на міцність пряжі, що виготовляється з волокна. Міцність волокна багато в чому залежить від якості вихідної трести. Але, крім того, на міцність одержуваного волокна значною мірою впливають і режими механічної обробки, тому що в ході її волокно може бути ушкоджено. Отже, для більш повного виявлення впливу вібраційних дій під час тіпання на якість волокна було здійснено порівняльні експерименти з визначення розривного навантаження волокна, одержуваного в процесі тіпання з використанням вібраційних дій і при традиційному процесі тіпання. Графічне відображення залежності міцності волокна від маси наважки оброблюваної трести наведено на рис. 6.

Рівняння залежності розривного навантаження волокна від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні з використанням вібраційних дій має вигляд:

Р1 = 27,094 + 0,013 х + 0,02 х2 (20)

Рівняння залежності розривного навантаження волокна від маси наважки оброблюваної трести при тіпанні без вібраційних дій має вигляд:

Р2 =28,437 – 0,802 х + 0,021 х2 (21)

Рис. 6. Графік залежності розривного навантаження волокна від маси наважки оброблюваної трести:

1 – тіпання із застосуванням вібраційних дій;

2 – тіпання за традиційною технологією.

Аналіз графіків, наведених на рис. 6, свідчить, що при невисоких значеннях маси наважки, а отже і товщини шару сирцю льону, показники розривного навантаження волокна практично не відрізняються при різних способах тіпання. Саме ці значення, як установлено попередніми експериментами, і є оптимальними як для процесу тіпання з використанням вібраційних дій, так і для традиційного процесу тіпання. При збільшенні товщини шару оброблюваної трести розривне навантаження волокна під час тіпання за загальноприйнятою технологією різко знижується, а при тіпанні із застосуванням вібраційних дій майже не змінюється. Це свідчить про переваги способу тіпання, запропонованого в даній дисертаційній роботі.

Для доведення доцільності використання в процесі тіпання вібраційних дій було здійснено контрольний експеримент, що показав відмінності показників виходу, масової частки недоробки, гнучкості та розривного навантаження волокна, отриманого при застосуванні традиційної технології тіпання і нового способу тіпання з вібраційними діями.

Результати експерименту наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Якісні показники волокна

Тіпання із застосуванням вібраційних дій

№ досліду | маса трести, г | маса волокна, г | маса незако-стриченого волокна, г | вихід довгого волокна, % | вихід незако-стриченого волокна, % | мсова частка недоробки, % | гнучкість волокна, мм | розривне навантаження, даН | 1 | 1,450 | 0,300 | 0,290 | 20,697 | 20,000 | 3,333 | 71 | 26 | 2 | 1,770 | 0,360 | 0,350 | 20,339 | 19,774 | 2,778 | 3 | 1,920 | 0,390 | 0,370 | 20,313 | 19,271 | 5,128 | сер. | 1,713 | 0,350 | 0,337 | 20,447 | 19,682 | 3,746 | Тіпання без вібраційних дій

№ досліду | маса трести, г | маса волокна, г | маса незако-стриченого волокна, г | вихід довгого волокна, % | вихід незако-стриченого волокна, % | мсова частка недоробки, % | гнучкість волокна, мм | розривне навантаження, даН | 1 | 1,540 | 0,300 | 0,2700 | 19,480 | 17,532 | 10,000 | 43 | 27 | 2 | 1,600 | 0,310 | 0,280 | 19,380 | 17,500 | 9,677 | 3 | 1,880 | 0,306 | 0,320 | 19,150 | 17,021 | 11,111 | сер. | 1,673 | 0,323 | 0,290 | 19,330 | 17,351 | 10,263 |

За результатами дослідження згідно з ДСТУ 4015-2001 було визначено номер волокна.

Для волокна, отриманого тіпанням з використанням вібраційних дій, сумарний показник якості дорівнює 325, що відповідає номеру 13.

Для волокна, отриманого тіпанням без вібраційних дій сумарний показник якості дорівнює 280, що відповідає номеру 11.

На підставі експериментальних даних за показниками якості та виходу довгого волокна було здійснено розрахунок економічної ефективності використання вібраційних дій в процесі тіпання. Визначено, що очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованого в роботі способу тіпання становить 334,15 грн. на тонну оброблюваної трести.

