Экспериментальные и теоретические исследования процесса гребнечесания льняных и льнополипропиленовых лент

На кафедре «ПНХВ» УО «ВГТУ» разработаны технологии производства льняной и льнополипропиленовой пряжи с использованием процесса гребнечесания сухим способом. Из короткого льняного волокна по разработанной технологии получают пряжу линейной плотности 110-142текс, а льнополипропиленовую - 86-110текс. Гребнечесание является одним из важнейших процессов в разработанной технологии. Процесс гребнечесания короткого льноволокна и льнополипропиленовой смеси осуществляется на модернизированной гребнечесальной машине «Текстима» модели 1605, предназначенной для шерсти. Проведенная оптимизация параметров работы машины и установка гарнитуры для льна позволили вырабатывать качественную гребенную ленты не только из льняных волокон, но и из льнополипропиленовой смеси.

В таблицах 1 и 2 приведены физико-механические показатели льняных и льнополипропиленовых лент до и после гребнечесания.

Эффективность очистки гребенной льнополипропиленовой ленты в сравнении с чистольняной в среднем ниже в 1,5 раза. Это объясняется наличием полипропиленового волокна, которое более тонкое, извитое и цепкое, чем льняное. Сорные примеси и костра труднее вычесываются из льнополипропиленовой смеси.

Таблица 1 - Физико-механические показатели льняных лент до и после гребнечесания

Наименование показателя	Значение показателя
	До гребнечесания	После гребнечесания	Норма по СТП-ОЛК-02-2003г для гребенной ленты
Линейная плотность, ктекс	16,6	14,0	I сорт 14±0,7
Неровнота по линейной плотности, %	2,7	3,5	I сорт не более 6,5%
Содержание костры, %	2,3	0,4	I сорт не более 1%

Таблица 2 - Физико-механические показатели льнополипропиленовых лент до и после гребнечесания

Наименование показателя	Значение показателя
	До гребнечесания	После гребнечесания	Норма по СТП-ОЛК-02-2003г для гребенной ленты
Линейная плотность, ктекс	16,6	13,5	I сорт 14±0,7
Неровнота по линейной плотности, %	4,3	5	I сорт не более 6,5%
Содержание костры, %	2,5	0,6	I сорт не более 1%

При обработке короткого льняного волокна на гребнечесальной машине фирмы «Текстима» модели 1605 выход гребенного очеса составляет 24-30% от волокна, поступающего в гребнечесание, а при чесании льнополипропиленовой смеси - 2428%. Содержание полипропиленовых волокон в очесе - 4-6%. Исследование очеса льнополипропиленовой смеси показало, что полипропиленовое волокно вычесывается в виде мушек, которые образуются на чесальной машине. Распрямленных полипропиленовых волокон в очесе практически нет.

В результате проведенных теоретических и практических исследований процесса гребнечесания короткого льняного волокна на гребнечесальной машине «Текстима» модели 1605 были разработаны теоретические вероятностные модели, позволяющие прогнозировать рассортировку льняных волокон в процессе гребнечесания и определять количество гребенного очеса с учетом разрыва и дробления волокна, а также распределения волокон по их длине в питающем продукте и основных заправочных параметров гребнечесальной машины (длины питания и разводки между отделительным зажимом и нижней губкой тисков). Согласно предложенным теоретическим моделям, процесс рассортировки волокон осуществляется на 5-ти участках (интервалах), которые представлены ниже: Г 1) 0 < L < L c -М- 1 п ;

• 2)    L c -M-l n < L < L c -М;

J 3) L c -M < L < L^;

• 4)    L c -l n < L < L c ;

• 5)    L c < L < L Max;

где L_c - зона рассортировки волокон по их длине, мм; 1_п - длина питания, мм; L - длина волокна, мм; М – расстояние между нижней губкой тисков и линией опускания верхнего гребня, мм; L мах - максимальная длина волокна, мм.

w 2 (L)– дифференциальный закон распределения волокон по длине в гребенной ленте с учетом вероятности разрыва и дробления льняного волокна, определяющийся на 5 интервалах находятся следующим образом:

для 1-го интервала:

wU L ) = -1 • ^ln l _п

L c

— —

L c ^{— — — 1} п

L мах

I

L c ^{— 1} п

w1( 1) • Р'(1)d 1

Для 2-го интервала :

wf (L) = y- • ln L lп

c

L

L мах

— J  w1( 1) • Р'(1) d 1.

L c ^{— 1} п

III

Для 3-го интервала: w ₂ = 0 .

