Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розробка ресурсозберігаючої технології переробки низькосортного короткого льняного волокна

05.18.03 - первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

ЛИТВИН ЗІНОВІЙ ЛЬВОВИЧ

Херсон - 2000

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник

кандидат технічних наук, доцент, Валько Микола Іванович, Херсонський державний технічний університет, доцент кафедри виробництва натуральних волокон

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор, Скорченко Анатолій Федорович, державне підприємство "Льоноконоплепром", м. Київ, генеральний директор;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Синельникова Валентина Іванівна, Український науково-дослідний Інститут текстильної промисловості, м. Київ, директор інституту

Провідна установа

Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедра технології зберігання та переробки продуктів рослинництва, м. Київ

Захист відбудеться " 27 " червня 2000 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д67.052.02 в Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету м. Херсон, Бериславське шосе, 24

Автореферат розісланий " 26 " травня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В сучасних умовах одним із головних завдань льняної галузі є підвищення якості льоноволокна, яке може бути використано не тільки для одержання високоякісної текстильної продукції за традиційною технологією, але й для виробництва змішаних бавовнольняних виробів, вати, тощо. Первинна обробка волокон льону пов'язана з труднощами, зумовленими структурою та властивостями самої сировини. Лише якісна обробка льняного волокна, що передбачає в першу чергу максимальне виділення рослинних неволокнистих домішок і подрібнення волокнистих пучків, може забезпечити його використання для виробництва різноманітних продуктів широкого вжитку.

За існуючою технологією первинної обробки нормативний вихід довгих волокон із трести №1,0 дорівнює близько 10 %, при їх загальному вмісті 20 - 25% у стеблах льону. Деяким підприємствам удається підвищити показник загального виходу волокон до 28 - 29%, проте фактичний вихід довгого волокна при цьому дорівнює лише 6,5 - 9,5% і різко зростає вміст дуже засмічених коротких волокон. Лише частина коротких волокон номерів 4, 6 знаходить застосування для виготовлення технічних тканин і кручених виробів. Решта, через високий ступінь засміченості кострицею, не знаходить належного застосування. Так, використання волокна №3 обмежується виготовленням кручених або нетканих виробів, а волокно №2 взагалі використовується нераціонально - як клоччя у будівництві. Щороку на льонозаводах України утворюється близько 30 тисяч тонн таких низькосортних волокон. Таким чином, лише 25 - 33 % довгого тіпаного волокна використовується для виготовлення доброякісного прядива. Проте, в Україні є всі можливості для організації ефективної переробки цієї низькосортної льняної сировини.

Застосування існуючої нині технології первинної переробки сировини враховує потреби лише льонокомбінатів. В той же час на основі глибокого очищення, штапелювання та подрібнення низькосортної сировини може бути створена ресурсозберігаюча технологія виробництва високоякісного волокна, яке надалі буде направлятися на виробництво целюлози, прядива, вати, тощо. Досягти цього можливо за рахунок модернізації устаткування існуючої системи обробки відходів тіпання.

Проблема повного очищення низькосортного короткого волокна льону до цього часу не вирішена. Сучасна технологія первинної обробки льону є недосконалою та енергоємною. Тому проведення досліджень, скорегованих на збільшення кількості доброякісного волокна з льоносировини при зменшенні енерговитрат на технологічні цілі є необхідним. Таким чином, пошук та розробка нових технологічних рішень, вдосконалення й оптимізація технологічних процесів обробки низькосортної сировини на обладнанні льонозаводів із метою очищення льняного волокна від неволокнистих домішок при збереженні його фізико-механічних властивостей є актуальною проблемою в сучасних умовах.

Великі втрати льняного волокна спостерігаються при застосуванні досить жорстких режимів обробки і повторних пропусканнях волокна через м'яльно-тіпальний агрегат (МТА) і куделеприготувальний агрегат (КПА) із метою зменшення вмісту неволокнистих домішок. В даній роботі вирішені питання удосконалення технології обробки низькосортного льняного волокна з метою запобігання втрат натуральних волокон у вторинних відходах виробництва. Доведена можливість переробки льоносировини без додаткового підсушування, що сприяє збереженню паливно-енергетичних ресурсів льонозаводів.

Вищезгадані завдання, які вирішуються в даній дисертаційній роботі, узгоджуються також із Державною програмою розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року, якою передбачено здійснити ряд організаційно - технічних заходів щодо організації виробництва котонізованого льняного волокна для виробництва текстильних матеріалів із метою зменшення імпорту бавовни.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності із завданням, передбаченим Державною програмою розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року, постановою Кабінету Міністрів України від 22 квітня 1997 р. за № 378 "Про заходи щодо стабілізації та збільшення обсягів виробництва льоно - та коноплепродукції", планом науково-дослідних робіт Міністерства освіти України та рішенням експертної ради згідно протоколу №2 від 25.12.96 р., державною програмою Міністерства науки України відповідно наказу №102 від 23.04.97 р. і тематичними планами кафедри виробництва натуральних волокон Херсонського державного технічного університету.

Мета та завдання досліджень. Проблема одержання високоякісного льняного волокна з низькосортної сировини потребує доопрацювання підготовчих операцій у технології переробки короткого льняного волокна. Такими операціями є знепилення, очищення волокна від смітних домішок, розпушення та його штапелювання. Сучасна вітчизняна технологія поглибленої переробки короткого волокна знаходиться на стадії наукових досліджень, а та, що впроваджена на окремих льонозаводах недосконала, має велику матеріало - і енергоємність. При впровадженні багаторазових повторних обробок низькосортного короткого льняного волокна на відомих куделеприготувальних агрегатах не досягається високий ступінь його очищення та розпушення. Тому основною метою дисертаційної роботи є розробка ресурсозберігаючої технології і конструктивне доопрацювання робочих органів машин і агрегатів для повного знепилення, очищення, розпушення та штапелювання низькосортного короткого льняного волокна з подальшим використанням його в різних галузях промислового виробництва.

