Розробка технологічного процесу одержання короткого лляного волокна підвищеної якості

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 677. 021. 9

Розробка технологічного процесу одержання короткого лляного волокна підвищеної якості

05.18.03 - первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Мєшков Юрій Євгенович

Херсон 2007

Дисертацією є рукопис.

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

Захист відбудеться “_16__” травня_2007 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон - 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1, ауд 223.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон - 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий “13 квітня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

АНОТАЦІЯ

Мєшков Ю.Є. Розробка технологічного процесу одержання короткого лляного волокна підвищеної якості. - 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.

Захищається дисертація, яка містить теоретичні й експериментальні дослідження в галузі переробки відходів тіпання лляної сировини з метою одержання короткого волокна підвищеної якості.

У роботі проаналізовано існуючі технологічні лінії отримання короткого волокна з відходів тіпання. Встановлено, що для підвищення виходу високоякісного волокна необхідно здійснювати ретельну переробку сировини за запропонованою в дисертаційній роботі технологією.

Доведено, що використання даної технології дає можливість збільшити вихід волокон з меншим вмістом домішок, більш високою міцністю та паралелізованих відносно потоку.

Застосування розробленого живильно-паралелізаційного комплексу при виробництві короткого волокна з відходів тіпання льону дасть змогу зменшити енерго- та матеріалоємність обладнання, отримати річний економічний ефект 560 тис. грн., що в перерахунку на 1 тону продукції це складе 1125 грн., за рахунок підвищення його якості та підвищити рівень рентабельності виробництва лляної продукції до 30,7 %.

Ключові слова: відходи тіпання, коротке лляне волокно, вміст костриці, розривне навантаження, паралелізація.

АННОТАЦИЯ

Мешков Ю.Е. Разработка технологического процесса получения короткого льняного волокна повышенного качества. - Рукопись.

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

Защищается диссертация, содержащая теоретические и экспериментальные исследования в области переработки отходов трепания льняного сырья и низкосортной тресты с целью получения короткого волокна повышенного качества.

Известно, что технологическое оборудование, используемое в данное время на льноперерабатывающих заводах, имеет ряд недостатков. Главными из них являются значительные энерго- и материалоёмкость, а также высокий процент закострённости получаемого сырья. Это приводит не только к снижению качества волокна, но и к неконкурентоспособности продукции льноперерабатывающей отрасли на внешнем рынке.

В работе проанализированы известные технологические линии получения короткого волокна из отходов трепания. Установлено, что для увеличения выхода волокна с высокими показателями качества необходимо осуществлять тщательную переработку сырья по предлагаемой в даной диссертационной работе технологии.

В результате проведённых исследований доказано, что применение в технологическом процессе операций утонения и вытягивания способствует повышению однородности физико-механических показателей отходов трепания в процессе их переработки. Кроме того, использование мяльной машины с мелкорифлёными вальцами способствует более интенсивному разрушению связи волокна с древесиной, измельчению её на более мелкие частицы и свободному их выделению в утонённом слое.

Для параллелизации волокон и дополнительного удаления несвязанной костры предлагается проводить обработку утонённого слоя в параллелизационном механизме с колками, которые перемещаются во внутрь барабана за счёт смещения центра их вращения относительно оси этого барабана.

Построена математическая модель зависимости степени параллелизации волокон от частоты вращения верхнего колкового барабана параллелизационного механизма и шага колков по длине барабана. Согласно математической модели, показатель степени параллелизации имеет оптимальное значение при частоте вращения верхнего колкового барабана 379 мин-1 и шаге колков 20, 15 и 10 мм.

В работе, наряду с определением физико-механических показателей льняного волокна, исследовалось также распределение волокон по группам длин с целью установления степени параллелизации. Установлено, что обработка слоя сырья в питающе-утоняющем и параллелизационном механизмах способствует равномерному и нормальному распределению волокон. При воздействии колковых барабанов осуществляется постепенная параллелизация волокон. После обработки на первой паре колковых барабанов процентное содержание волокон длиной 30-40 мм составляет 9,2%. Дальнейшая обработка на второй и третьей паре колковых барабанов питающе-утоняющего механизма способствует повышению процентного содержания волокон этой длины до 16,1% и 17,5% соответственно, к тому же воздействие колков существенно не влияет на прочность волокна. Обработка слоя волокна на первом колковом барабане параллелизатора с шагом колков t = 20 мм приводит к изменению распределения волокон по группам длин. Так, после этой обработки содержание волокон длиной 30-40 мм составляет 20,5 %, тогда как содержание волокон пуховой группы равняется 7,8 %. После обработки слоя волокна на колковых барабанах с шагом колков 15 мм содержание волокон этой длины составляет 25,01%, а волокон пуховой группы - 9,1%. Аналогичные показатели после обработки на третьем колковом барабане с шагом колков 10 мм соответственно составляют 25,7% и 10,2%.