Для 4-го интервала:

w IV (L ) = (1 — P' ( L )) • w i ( L) +

L — Lc + 1 п

In

L c — —

M

—

n

L + L_c — —

I

L

— 1

w 1 ( 1 ) P' ( 1 ) d 1 +

L + L c — —

+I

L + L c — — — 1

In L—— w 1 ( 1 ) P' ( 1 ) d 1

]

Для 5-го интервала:

w V ( L) = (1 — P ‘ ( L)) • w i ( L ) +

L _— M min ⁽ L max

In----- ^c-----------

L c — — — 1 n

L + L c — — — 1

I

L

)

w 1 ( 1 ) P' ( 1 ) d 1 +

, L + L c — — )

I

— — — 1 n

In ^L ₁ _ — w 1 ( 1 ) P ' ( 1 ) d 1

]

где w- i (L) - ДЗРВД в гребенной ленте без учета разрыва и дробления волокон; L_c — зона рассортировки волокон по их длине, мм ; 1 п — длина питания, мм; L -длина волокна, мм; М —расстояние между нижней губкой тисков и линией опускания верхнего гребня, мм; Р'(1) и P'(L) - вероятность дробления и разрыва короткого льняного волокна в процессе гребнечесания в зависимости от длины волокна, которая находится по формуле (5):

P' (L ) = Pi (A)+ P2 (B) — Pi (A )• P2 (B),                  (5)

где P i (A) - вероятность разрыва волокон по длине с учетом коэффициента вычесывания; Р₂(В) - вероятность дробления волокон.

Установлено, что вероятность дробления короткого льняного волокна №6 на гребнечесальной машине составляет 0,2 – 0,4, а вероятность разрыва волокон от 0 до 0,7.

Количество льняного очеса определяется по следующей формуле:

L max

K = J Lw ( L yL--( L 0 w 2 ( L 0 ) + L max w 2 ( L max ) + 2 ^ Lw 2 ( L ) ) , (6) 0 2

где L 0 – длина волокна, мм; L max – максимальная длина волокна, мм; L i – i-тая длина волокна, мм

В среде «Microsoft Excel» создан алгоритм для автоматизации расчета вероятностных моделей рассортировки льняных волокон и количества очеса. Для прогнозирования рассортировки волокон на гребнечесальной машине был проведен анализ распределения волокон по классам длины льняной и льнополипропиленовой лент до гребнечесания.

В таблице 3 представлены исходные данные для прогнозирования рассортировки льняной и льнополипропиленовой лент.

Таблица 3 - Исходные данные для прогнозирования рассортировки льняной ленты

Исходные данные		для льняной	для льнополипропиленовой
Вероятность разрыва по длине	A C A )	0,5	0,7
Вероятность дробления	P 2 ( B )	0,2	0,2
Шаг	h	1	1
Зона сортировки (разводка), мм	L c	32,5	32
Длина питания, мм	ℓ п	7,37	6,9
Расстояние между нижней губкой тисков и линией опускания верхнего гребня	M	12	10
Максимальная длина волокна, мм	L max	410	350

Результаты прогнозирования рассортировки волокон представлены в таблице 4 и на рисунках 1 и 2.

Таблица 4 - Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных значений количества очёса

Наименование показателя	Значения, полученные в результате эксперимента	Теоретические значения, полученные при моделировании на ЭВМ
		без учета разрыва и дробления волокон	с учетом разрыва волокон	с учетом дробления и разрыва волокон
Количество очёса, %: - для льняных лент - для льнополипропиленовых лент	32,0 24	30,40 1,38	29,02 15,35	32,77 21,25

Разность между теоретическими и практическими данными составляет для чистого льна - 2,4%, для льнополипропиленовой смеси (полипропилен 27%) - 11,5 %. Наличие в смеси полипропилена снижает точность результатов прогнозирования гребнечесания, поэтому использование разработанных теоретических моделей для прогнозирования результатов гребнечесания льнополипропиленовой смеси рекомендуется при вложении полипропилена не более 10%.

Рисунок 1 – Функции распределения льняных волокон по длине до и после гребнечесания

^ 30

экспериментальная функ ция до гребнечесания теоретическая функция после гребнечесания ^^^^ ^^^™ экспериментальная функ ция после гребнечесания

0      50      100     150     200     250     300     350     400

мм

Рисунок 2 – Функции распределения льняных волокон по длине до и после гребнечесания

Согласно компьютерному моделированию функции распределения волокон по длине в гребенной ленте, количество волокон с длиной от 1мм до 20мм (в зависимости от вероятности дробления) составляет 33 - 55% . Это явление связано с разрывом и дроблением волокна, сорных примесей в процессе гребнечесания. В интервал данной длины попадают оторванные и раздробленные концы волокон, невычесанные раздробленные сорные примеси и костра, которые попадают в прочёс, а затем удаляются при формировании и укладки гребенной ленты в таз. При попадании в гребенную ленту включения такого размера, как правило, считаются пылью и сорными примесями и при ручном промере волокон не учитываются.

ВЫВОДЫ

• 1.    В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований разработаны теоретические вероятностные модели, позволяющие прогнозировать рассортировку льняных волокон в процессе гребнечесания и количество гребенного очеса.

• 2.    Исследования показали, что теоретические модели могут использоваться для прогнозирования результатов гребнечесания льнополипропиленовой смеси (при наличии полипропилена не более 10%).

• 3.    Разработан алгоритм в среде «Microsoft Excel» для автоматизации расчета вероятностных моделей рассортировки льняных волокон и определения количества очеса в процессе гребнечесания.