Для досягнення поставленої мети вирішені такі завдання:

виявлені та обґрунтовані основні чинники, що впливають на процес видалення смітних домішок із короткого льняного волокна;

на основі регресивного аналізу визначено вплив типу сировини на параметри обробки її на куделеприготувальних агрегатах і на допоміжному обладнанні;

теоретично обґрунтована та досліджена можливість конструктивного переоснащення куделеприготувальних агрегатів із метою підвищення якості льняного волокна;

розроблена оптимальна технологічна схема переробки вихідної сировини і проведена її перевірка в умовах виробництва;

сконструйована дослідна різальна машина гільйотинного типу для одержання волокон установленої довжини, придатних для застосування в текстильній, фармацевтичній та целюлозно-паперовій галузях промисловості;

проаналізовані різні способи штапелювання очищеної від костриці льняної стрічки;

рекомендовано оптимальний спосіб штапелювання залежно від якості волокон, виділених із різних типів льняної трести;

розроблені рекомендації щодо використання очищених та штапельних коротких льняних волокон у різних галузях промислового виробництва.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше запропонована удосконалена технологія переробки низькосортного льняного волокна з повним знепиленням його, розпушенням та штапелюванням, придатного для виготовлення високоякісних товарів широкого вжитку, прядива та тканин побутового призначення. За цією технологією штапелювання льоносировини здійснюється без застосування імпортного обладнання, що значно скорочує валютні витрати. Розроблена математична модель удосконаленого технологічного процесу, яка дозволяє прогнозувати кінцеві якісні показники короткого льняного волокна залежно від основних чинників процесу переробки. Запропоновано пакет прикладних програм для обробки результатів технологічного процесу приготування льоноволокна, розроблені алгоритми обчислення показників якості волокна. Базуючись на матеріалах досліджень встановлено, що залежно від довжини волокон, отриманих за удосконаленою технологією, знаходиться придатність одержаних волокон до застосування в різних галузях промислового виробництва: текстильній, фармацевтичній, целюлозно-паперовій, тощо.

Практичне значення та реалізація одержаних результатів. Розроблені й впроваджені конструктивні доробки окремих вузлів куделеприготувальних агрегатів та ланцюжки додаткового обладнання для знепилення, розпушення та штапелювання низькосортного льняного волокна, які забезпечують отримання високоякісної сировини для різноманітних виробництв. Для створення волокон встановленої довжини сконструйована різальна машина гільйотинного типу, проста і економічна в експлуатації, яка була включена в технологічну лінію виробництва високоякісного короткого волокна. Удосконалені лінії технологічного обладнання встановлені на Старосамбірському льонокомбінаті Львівської області (акт виробничих випробувань № 1 від 22.12.97 р., акт №2 від 24.07.98 р. і акт впровадження від 31.08.98 р.). Удосконалення устаткування для переробки низькосортної сировини дозволяє зменшити закостриченість короткого волокна на 6-10% проти показників, передбачених стандартами і цим значно покращити його якісні показники, такі як номер, розщепленість, міцність, тощо. Економічний ефект від впровадження запропонованої технології становить 1,2 млн гривень на рік.

Виробничі випробування результатів досліджень протягом 1997 - 2000 років пройшли на Луцькому меланжевому комбінаті "Волтекс", Дубровицькій бавовнопрядивній фабриці "Дубротекс", Тернопільському ВАТ "Текстерно", Чернігівському камвольному комбінаті "Чексіл", а також на Черкаській фабриці гігроскопічної вати "Ватфарм".

Особистий внесок здобувача. Особисто автором виконано весь комплекс наукових експериментів, наведених у дисертаційній роботі, здійснено обґрунтування наукових результатів, аналіз та критичне вивчення науково - технічної інформації, впровадження рекомендацій у виробництво. За його ініціативою проведені виробничі випробування запропонованої технології і надані практичні рекомендації по обробці льняного волокна у відповідності до систем прядіння та інших способів використання волокна.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи та окремі розділи роботи доповідались і схвалені на:

щорічних розширених засіданнях кафедри виробництва натуральних волокон Херсонського державного технічного університету в 1996 - 2000 роках;

засіданні технічної ради інженерних працівників ВАТ "Текстерно" (м. Тернопіль), 1999 р.;

засіданні технічної ради інженерних та наукових працівників Українського науково-дослідного інституту текстильної промисловості (м. Київ) 1998 р.;

засіданні технічної ради інженерних працівників Луцького меланжевого комбінату "Волтекс" (м. Луцьк) 1997 р.;

засіданні технічної ради інженерних працівників ВАТ "Дубротекс" (м. Дубровиця) 1999 р.;

засіданні технічної ради інженерних працівників ВАТ "Чексіл" (м. Чернігів) 1998 р.;

науково-теоретичній конференції співробітників науково-дослідного Інституту Землеробства Західних регіонів (м. Львів) 1998 р.;

засіданні технічної ради інженерних працівників державного підприємства по виробництву, заготівлі й переробці льону та конопель "Льоноконоплепром" 1998 р.

Публікації. Основні положення дисертації викладені в семи наукових працях: три опубліковані в наукових журналах, чотири - у збірниках наукових праць.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку літературних джерел і додатків. Дисертація викладена на 142 сторінках машинописного тексту, містить 22 таблиці, 49 рисунків, включає перелік літератури з 105 найменувань в тому числі іноземними мовами 5. У додатках представлені акти виробничих випробувань, акт впровадження та таблиці допоміжних даних.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання досліджень, показані наукова новизна і практичне значення роботи.

РОЗДІЛ 1

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ Й ВИБІР НАПРЯМКІВ НОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

У першому розділі здійснено огляд наукових досліджень та подано сучасний стан проблеми комплексного використання текстильної сировини рослинного походження. Розглянуті сучасні схеми переробки льняної сировини низької якості і відомі способи поглибленого очищення та подрібнення льняних волокон. Визначено загальні технології переробки льняного волокна залежно від умов його використання. Проаналізовані технологічні лінії знепилення відходів тіпання, очищення волокна, розпушення та його штапелювання, які впроваджені відомими фірмами Laroche, Temafa, Befama, Rolando-Biella та іншими.