При этом достигается достаточно высокая степень очистки волокна от костры. Содержание костры в волокне, полученном по традиционной технологии, составляет 18,3 %, а при использовании экспериментальной технологии этот показатель равен 3,8%, что в среднем в 4,7 раза меньше по сравнению с действующей технологией.

Теоретически и экспериментально обоснована, разработана и рекомендована к внедрению в производство технология получения короткого льняного волокна улучшенного качества.

Применение разработанной технологии при производстве короткого волокна из отходов трепания даст возможность уменьшить энерго и материалоемкость оборудования. Ожидается рост объёмов товарной продукции, снижение затрат на производство, рост прибыли. Рентабельность производства возрастёт почти в 2 раза и составит 30,7 %. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения новой технологии получения короткого льняного волокна составит 560 тыс грн., що в перерахунку на 1 тону продукції це складе 1125 грн., за рахунок підвищення його якості.

Ключевые слова: отходы трепания, короткое льняное волокно, содержание костры, разрывная нагрузка, параллелизация.

ANNOTATION

Meshkov U.E. Development of technology process of production the short fibred. - Manuscript.

Dissertation for the receiving a scientific candidate degree in technical sciences by specialty 05.18.03 - primary processing and storage of plant-grower of products. - Kherson National Technical University, Kherson, 2007.

The dissertation, contains theoretical and experimental researches area, which does of the primary processing investigation of cuts of scotching and low-grade linen raw material with the purpose of preparation to the next processing.

Methods and technological lines of production the shot fibred are analyzed in the work. It is determined, that it is necessary to do detailed preparing of fibred to take the fibred with the same length and to increase the output the strove with better physically and mechanical proves.

It is proved, that the use of offered technology will allow the possibility to multiply the output of eguipartion on length, with less maintenance of admixtures and parallelized relatively.

Using of this in the feeding-parallelithation complex the production of short fibred from the of cuts of scotching and low-grade raw material will enable diminish energycal and recourse-demanding of equipment, to get conventional a income 560 sayzen grn, and to increase the level of profitability production of clear flax production on 30,7%.

Key words: straw long, short flax fiber, low-grade, betorn loading, paralllelizing.

лляний волокно тіпання обробка

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним з основних завдань первинної переробки лляної сировини в сучасних умовах є підвищення якості короткого волокна, яке використовується не тільки для одержання текстильної продукції за традиційною технологією, а і для виробництва целюлози, вати та котоніну.

В умовах різкого зростання вартості енергоносіїв та інших матеріальних ресурсів підвищення якості короткого волокна повинно здійснюватися не за рахунок додаткових енергетичних і матеріальних затрат, а шляхом розробки нової ресурсозберігаючої технології переробки низькосортної сировини на сучасному устаткуванні льонопереробних підприємств.

Аналіз науково-технічної літератури з проблем удосконалення механічної обробки льону свідчить, що розроблювана технологія одержання високоякісного короткого волокна з відходів тіпання і низькосортної трести повинна забезпечувати максимальне видалення костриці, збереження міцності та досягнення високого ступеня паралелізації волокон, оскільки саме такі вихідні характеристики короткого волокна обумовлюють його придатність до подальшої переробки в прядінні, целюлозно-паперовій і медичній промисловості.

Крім того, під час розробки прийомів удосконалення існуючих технологічних процесів необхідно здійснювати кількісну оцінку впливу того або іншого технологічного фактора на показники якості волокна. Тільки за цих умов нову технологію можна рекомендувати льонопереробним підприємствам для широкого впровадження.

У зв'язку з вищевикладеним, теоретичні та практичні дослідження процесу механічної обробки лляної сировини, спрямовані на одержання короткого волокна підвищеної якості, є актуальними для галузі первинної обробки волокнистих матеріалів.

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 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 „Отримання луб'яної сировини підвищеної якості за матеріало- та енергозберігаючими технологіями”, номер державної реєстрації 0102U005291, замовник Міністерство освіти і науки України, дата реєстрації - 30.10.2001 р., протокол №2.