Апробація результатів досліджень у виробничих умовах на ВАТ “Льонокомбінат Старосамбірський” підтвердила основні теоретичні й експериментальні положення, викладені в даній дисертаційній роботі.

ВИСНОВКИ

1. Розроблено новий спосіб одержання довгого волокна льону шляхом обробки сирцю тіпанням з використанням вібраційних дій. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено, що застосування нового способу тіпання підвищує вихід волокна і покращує його фізико-механічні характеристики.

2. Теоретично визначено фактори, за допомогою яких можливо здійснювати регулювання процесу тіпання із застосуванням вібраційних дій: частота та амплітуда вібрації, термін обробки, товщина шару оброблюваного матеріалу.

3. Встановлено вплив параметрів вібраційних дій на сили інерції, що виникають при поперечних коливаннях шару лляного сирцю і сприяють видаленню костриці та інших неволокнистих домішок із оброблюваного матеріалу.

4. Вперше розроблено експериментальну установку, на якій здійснено дослідження процесу тіпання сирцю льону із застосуванням вібраційних дій, що підтвердили результати теоретичних досліджень.

5. Експериментально досліджено процес відділення костриці від волокна при накладанні амплітуд власних і створених дією вібрації поперечних коливань шару лляного сирцю. Встановлено, що при виникненні в шарі лляного сирцю резонансу значно збільшується кількість костриці, яка видаляється з шару оброблюваного матеріалу.

6. Доведено, що застосування запропонованого способу тіпання сирцю льону з використанням вібраційних дій сприяє підвищенню виходу та якісних показників довгого волокна порівняно з традиційною технологією. Визначено оптимальні параметри механічної обробки лляного сирцю із застосуванням вібраційних дій.

7. Економічно обґрунтовано доцільність використання вібраційних дій у процесі тіпання. Визначено, що очікуваний економічний ефект від впровадження нового способу тіпання становить 334,15 грн. на тонну оброблюваної трести.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лобов О.О., Валько М.І. Вплив якості лляної трести на прядильні властивості волокна // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. – 2004. – № 1 (8). – С. 288. Дисертанту належить аналіз впливу якості лляної трести на фізико-механічні показники волокна.

2. Лобов А.А., Валько Н.И. Анализ усилий, возникающих в пряди льняного волокна при ее трепании // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. – 2005. – № 1 (10). С. 268-269. Дисертанту належить дослідження факторів, що впливають на очищення від костриці та обривність довгого волокна в процесі тіпання та формулювання перспективних напрямків досліджень процесу тіпання.

3. Лобов О.О., Валько М.І., Русанов С.А. Перспективи введення вібраційних дій у процес тіпання льону // Легка промисловість. – 2006. – № 3. – С. 48. Дисертанту належить проведення експериментальних досліджень, аналіз їх результатів та обґрунтування доцільності застосування вібраційних дій в процесі тіпання лляного сирцю.

4. Пат. 18341 U Україна, МПК 01В1/00. Спосіб отримання довгого лляного волокна / М.І. Валько, О.О. Лобов; Заявл. 03.04.06; Опубл. 15.05.06, Бюл. № 11. – 6 с.

5. Валько П.М., Лобов О.О., Богданова О.Ф. Удосконалення системи оцінювання лляної сировини // Наука и образование-2007: Матеріали V міжнародної науково-практичної конференції (3-15 січня 2007 р.). – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2007. – Т. 3. – С. 22-26. Дисертанту належить аналіз якісних показників довгого лляного волокна.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для удосконалення процесу тіпання з метою підвищення виходу волокна і його якісних показників рекомендується використовувати вібраційні дії на сирець льону. Для реалізації даної пропозиції на льонопереробних підприємствах рекомендовано впровадити такі заходи:

- здійснювати вібрацій дію на натягнуте пасмо лляного сирцю на ділянці між транспортувальним ременем і рухомою крайкою тіпального барабана;

- визначити оптимальні частоти вібрації для конкретної сукупності параметрів обробки і використовуваної сировини;

- використовувати вібраційні дії на сирець льону в кожній секції тіпальної машини;

- залежно від можливостей підприємства і використовуваного устаткування застосовувати електромагнітні вібропристрої.

АНОТАЦІЯ

Лобов О.О. Удосконалення процесу тіпання із застосуванням вібраційних дій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва. – Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2007.