Окремо розглянуто актуальні питання щодо зниження енерговитрат в процесах куделеприготування та можливості підвищення ступеня очищення льоноволокна за рахунок зміни схеми технологічного процесу переробки відходів тіпання. Доведено, що для підвищення очисної здатності технологічного устаткування поряд з вибором оптимальних параметрів його експлуатації, важливе значення має модернізація робочих органів. В результаті сформульована мета та зроблено вибір напрямків досліджень.

РОЗДІЛ 2

ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА ТА ОСНОВНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

У другому розділі, що складається з шести підрозділів, викладено основні методи досліджень. У першому підрозділі подана характеристика об'єктів досліджень - використаної у дисертаційній роботі сировини: льоносоломи і трести та готової продукції. У другому підрозділі розглянуто загальну методику і основні методи визначення показників якості короткого льняного волокна - засміченості неволокнистими домішками, розщепленості і номера. У роботі використані результати традиційних однофакторних експериментів, що дозволило провести первинний відбір всіх чинників процесу механічної обробки сировини. В подальшій роботі використані методи математичного планування експерименту із застосуванням головних чинників, що впливають на якість готової продукції. Встановлені головні сировинні та технологічні параметри, що суттєво впливають на ступінь подрібнення і очищення низькосортного льняного волокна. У третьому підрозділі приведено методики визначення якісних показників трести, відходів тіпання та короткого волокна і наведена характеристика використаних приладів та експериментальної техніки. У четвертому підрозділі дана характеристика показників якості короткого льняного волокна.

Визначення якісних показників низькосортного льняного волокна та готової продукції проводили у відповідності до вимог державних стандартів до такої продукції. Результати експериментів оброблено відповідно до методів сучасної математичної статистики.

У п'ятому та шостому підрозділах наведені експериментальні дослідження процесів очищення, знепилення і штапелювання коротких льняних волокон. Наведені чотири технологічні схеми обробки короткого льняного волокна, які характеризуються різними параметрами обробки. Перша схема відповідає за параметрами традиційній технології обробки. Друга схема відрізняється оптимізацією основних параметрів. Третя схема має в технологічній лінії модернізований КПА і дослідну тіпальну машину. Четверта схема включає удосконалений КПА і обробка короткого волокна здійснюється за оптимальними параметрами. Перевірка впливу різних чинників на процес знепилення, очистки, розпушення та штапелювання здійснювалася за чотирма схемами проведення процесу.

РОЗДІЛ 3

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

У третьому розділі проведено теоретичний аналіз знепилення, очищення і розпушення короткого льняного волокна. Для оцінки якості роботи КПА запропоновано застосовувати показники закостриченості (К) та вмісту неволокнистих домішок (Вк) у волокні. У випадку, коли вміст неволокнистих домішок визначається в торгівельних операціях, для характеристики партії волокна або для розрахунків при заготівлі зручніше застосовувати показник Вк - вміст костриці. Наочність характеристики партії волокна у цьому випадку незаперечна. В усіх інших випадках краще застосовувати і навіть необхідно користуватись показником закостриченості. До таких випадків слід віднести контролювання технологічного процесу обробки сировини та науково-дослідні роботи. Як відмічалося раніше, переважна більшість у складі неволокнистих домішок належить саме костриці. Лише незначну частину займають мінеральні домішки: пісок, глина, грунт та органічні залишки рослинних тканин. Тому часто показниками Вк та К позначають загальний вміст неволокнистих домішок. Якщо слід виділити поняття лише смітних домішок, без костриці, то необхідно застосовувати термін засміченість.

Широке застосування показника К в технології первинної переробки льону пов'язане з тим, що подача відходів тіпання від МТА до КПА проводиться системою пневмотранспорту. Для встановлення маси відходів (М) необхідно зупиняти роботу агрегатів і роз'єднати систему пневмотранспорту. Це вносить значні складнощі для досліджень. Тому зручніше користуватися показником закостриченості, для визначення якого достатньо показників маси короткого волокна (М - m) та маси костриці (m).

В даній роботі ставилось завдання перевірити характер формування та якісний склад технологічних відходів, що утворюються при переробці їх на дослідній тіпальній машині у складі КПА за умови переробки відходів тіпання з різної сировини. В дослідженнях було перевірено вплив якості недолежаної, доброякісної та перележаної трести на характер формування складової частини відходів. Як свідчать результати аналізів, тенденція більш прискореного зростання вмісту волокна над кількістю костриці у складі технологічних відходів зберігається і для льняного волокна. Пояснюється це тим, що сировина являє собою технічні волокна, які на всьому протязі обробки продовжують дробитися і відокремлювати короткі елементарні волокна. Зміни якісного складу відходів після обробки їх на дослідній тіпальній машині можуть бути описані квадратичною функцією типу: У = а + bx + cx² + …

В роботі проаналізовані показники вмісту технологічних відходів після обробки їх на дослідній тіпальній машині КПА і зазначена недоцільність застосування жорстких режимів обробки, які провокують різке зростання кількості технологічних відходів. Втрати льняного волокна у цих відходах переважають над кількістю видалених смітних домішок.

Процес очищення відходів можна вважати недоцільним, якщо у відходи потрапляє більше ніж мінімально допустима кількість волокна, що має бути направлена на вторинне очищення. Тому в роботі здійснена модернізація робочих органів КПА: проведена заміна трьох пар тіпальних барабанів лише одним барабаном значно більшого діаметра і змінена форма його робочих органів.