Автором здійснено розробку технологічного процесу одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання льону і досліджено вплив механічних операцій на якість підготовленої сировини та кінцевого продукту, узагальнено дані вітчизняної та зарубіжної літератури й результати особистих досліджень.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є одержання короткого лляного волокна підвищеної якості з відходів тіпання, за новою енерго- та ресурсозберігаючою технологією.

Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішити такі завдання:

проаналізувати існуючі технології одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання;

виявити основні недоліки існуючих технологій та визначити напрямки оптимізації механічної обробки відходів тіпання;

розробити нову технологічну лінію переробки відходів тіпання для одержання короткого лляного волокна з високими показниками якості;

виготовити лабораторну експериментальну установку для переробки відходів тіпання;

визначити оптимальні параметри роботи механізмів, які переробляють відходи тіпання, шляхом експериментальних досліджень;

розробити математичну модель процесу одержання короткого лляного волокна на експериментальній установці;

визначити оптимальний технологічний режим переробки відходів тіпання, який забезпечує одержання короткого лляного волокна високої якості;

здійснити техніко-економічну оцінку ефективності одержання короткого лляного волокна за новою технологією.

Об'єкт дослідження - процес одержання високоякісного короткого паралелізованого лляного волокна.

Предмет дослідження - відходи тіпання льону.

Методи дослідження. Завдання, поставлені у роботі, вирішувалися за допомогою сучасних методів теоретичного та експериментального дослідження, а саме:

- фізико-механічні показники одержаного короткого лляного волокна визначалися за ГОСТ 9394 - 76 „Волокно льняное короткое. Технические условия”;

- математично-статистичний метод застосовували для обробки результатів експериментальних досліджень.

Розрахунки здійснювалися з використанням IBM-сумісного персонального комп'ютера в середовищі „Microsoft Office Exсel 2003 (11.5612.5606)”.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що:

- вперше запропоновано застосовувати замість існуючого куделеприготувального агрегату для одержання короткого волокна підвищеної якості з відходів тіпання льону експериментальну установку, до складу якої входять нові механізми: живильник-потоншувач, м'яльна машина з дрібнорифленими вальцями та паралелізатор;

- розроблено теоретичні основи оптимізації параметрів обробки відходів тіпання і конструкції робочих органів експериментальної технологічної лінії, що забезпечує зменшення енерго- і матеріалоємності обладнання та підвищення якості короткого волокна;

- на основі методів математичної статистики та математичного планування визначено оптимальні параметри процесу паралелізації волокон під час обробки їх в паралелізаційному механізмі експериментальної установки.

Практичне значення одержаних результатів. Використання експериментальної установки для переробки відходів тіпання дозволило одержати коротке волокно більш високого номера з низьким вмістом костриці та високим ступенем паралелізації, розроблено та апробовано нові технологічні режими потоншення шару відходів тіпання, їх проминання в м'яльних вальцях і паралелізації короткого волокна. Даний спосіб захищено патентами України № 14280 і № 14379, а також отримано деклараційні патенти на корисну модель від 15.05.2006 р. Результати проведених досліджень апробовано на ВАТ „Коропський льонозавод” Чернігівської області, акт виробничих випробувань № 5 від 03.01.2007 р.

Очікуваний річний економічний ефект від впровадження нової технології на одноагрегатному льонозаводі становить 560 тис грн, що в перерахунку на 1 тону продукції це складе 1125 грн, за рахунок підвищення його якості.

Особистий внесок автора. Автором було самостійно сформульовано й обґрунтовано завдання досліджень, критично проаналізовано науково-технічну літературу з проблем виробництва короткого лляного волокна, здійснено всі експериментальні дослідження, які стосуються питань розробки технології виробництва короткого волокна, проведено лабораторні визначення фізико-механічних показників волокна. Із застосуванням методів математичної статистики було проведено планування експерименту, оброблено, узагальнено і проаналізовано отримані результати.

У наукових працях, виконаних у співавторстві, автору належить напрацювання експериментальних даних, теоретичне обґрунтування результатів, формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації було представлено і схвалено на:

- VIII Міжнародній науково-практичній конференції „Наука і освіта - 2005”, м. Дніпропетровськ, 2005 р.;

- науково-технічній конференції „Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины”, м. Херсон, 2005 р.;

- II Міжнародній науково-практичній конференції „Современные научные достижения - 2006”, м. Дніпропетровськ, 2006 р.;

- наукових семінарах кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, м. Херсон, 2003 - 2006 рр.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 12 публікаціях, у тому числі статей у провідних наукових виданнях України - 7, патентів України - 2, тез доповідей на конференціях - 3.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, загальної характеристики роботи, п'яти розділів основної частини, висновків, літературних джерел і додатку. Дисертація викладена на 162 сторінках машинописного тексту, вона містить 24 рисунки, 17 таблиць на 12 сторінках. Список використаних джерел охоплює 125 найменувань.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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

