Основные теоретические предпосылки

В существующих системах прядения при переработке натураль­ных, искусственных и химических волокон в пряжу основной задачей технологического процесса является получение равномерной по структу­ре и свойствам ленты, ровницы и пряжи путем сложения и вытягивания.

Целью сложения является выравнивание продукта по толщине, цве­ту, составу волокон. Сложение позволяет производить дополнительные повторные вытягивания с целью лучшего распрямления и параллелизации волокон.

Целью вытягивания является утонение продукта, сопровождаемое распрямлением и параллелизацией волокон.

Отношение длины продукта после вытягивания к длине продукта до вытягивания называется вытяжкой, которая показывает, во сколько раз произошло удлинение.

Число сложений и вытягиваний определяется планом прядения и за­висит от качества, свойств и номера получаемой пряжи.

Простейшим видом вытяжного прибора, состоящего из питающего и выпускного органов (рис. 2.1), являются два цилиндра 1 и 2 и два ва­лика 3 и 4, накладываемых на цилиндры. Для обеспечения надлежаще­го зажима волокна верхние валики должны быть прижаты к цилинд­рам. Силой прижима служит либо сила тяжести валиков, либо сила, создаваемая специальным нагрузочным приспособлением.

Рис. 2.1 – Схема вытяжного прибора:

1 и 2 – вытяжные цилиндры;

3 и 4 – нажимные валики

 

Продукт, поступающий в первую (заднюю) пару, под действием нагрузки Q верхнего валика деформируется, из круглого превращается в плоский и уплотняется посередине, образуя на участке АВ поле сил трения, характеризуемое кривой АСВ. На диаграмме по оси ординат от­ложены напряжения Р_т поля сил трения (средняя сила трения на 1 мм длины волокна), а по оси абсцисс – длина поля сил трения.

Рассмотрим основные показатели, влияющие на поле сил трения. При увеличении давления Q (а значит и удельного давления – нагруз­ки на единицу длины цилиндра) на валик уплотнение волокон уве­личивается, поле сил трения удлиняется, напряжение поля сил трения увеличивается (рис. 2.2, кривые 1 и 2).

При увеличении диаметров цилиндра и валика увеличивается поверхность соприкосновения пары с волокном, увеличивается длина и уменьшается напряжение поля сил трения (кривые 1 и 1' на рис. 2.2).

Если номер продукта понижается, то диаметр его увеличивается, увеличивается и поверхность соприкосновения цилиндрической пары с волокном. При этом напряжение поля сил трения уменьшается, а длина поля сил трения увеличивается (кривые 1 и 1' на рис. 2.2).

В зависимости от жесткости эластичного покрытия изменяется деформация валика и длина поля сил трения. При увеличении деформации поверхности валика длина поля сил трения увеличивается, на­пряжение уменьшается.

При металлических валиках, которые не деформируются, нормаль­ное давление от середины к краям резко уменьшается, крайние волокна продукта не испытывают давления. Поэтому чаще всего применяются валики с эластичным покрытием, обеспечивающим больший охват зажатого продукта и более плавное изменение силы зажатия от середины к краю.

Установлено, что волокна по виду движения в вытяжном приборе можно разделить на две группы: контролируемые и неконтролируемые (плавающие) волокна.

Контролируемыми называются волокна, длина которых равна или больше разводки цилиндров (разводка – расстояние между осями ци­линдров вытяжной пары). Контролируемая группа волокон все время находится в зажиме той или иной пары цилиндров, их движение как бы контролируется парами.

Неконтролируемыми, или плавающими, называются такие волокна, длина которых меньше разводки. По выходе из зажима задней пары, до момента захвата последующей передней парой, волокна будут нахо­диться между зажимами вытяжной пары вне контроля вытяжных орга­нов. Скорость их движения зависит от скорости тех волокон, которые ок­ружают плавающие волокна и непосредственно с ними соприкасаются.

Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, наилучшим является такое движение, при котором вес волокна (кон­тролируемые и плавающие) движутся со скоростью заднего цилиндра до момента, когда их передние концы достигнут линии зажима перед­него цилиндра. После этого момента волокна движутся со скоростью, равной окружной скорости переднего цилиндра.

Для обеспечения такого движения необходимо, чтобы передняя пара по линии зажима одновременно захватывала все передние концы воло­кон, достигших линии зажима. При этом основным условием правиль­ности работы вытяжного прибора является устойчивость линии зажи­ма, сохранение постоянства поля сил трения. Линия зажима должна возможно ближе подходить к плоскости, проходящей через оси цилиндра и валика. Наиболее устойчива линия зажима при меньших диаметрах цилиндра и валика и большей жесткости эластичного покрытия.

Особое внимание должно быть обращено при проектировании вытяжного прибора на получе­ние наибольшей вытяжки.

При движении волокон в вытяжном поле между ними возни­кают силы трения и сцепления. Для того чтобы вытянуть волокно из движущейся массы, необхо­димо приложить силу, которая называется силой вытягивания.

Знание величины силы вытягивания позволит правильно по­дойти к кинематическому расче­ту передачи вытяжного прибора и к силовому расчету передачи и цилиндров и определить необходимые нагрузки на валики.

Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что сила вытягивания увеличивается с уменьшением разводки вытяжного прибора, с увеличением давления на продукт, с увеличением максимальной длины волокна, с увеличением числа волокон в сечении входящего продукта, с увеличением цепкости и коэффициента трения между волокнами и с ухудшением распрямленности волокна.

Как показывают исследования, при увеличении вытяжки (при по­стоянном номере продукта) силы вытягивания возрастают до опреде­ленного предела, а затем падают и асимптотически приближаются к нулю (рис. 2.3).

Объясняется это тем, что в первой стадии вытягивания до определенного предела отсутствуют сдвиги волокон, действительно го вытягивания нет, а есть распрямление волокон и небольшое их удли­нение. Кривая на этом участке аналогична кривой «удлинение – на­грузка». Далее, когда наступает сдвиг волокон, т.е. действительная вытяжка, кривая будет падать. Увеличение вытяжки приводит к умень­шению количества вытягиваемых волокон; сила сцепления между во­локнами будет уменьшаться. Будет уменьшаться и сила вытягивания

 

Рисунок 2.3 – Зависимость сил вытягивания от вытяжки

 

Сила вытягивания, как функция вытяжки, определяется по формуле

где – средняя поверхность единицы длины волокна;

– коэффициент трения;

– коэффициент пропорциональности, характеризующий пло­щадь истинного контакта вытягиваемых волокон;

– удельное давление на волокно;

– количество волокон в питающей паре;

– расстояние между линиями зажима;

Е – вытяжка.

При постоянной длине волокна и разводке, равной длине волокна, сила вытягивания

Создавая вытяжные приборы с повышенной мощностью вытягивания, необходимо стремиться к снижению неровноты продукта путем улучшения контроля за волокнами в процессе вытягивания. Главнейшей причиной появления неровноты от вытягивания является неопределенность движения плавающих (неконтролируемых) волокон в вытяжном приборе.

Исследования показывают, что неровнота готового полуфабриката или пряжи увеличивается из-за неудовлетворительной распрямленности волокон в готовом продукте и из-за неровноты исходного продукта.

В существующих конструкциях вытяжных приборов коэффициент распрямленности волокон обеспечивается порядка 0,82–0,84, а посту­пающая лента имеет коэффициент распрямленности 0,5–0,55.

При проектировании вытяжных приборов конструктору необходимо обратить внимание не только на контроль за движением волокон, но и на возможность увеличения распрямленности волокон [5, c. 231-234].