На рис.1 наведено середній вміст волокон у технологічних відходах залежно від первинного вмісту домішок. Це ще раз доводить доцільність видалення смітних домішок саме на стадії первинного очищення. Зменшення кількості волокон, що потрапляють у відходи, дозволяє реалізувати значні резерви цінної сировини. На кожному наступному технологічному переході все важче видалити залишки смітних домішок, тому бажаного результату досягають жорстким режимом обробки та більшими втратами волокна.

Таким чином, теоретично доведено, що застосування жорстких режимів обробки короткого льняного волокна на куделеприготувальних агрегатах провокує різке зростання втрат льняного волокна внаслідок його подрібнення. Якість очищення короткого волокна може бути поліпшена не за рахунок посилення механічних дій на оброблюваний матеріал, а за рахунок модернізації робочих органів КПА, зміною отворів колосників, заміною трьох пар тіпальних барабанів одним з новою формою робочої поверхні.

У підрозділі 3.2 наведені результати теоретичних досліджень штапелювання та вирівнювання по довжині коротких льняних волокон. Довжину льняного волокна, отриманого різанням та контрольованим розривом можливо визначити теоретично з достатньою точністю, що суттєво дешевше проведення експериментальних досліджень. За допомогою теорії штапелювання може бути встановлена математична залежність середньої довжини, коефіцієнт варіації по довжині, вміст пуху та волокон необхідної довжини від параметрів підготовчого процесу та якості вихідної сировини. Але теорія процесу штапелювання текстильної сировини розроблена виключно для штучних волокон, що можуть бути перероблені у чистому вигляді або в суміші з натуральними волокнами. В даній роботі зроблено припущення, що деякі положення цієї теорії можуть бути використані для аналізу штапелювання коротких льняних волокон.

Штапелювання волокнистої стрічки способом неконтрольованого розриву в роботі здійснювалося з допомогою дослідної розривної машини двома парами циліндрів, що оберталися з різними коловими швидкостями. Встановлено, що чим більше відстань між сусідніми парами (R), тим більше середня довжина волокон, що утворюються, але тим більше й різниця по довжині волокон у штапелі, тобто більше їх нерівність.

З метою поліпшення роботи витягувальних приладів штапелюючих машин рекомендується використовувати не одну, а декілька зон розриву. Це дозволяє встановити в задніх зонах витягування збільшені розміри R та переробляти льняну стрічку більшої товщини.

Штапелювання стрічки волокон способом контрольованого розриву проводилося з використанням надсікаючого валу, пластини якого впливали на попередньо натягнуті волокна. Таке розривання волокон відбувалося при меншому їх натягуванні, що забезпечило отримання стрічки з волокон довжиною, максимально близькою до розрахункової, при менших змінах фізико-механічних властивостей волокон. Для штапелювання способом контрольованого розриву використовували стрічкорізальну машину. Льняні штапельні волокна заданої довжини різання (Lшт) отримані внаслідок співпадання розрізів, виконаних двома суміжними спіралями. Кількість різаних волокон стрічки при кожному проході спіралей ножового валу можна встановити попередньо залежно від вимог до властивостей штапельної стрічки. Довжина решти волокон складає від 2 L шт до (і + 1) L шт, залежно від кількості співпадань порізів (i) при n проходах спіралей ножового валу. Отже вірогідність появи штапельних льняних волокон заданої довжини (L шт) у сформованій штапельній стрічці можливо визначити за схемою М. Бернуллі для біноміального розподілу.

Вміст льняних волокон довжиною Lшт впливає на якість утвореної волокнистої стрічки, зокрема на її рівність в поперечному перерізі. Присутність волокон довжиною 2Lшт та довших також відігравало певну роль у процесі формування доброякісної стрічки. Такі волокна забезпечили зчеплення між шарами й штапелями волокон, поліпшуючи проходження штапельної стрічки через витягувальний прилад. Одночасно з витонченням стрічки у витягувальному приладі відбувалося розривання волокон, що необхідно для наступної переробки стрічки. Таке розривання відбувалося поступово: між I та II парами розривалися волокна завдовжки більше 2Lшт; між II та III парами - волокна з довжиною 1,5Lшт та довші; між III та IY парами - довжиною 1,2Lшт та довші; між IY та Y парами - волокна, довжина яких перевищувала L шт. Тому рекомендується для штапелювання коротких льняних волокон установлювати не менше п'яти витягувальних пар.

На основі проведених теоретичних досліджень була сконструйована різальна машина, яка дозволила в умовах Старосамбірського льонокомбінату одержати рівномірну стрічку зі штапельних льняних коротких волокон.

РОЗДІЛ 4

АНАЛІЗ І УЗАГАЛЬНЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ

Четвертий розділ, що складається з трьох підрозділів, присвячений аналізу і узагальненню результатів досліджень. Для встановлення залежності вмісту неволокнистих домішок у короткому льняному волокні від параметрів роботи органів КПА було проведено серію експериментів. Сировиною була рошенцева льняна треста.

У підрозділі 4.1 наведені результати досліджень характеру змінювання вмісту неволокнистих домішок у відходах тіпання з використанням математичного планування експерименту. Було поставлено за мету перевірити вірогідність використання дослідної тіпальної машини у складі КПА для переробки трести з підвищеною вологістю. Матриця планування та умовні позначення параметрів наведені у таблиці 1.

Для досліджень була використана дробова репліка 2 ^6-3 повного факторного експерименту. Це дозволило значно скоротити кількість дослідів, бо кожен з них пов'язаний із значними витратами часу. Для побудови матриці планування були вибрані такі генеруючі співвідношення: Х₄ = Х₁Х₂Х₃; Х₅=Х₁Х₂; Х₆=Х₁Х₃. Як свідчать результати, якість проведення дослідів добра, бо похибки дослідів не перевищують 7%. Після обробки експериментальних даних із застосуванням методів математичної статистики було знайдено лінійні моделі для показника засміченості волокна неволокнистими домішками (У₁) і показника розщепленості волокна (У₂):

(1)

(2)

Таблиця 1

Найменування, рівні та інтервали варіювання вхідних факторів

Фактори	Рівні варіювання	Інтервал Варіювання
	- 1	0	+ 1
1. частота обертання тіпального барабана, хв - 1	250	300	350	50
2. сила стиснення матеріалу, Н/ см	31	37	43	6
3. вологість матеріалу, %	16	20	24	4
4. частота коливань голок, хв - 1	235	250	265	15
5. кут розмаху голок, град	54	60	66	6

Гіпотезу про адекватність (придатність) цих рівнянь для описування процесу обробки коротких волокон у дослідній тіпальній машині перевірено з допомогою критерію Фішера. Остаточно встановлено, що лінійні моделі процесу можливо вважати адекватними з імовірністю 95 %.