Дисертація містить теоретичні й експериментальні дослідження процесу тіпання з використанням вібраційних дій на сирець льону.

У дисертаційній роботі проаналізовано вплив вібраційних дій на очищення сирцю льону від костриці та інших неволокнистих домішок в процесі його тіпання. В результаті обробки лляного сирцю тіпанням з використанням вібраційних дій поліпшилися якісні показники волокна: вихід довгого волокна збільшився на 1-1,5 %, масова частка недоробки зменшилася в 2-3 рази, а також значно збільшилася гнучкість отриманого волокна, що дозволило оцінити його на 2 номери вище.

На підставі експериментальних даних за показниками якості та виходу волокна було здійснено розрахунок економічної ефективності використання вібраційних дій в процесі тіпання. Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованого в дисертаційній роботі способу тіпання становить 334,15 грн. на тонну оброблюваної трести.

Ключові слова: лляна треста, довге лляне волокно, тіпання, вібрація, коливання, вихід довгого волокна, масова частка недоробки, розривне навантаження, гнучкість.

АННОТАЦИЯ

Лобов А.А. Совершенствование процесса трепания с использованием вибрационных воздействий. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.03 – первичная обработка и хранение продуктов растениеводства. – Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2007.

Диссертация содержит теоретические и экспериментальные исследования процесса трепания с использованием вибрационных воздействий на сырец льна.

Представлен сжатый обзор литературы по теме диссертационной работы и определены направления дальнейших исследований. В результате анализа научной, патентной и технической литературы, а также промышленного опыта определены причины, которые обуславливают потери длинного волокна на всех этапах первичной переработки лубоволокнистых материалов. Установлены факторы, вызывающие повышенную обрывность волокна во время трепания сырца льна и засоренность его кострой и другими неволоконистыми примесями. Рассмотрены конструктивные особенности отечественного и зарубежного оборудования, применяющегося в процессе трепания льняного сырца, выявлены их основные недостатки. Осуществлен критический анализ современных исследований и предложений по усовершенствованию технологического процесса трепания лубоволокнистих материалов. Установлено, что главной проблемой, которую невозможно решить при применении любой из известных в настоящее время технологий механической обработки льняного сырья, является неудовлетворительное соотношение: качество волокна – выход длинного волокна – производительность мяльно-трепального агрегата. Несовершенство существующих технологий приводит к значительным потерям наиболее ценного продукта первичной переработки льна – длинного льняного волокна. Поэтому работа, направленная на совершенствование процесса трепания, в настоящее время актуальна для льноперерабатывающей отрасли.

В диссертационной работе проанализировано влияние вибрационных воздействий на очистку сырца льна от костры и неволокнистых примесей в процессе его трепания.

В результате проведенных исследований установлено, что при продольных колебаниях пряди натянутого сырца, создаваемых вибрационными воздействиями, из сырца удаляется часть костры. Чем интенсивнее параметры вибрации, тем больше костры удаляется из сырца при его колебаниях. Вибрационные колебания в слое сырца могут накладываться, вследствие чего увеличивается амплитуда вибрационных колебаний, а следовательно, увеличивается и интенсивность вибрации. Экспериментальные и теоретические исследования показали, что колебания сырца изменяют характер сил его трения о рабочие органы. Это положительно сказывается на выходе длинного волокна.

Экспериментальные исследования показали, что наибольшее влияние, как на выход волокна, так и на массовую долю недоработки в волокне, полученном трепанием с использованием вибрационных воздействий, оказывают параметры вибрации – частота и амплитуда. Значительное влияние имеет время обработки, так как от него прямо зависит полученное материалом количество воздействий, как вибрационных, так и рабочих органов. Масса навески, от которой зависит толщина обрабатываемого слоя сырца, в исследованном диапазоне также оказывает заметное влияние и на выход длинного волокна, и на степень его очистки.

При проведении последующих экспериментальных исследований было более детально проанализировано влияние на качественные показатели волокна каждого из вышеприведенных параметров обработки при фиксированных значениях остальных параметров. На основании экспериментальных данных были определены оптимальные параметры обработки для лабораторной установки и используемого сырья: частота н =74 Гц, амплитуда вибрации А = 0,001 м, время обработки t = 20 с, диапазон масс навесок тресты m – от 1