Аналізуючи отримані рівняння регресії слід відмітити, що найбільш значимим виявився показник Х_1. Частота обертання тіпального барабана відіграє найважливішу роль у процесі очищення відходів тіпання. Підвищення частоти обертання барабана при вищих показниках стиснення матеріалу призводить до зниження засміченості волокон.

Для досягнення оптимального показника розщепленості волокна в процесі куделеприготування слід витримувати максимальні показники частоти обертання тіпального барабана та сили стиснення матеріалу, а частоту коливань голок та кут їх розмаху слід вибирати мінімальними в межах вибраного інтервалу. Найбільш значимими виявилися показники частоти обертання тіпального барабана та сили стиснення матеріалу, найменш значимими - кут розмаху та частота коливань голок. Вплив показника Х₃ виявився мало значимим у межах вибраного інтервалу варіювання, що свідчить про можливість переробки сировини з вологістю до 24% включно при застосуванні у складі КПА дослідної тіпальної машини такого типу.

У підрозділі 4.2 наведені результати оптимізації технології знепилення, розпушення й очищення короткого льняного волокна. Інтенсивність тіпання короткого льняного волокна в певній мірі залежить від головних чинників процесу: частоти обертання барабанів, швидкості руху волокнистої сировини, а також конструктивних особливостей будови тіпальної машини.

Кількість ударних дій, що може отримати волокнистий шар за час проходження через кожну секцію тіпальної машини КПАЛ можна визначити за формулою:

Д^I = N * K₁ * K_2/V (3)

деN - частота обертання тіпальних барабанів, хв^-1;

К₁ - кількість пружків на кожному з барабанів;

К₂ - кількість барабанів у кожній тіпальній секції;

V - швидкість руху волокнистого шару, м/ хв.

Частота обертання тіпальних барабанів в кожній секції регулюється окремо від інших, тому загальну кількість діянь на волокнистий шар можна визначити як суму діянь у кожній окремій секції за формулою:

Д _заг = Д^I + Д^II + Д^III (4)

Дослідна тіпальна машина на відміну від типової тіпальної машини КПАЛ має лише один барабан, але значно більшого діаметра. При проектуванні такого тіпального барабана брали до уваги необхідність забезпечення достатньої кількості ударних дій з боку тіпальних пружків на шар волокнистої сировини. Тому замість трьох пар тіпальних барабанів, що обертались з досить високою частотою було запропоновано лише один. Частота обертання його була зменшена (з 1000 - 1200) до 100 - 450 хв^-1. При цьому на першому етапі досліджень інші чинники процесу тіпання й очищення волокна від неволокнистих домішок залишені без змін. Лінійна швидкість руху робочих пружків машини залишена тією ж. При більшому зовнішньому діаметрі барабана 1200 мм з'явилась можливість досить значно зменшити частоту його обертання. Це суттєво спростило умови технологічного регулювання. Кількість ударних дій на волокнистий шар збережено на тому ж рівні, що й у машині КПАЛ. Цього досягнуто за рахунок розміщення необхідної кількості пружків на поверхні барабана. Форма робочої поверхні пружків дослідної тіпальної машини на першому етапі досліджень також була залишена без змін. Це дало змогу найбільш достовірно порівняти процес тіпання короткого волокна в машинах типової та дослідної конструкцій.

Перевагою дослідної тіпальної машини є також можливість легкого регулювання кількості тіпальних пружків, відстані між ними, їх розміру й профілю робочої частини у порівнянні з діючими машинами. В даному випадку частота обертання є єдиним параметром, що регулюється, а всі інші залишаються без зміни й обумовлені конструкцією машини.

Як свідчать результати досліджень, використання дослідної тіпальної машини у складі КПА дає значні переваги. За умови більш простого регулювання вдається досягти значно кращих технологічних показників роботи: волокно виготовляється кращої якості і кількісні показники випуску готової продукції теж переважають над контрольними. Загальний показник засміченості сировини неволокнистими домішками для різних номерів волокна на 6-10% нижчий, ніж в аналогічної продукції, виготовленої на діючий тіпальній машині КПАЛ. А досягти видалення однакової кількості таких домішок із допомогою дослідної машини можливо з меншою кількістю ударних дій, або при меншій частоті обертання барабана. Це дає певний економічний ефект за рахунок зменшення енерговитрат і зберігає цінні природні властивості натуральної сировини для текстильної промисловості. Яскраве тому підтвердження - зростання розщепленості волокна й покращення його прядивних властивостей.

Характер змінювання розщепленості волокна у дослідній тіпальній машині носить криволінійний характер і досить добре описується залежностями типу У = а / (1 + e ^{b - cx) 1/d} (Richards Model) для волокна № 5 та квадратичною функцією типу: У = а + bx + cx² для волокна №3. Стандартна похибка (S) не перевищує показника відповідно 1,77 та 2,42.

Головним недоліком обробки волокнистої сировини у дослідній машині з використанням прямолінійних пружків на зразок КПАЛ є нерівність очищення шару волокон: досить ефективне з верхньої сторони, звернутої до робочої поверхні барабану, і недостатнє - з протилежного боку. Тому в серії наступних досліджень ставили за мету знайти більш ефективну форму робочої поверхні пружків, що давало б змогу отримати волокно рівномірної якості з найменшою засміченістю.

У підрозділі 4.2 наведені результати досліджень з оптимізації форми робочих органів дослідної тіпальної машини. Очищувальну здатність устаткування оцінювали за якісними показниками волокна: розщепленістю, розривним навантаженням скрученої стрічки та вмістом неволокнистих домішок.

Для досягнення однакового технологічного ефекту в порівнянні з типовою машиною на дослідній тіпальній машині можна встановлювати необхідну кількість робочих тіпальних пружків від 10 до 50 залежно від якості сировини та належної чистоти готового продукту. В дослідженнях регулювання частоти обертання тіпального барабана проводили у межах 125 350 хв^-1, а кількість ударних дій на волокнистий шар та відповідне співвідношення з машиною КПАЛ визначали за допомогою порівняльної таблиці. Для досліджень були виготовлені з однакового матеріалу Ст 45 і встановлені на поверхні барабана пружки:

1) загострені, на зразок робочих органів КПАЛ;

2) прямолінійні незагострені з тонкого листового металу товщиною 3 мм;

3) прямолінійні з товстого листового металу товщиною 5 мм із радіусом закруглення 5 мм;

4) спеціального синусоїдального профілю з листового металу товщиною 3 мм.

Як свідчать результати, найкращі показники розщепленості коротких волокон льону отримані у випадку використання загострених пружків. Досить близькими до цих показників є результати досліджень з використанням пружків спеціального профілю. Але застосування загострених пружків є досить ускладненим, бо вимагає постійного контролю і ретельного загострення робочої поверхні пружків до необхідного показника (R= 1,5-2,0 мм) і при високій частоті обертання може призвести до руйнування волокна. В той же час пружки, виготовлені з листового металу постійної товщини є такими, що в процесі зношування робочої поверхні зберігають свої розміри і тому не потребують додаткового загострення. Додаткова обробка поверхні робочих пружків із відповідним поліруванням дає змогу значно подовжити термін їх експлуатації.

Застосування прямолінійних пружків товщиною 3 та 5 мм дає дещо гірші показники розщепленості волокна - відповідно 415 та 399 одиниць. Пояснюється це характером дії робочих пружків на матеріал. У випадку застосування пружків з товщиною 5 мм дії їх, малоефективні і режим обробки м'який, бо під час протягування волокна відносно пружка з товстого металу виникають недостатні сили зрушення елементів шару. Застосування таких пружків є більш виправданим у випадках переробки волокнистої сировини з льонотрести перележаної.

Низькі показники розщепленості волокна у випадку застосування пружків з тонколистового металу пояснюються надмірним розтягуванням волокнистого шару, який є сумішшю переплутаних волокон, і частковою втратою сировини разом із кострицею, що видаляється. Застосування пружків спеціального профілю з тонколистового металу дозволяє запобігти таким явищам. Профіль робочої поверхні таких пружків нагадує синусоїду. Чергування виступів та западин створює рівні умови обробки для всіх волокон, що надходять у зону дії тіпального барабана. Створити досить рівний потік волокон із відходів тіпання у існуючих КПА практично неможливо. Тому саме такий профіль виявився найбільш ефективним. Спеціальний профіль пружків спонукає волокна в процесі обробки до постійного переміщення не лише в напрямку руху потоку, але й поперечного та відносно вісі самих волокон. Таке чергування рухів волокон дозволяє найбільш ефективно піддавати обробці всі групи волокон, незалежно від місця розташування їх у волокнистому шарі.

Кращі і досить близькі показники розщеплення, вмісту неволокнистих домішок і міцності скрученої стрічки з виготовлених волокон отримано у варіантах 1 та 4. Для широкого застосування у виробничий практиці було рекомендовано застосування тіпального барабана з робочими пружками спеціального профілю.

У підрозділі 4.3 наведено результати оптимізації штапелювання короткого льняного волокна. Операція вкорочення волокнистої стрічки проводилась двома найпоширенішими в текстильній промисловості способами:

1) різанням на дільниці довжиною 40 мм;

2) розриванням у витягувальних приладах із міжцентровою відстанню 40 мм. Для досліджень було підготовлено льняну стрічку за наступною технологічною схемою: удосконалений за технологічною схемою №4 куделеприготувальний агрегат КПАЛ агрегат ПЛ - 150П чесальна машина Ч-600Л стрічкова машина ЛЧ-1-ЛО.

Виготовлену таким чином волокнисту стрічку з короткого льоноволокна у тазах подавали до механізму різального апарату гільйотинного типу з довжиною різання 40 мм або до витягувального приладу, де проводилось неконтрольоване розривання цієї стрічки. Штапельне та розірване льоноволокно було оцінене за вмістом волокон, коротших 15 мм, прядивних волокон довжиною від 20 до 40 мм та довгих волокон (L> 40 мм).

Підготовка льоноволокна до випробувань мала за мету охопити всі можливі технологічні схеми первинної обробки з використанням трести різної якості. Відходи тіпання з різною за якістю трести, а саме: недолежаної, доброякісної, перележаної й несортованої були перероблені за чотирма різними технологічними схемами з метою отримання короткого волокна.

Встановлено, що контрольоване різання волокнистої стрічки дозволяє отримати не менше 75,5% цінних прядивних волокон і лише 8,8% довгих. Решта (15,7%) - короткі волокна. Неконтрольоване вкорочення розриванням у витягувальних приладах доводить малу ефективність процесу для отримання прядивного матеріалу. Частка коротких волокон виявляється занадто значною - 52,1%, довгих - 9,8%, а прядивних лише 38,1%. Отже для волокон із перележаної та несортованої трести неконтрольоване розривання є малоефективним, бо призводить до небажаних результатів. Для текстильного виробництва такі волокна непридатні, але можуть знайти застосування у інших галузях, наприклад, для виготовлення ватину або медичної вати. Для виготовлення доброякісного прядивного волокна з перележалої або несортованої трести необхідно застосовувати лише контрольоване різання. При цьому забезпечується вихід не менше 74,5-75% цінних високоякісних прядивних волокон.

РОЗДІЛ 5

РОЗРОБКА РЕКОМЕНДАЦІЙ ПРОМИСЛОВОГО ВИКОРИСТАННЯ ОЧИЩЕНИХ ШТАПЕЛЬНИХ КОРОТКИХ ВОЛОКОН

П'ятий розділ присвячений аналізу цілеспрямованого використання високоякісного короткого льняного волокна. Очищене й подрібнене в умовах цеху первинної обробки, згідно запропонованої технології, льоноволокно з низькосортної сировини було відправлене на спеціалізовані підприємства України для перевірки придатності його для виробництва різноманітних продуктів широкого вжитку. Як свідчать результати (табл.2), ступінь очищення, подрібнення та вкорочення коротких льняних волокон на стадії їх первинної переробки є достатнім для виготовлення з них прядива 34 та 50 текс, що використовується у виробництві білизни. Фізико - механічні показники якості готової продукції свідчать про достатню підготовленість волокна для переробки у вироби побутового призначення.

Штапельне льняне коротке волокно підвищеної якості використовується у ВАТ "Ватфарм" (м. Черкаси) для виробництва медичної гігроскопічної вати в суміші з бавовною. Вміст льняного волокна становить 20-30% від загальної кількості сировини. Загальна кількість використаної у виробництві медичної вати льняного волокна підвищеної якості за 1998-2000 роки становить 178 т. Якість льоноволокна, направленого для переробки на спеціалізоване підприємство задовільняє вимогам ВАТ "Ватфарм".

Таблиця 2

Фізико-механічні показники якості прядива, виготовленого з льоноволокна

Показники	Бавовнопрядивна фабрика ВАТ "Дубротекс"	Тернопільське об'єднання "Текстерно"
Призначення тканин	білизна	білизна
Артикул тканин	-	Терноцвіт, Бузок
Вкладання льону, %	30	30-33
Склад суміші, %	бавовна - 50 льон - 30 віскоза - 20	бавовна - 70; 67 льон - 30; 33
Лінійна щільність прядива, текс	50	34
Відносне розривне навантаження, гс/текс	9,5 - 10, 9	10,5
Коефіцієнт варіації за розривним навантаженням, %	До 14,5	17
Подовження, %	-	5,5
Група прядива	М61	5Т

Якість вихідної сировини в значній мірі впливає на результати переробки льоноволокна. Виготовлення волокна для виробів технічного призначення може бути організовано за спрощеною технологією. При використанні сировини - льонотрести або відходів тіпання в умовах льонозаводів є досить ефективною схема: льонорозпушувач + льоноочищувач. За такою схемою може перероблятися сировина для одержання шпагату високої лінійної щільності 400-1000 текс (№1-2,5). За сучасною схемою переробки короткого льоноволокна можна виготовляти лише пачосове прядиво сухого прядіння з додаванням пачосів. Застосування нової схеми дозволяє виготовляти чистий шпагат без застосування пачосів, які можуть бути використані для виготовлення більш цінних виробів 55,5-200 текс (№5-18) за мокрою системою прядіння. Усе пачосове прядиво виготовляється у суровому вигляді. Через наявність пектинових речовин сурове прядиво має темно-сірий вигляд. Згідно вимог до більш тонкого прядива для виготовлення мотузок 400-1587 текс (№0,63 - 2,5) чи мішків 666,6 - 333,3 текс (№1,5-3) технологічна схема має бути доповнена додатковим очищувачем (одно - чи двоступеневого виконання) попереднього глибокого очищення. Ця машина періодичної дії і працює у замкненому колі доти, поки ступінь очищення та розпушування не досягне бажаних показників. По закінченні цієї обробки вихідний волокнистий матеріал відповідає середнім вимогам.

переробка низькосортне льняне волокно

Особливої уваги вимагає переробка різаних технологічних відходів та волокна. В умовах льонозаводів відпадає необхідність використання кіпорозпушувачів, замість нього до технологічної схеми має бути введений очищувач із ножовим барабаном для більш інтенсивного початкового очищення й розпушення жмутів волокон.

Висновки

1. Теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджено, що підвищення якості очищення короткого льняного волокна на 6-10% і збільшення розщепленості волокнистих жмутів на 170-210 одиниць можна досягти за рахунок конструктивної модернізації тіпальних барабанів, зміною профілю й кількості пружків на їх поверхні, регулюванням кута розмаху та частоти коливань голок у трясильних машинах куделеприготувальних агрегатів.

2. На основі регресивного аналізу розроблена математична модель очищення, знепилення і формування волокнистої стрічки з низькосортного льняного волокна залежно від параметрів експлуатації окремих вузлів куделеприготувальних агрегатів і допоміжного обладнання, яка дозволяє прогнозувати параметри обробки від якості вихідної сировини.

3. Для повного знепилення, очищення й розпушення короткого льняного волокна розроблена й впроваджена удосконалена технологічна схема його обробки, яка включає модернізований куделеприготувальний агрегат КПАЛ, агрегат ПЛ-150П, чесальну машину Ч-600Л та стрічкову машину ЛЧ-1-ЛО.

4. З метою одержання волокон установленої довжини з очищених та знепилених льняних коротких волокон, придатних для переробки в текстильній, фармацевтичній та целюлозно-паперовій галузях промисловості, сконструйована та впроваджена різальна машина гільйотинного типу, яка відрізняється від зарубіжних аналогів простотою конструкції та економічністю в експлуатації.

5. Шляхом аналізу штапельних діаграм, одержаних із різних типів низькосортного льняного волокна після контрольованого різання і неконтрольованого розривання встановлено, що одержати оптимальну кількість 74,5-78,8% високоякісного прядивного волокна з довжиною, рівною довжині бавовняного волокна, можливо за допомогою тільки контрольованого різання.

6. Неконтрольоване розривання волокнистої стрічки, виготовленої з низькосортної сировини, призводить до розпушення волокнистої маси й утворення 52-55,2% надто коротких волокон, непридатних для виготовлення прядива у текстильному виробництві, але які можуть бути використані у фармацевтичній, целюлозно-паперовій та інших галузях промислового виробництва.

7. Розроблено рекомендації щодо використання очищених та штапельних льняних волокон у різних галузях народного господарства України залежно від характеру розподілу волокон по довжині на штапельних діаграмах.

8. Економічний ефект від використання низькосортного льняного волокна після очищення і штапелювання, як замінника бавовняного волокна в текстильному виробництві, складає 1,2 млн гривень на рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Чурсіна Л.А., Валько В.М., Литвин З.Л. Дослідження очищувальної здатності обладнання // Вестник Херсонского государственного технического университета, 1999. - №3 (6). - С.286-289.

2. Валько М.І., Литвин З.Л. Льон - гідна заміна бавовни // Легка промисловість, 1998. - № 2. - С.14.

3. Валько В.М., Литвин З.Л. Переробка луб'яних технологічних відходів // Проблеми легкої та текстильної промисловості України. - 1999. - №2. - С.143-146.

4. Литвин З.Л., Чурсина Л.А. Способы котонизации короткого льняного волокна // Ресурсосберегающие технологии в первичной переработке натуральных волокон. Сборник научных трудов. - Киев: УкрИНТЭИ. - 1995. - С.40-41.

5. Литвин З.Л., Чурсина Л.А. Рекомендации по повышению эффективности переработки льняного волокна в котонин // Ресурсосберегающие технологии в первичной переработке натуральных волокон. Сборник научных трудов. - Киев: УкрИНТЭИ. - 1995. - С.42 - 44.

6. Валько М.І., Семченко В.І., Литвин З.Л. Прядіння котонізованих коротких волокон льону // Технологія, автоматизація та економіка в переробній галузі. Збірник наукових праць. - Київ: ІЗМН. - 1998. - С.14 - 15.

7. Валько Н.И., Литвин З.Л. Использование короткого льняного волокна при производстве тканей бытового назначения // Научный прогресс в производстве натуральных волокон. Сборник научных трудов. - Киев. - ЦБТИЛегпром. - 1995. - С.3-5.

Анотація

Литвин З.Л. Розробка ресурсозберігаючої технології переробки низькосортного короткого льняного волокна. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.03 - Первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва. - Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2000 р.

Захищається рукопис, який містить теоретичні та експериментальні дослідження в галузі поглибленого очищення коротких низькосортних волокон льону з метою підготовки їх до прядіння.

Розроблений процес поглибленого очищення відходів тіпання в процесі куделеприготування та розволокнення коротких волокон на стадії первинної обробки льону. Проведено порівняльний аналіз різних способів розволокнення з метою отримання високоякісного волокна, придатного для виготовлення прядива та інших товарів. На основі експериментальних досліджень і розробленої математичної моделі процесу запропонована й впроваджена технологія виготовлення високоякісного волокна з відходів тіпання. Розроблено й змонтовано устаткування для переробки низькосортної сировини за різними технологічними схемами в залежності від вимог до якості льняного волокна. Наводяться дані про економічний ефект від впровадження.

Результати роботи впроваджені у виробництво в АО "Старосамбірський льонокомбінат".

Ключові слова: спосіб приготування трести, рошення, льон - довгунець, фізико - механічні властивості, коротке льоноволокно, розщеплення, технологія, луб'яне волокно.

Аннотация

Литвин З.Л. Разработка ресурсосберегающей технологии переработки низкосортного короткого льняного волокна. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.03 - Первичная обработка и хранение продуктов растениеводства. - Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2000.

Защищается рукопись, которая содержит теоретические и экспериментальные исследования в области углубленной очистки коротких низкосортных волокон льна c целью подготовки их к прядению.

Разработан процесс углубленной очистки отходов трепания в процессе куделеприготовления и разволокнения коротких волокон на стадии первичной обработки льна. Проведен сравнительный анализ разных способов разволокнения c целью получения высококачественного волокна, пригодного для изготовления высококачественной пряжи и других товаров На основе экспериментальных исследований и разработанной математической модели процесса предложена и внедрена технология изготовления высококачественного волокна из отходов трепания. Разработано и смонтировано оборудование для переработки низкосортного сырья в условиях льнозаводов по разным технологическим схемам в зависимости от требований к качеству льняного волокна.

В данной работе приводятся результаты комплексных теоретических и экспериментальных исследований влияния различных способов выработки короткого льноволокна. Проанализирована усовершенствованная схема пневмотранспорта отходов трепания от трепальной машины МТА к КПА. Предложена конструкция трепальной машины КПА для эффективной очистки низкосортного волокна от неволовнистых примесей. Сравнительная оценка различных способов обогащения короткого льноволокна свидетельствует о возможности снижения закостренности от 6 до 10% за счет усовершенствования системы пневмотранспорта и куделеприготовительного оборудования.

Разработаны рекомендации, которые обеспечивают повышение качества обработки отходов трепания - значительное снижение закостренности, повышение прочности и расщепленности комплексных волокон на элементарные. Снижение содержания неволокнистых примесей на стадии первичной обработки позволяет значительно уменьшить потери натурального волокна льна во вторичных технологических отходах при последующих операциях чесания и разрыхления.

Установлен нелинейный характер изменения содержания примесей в льняном волокне в процессе куделеприготовления. Полученные теоретические результаты исследований проверены в производственных условиях на крупных партиях льняного сырья различных свойств. Исследованию подвергались недолежалая, нормальной готовности, перележалая и несортированная треста. Полученное на типовом оборудовании низкосортное льняное волокно подвергнуто дополнительной обработке на модернизированной трепальной машине КПА с целью установления оптимальных режимов для различных типов сырья.

Впервые предложена оптимальная форма рабочих органов трепального барабана для достижения высоких показателей очистки, равномерности обработки разных слоев и достаточной расщепленности.

...