У першому розділі подано стислий огляд літератури за темою дисертації, визначено напрямки нових досліджень й охарактеризовано особливості якісної та кількісної оцінки сировини для отримання короткого волокна. Зазначено, що відходи тіпання є дуже різноманітними за якісним складом, що значно ускладнює вибір технологічного режиму обробки. В результаті аналізу наукової, патентної та технічної літератури, яка висвітлює питання виробництва короткого волокна, і досвіду експлуатації промислового обладнання виявлено основні недоліки, характерні для загальноприйнятої технології переробки відходів тіпання. Здійснено критичний аналіз технологічного процесу одержання короткого волокна та будови відомих типів куделеприготувальних агрегатів, які використовувалися раніше і застосовуються на даний час у нашій країні та за кордоном. Встановлено, що промислове обладнання за своєю технологічною схемою з початку минулого століття змінилося несуттєво. Головними недоліками існуючих куделеприготувальних агрегатів є значна енерго- і матеріалоємність та низька якість короткого волокна, що одержується в результаті обробки.

Це свідчить, що наукові дослідження з розробки нової технології виробництва короткого волокна підвищеної якості є актуальними.

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

У другому розділі, що складається з 6 підрозділів, викладено основні методи досліджень. Розділ містить інформацію про характеристику сировини, використаної під час досліджень, технологічні операції та обладнання для проведення експериментів, а також методи виконання досліджень і статистичні методи обробки одержаних результатів. Подано перелік основних показників якості короткого волокна. Описано порядок проведення досліджень та наведено схему експериментальної технологічної лінії виробництва короткого лляного волокна з відходів тіпання (рис. 1).

У результаті переробки відходів тіпання на цій експериментальній установці передбачено за рахунок потоншення, м'яття, паралелізації волокна та інших технологічних операцій отримати як кінцевий продукт високоякісне коротке лляне волокно.

Наведено характеристики використаних приладів і описано методики визначення показників якості лляного волокна на різних етапах механічної обробки.

Визначення розривного навантаження та вмісту костриці здійснювалося за відомими методиками, викладеними в ГОСТ 9394--76 „Волокно льняное короткое. Технические условия.”

Визначення ступеня паралелізації короткого волокна здійснювали за запропонованою в даній дисертаційній роботі методикою. Сутність цієї методики полягає в тому, що після проходження кожної з шести пар кілкових барабанів експериментальної установки волокно в шарі піддавали різанню на довжину 40 мм і непрямим розрахунком по відсотковому вмісту волокон цієї довжини визначали ступінь паралелізації.

У процесі обробки експериментальних даних використовувалися методи математичної статистики.

У третьому розділі наведено результати теоретичних досліджень за темою дисертації. З метою усунення недоліків куделеприготувального агрегату, який застосовується на льонопереробних підприємствах, було здійснено розрахунки з визначення оптимальних конструктивних і технологічних параметрів окремих вузлів і робочих органів запропонованої експериментальної установки для одержання короткого волокна підвищеної якості.

Теоретично обґрунтовано вибір найбільш раціональної форми робочих органів живильно-потоншувального механізму. Крім відомих форм, таких як кілки, голки, зубці, запропоновано удосконалені робочі органи, які дозволяють не тільки відокремлювати кострицю від волокна, а й розділяти волокнисті комплекси безпосередньо в живильно-потоншувальному механізмі. Визначено, що для підвищення показників якості волокна на виході з живильно-потоншувального механізму найбільш оптимальною є гарнітура барабанів у вигляді площинно-конусних кілків.

Також розраховано глибину „мертвої зони” в живильно-потоншувальному вузлі експериментальної установки (рис. 2).

Виходячи з цих розрахунків, конструктивно прийнято діаметри кілкових барабанів і витяжних вальців, які забезпечують нормальні умови втягування та потоншення волокна.

Глибина мертвої зони визначалася за формулою:

де L - відстань між осями кілкового барабана і витяжної пари;

? - відстань від точки контакту кілків до їх осі.

Величини L і ? можна виразити через діаметри кілкового барабана та витяжного вальця:

Для подальшого руйнування зв'язку між деревиною та волокном і видалення зв'язаної костриці потоншений шар відходів тіпання запропоновано обробляти на дослідній м'яльній машині з п'ятьма парами дрібнорифлених вальців. Прототипом даної машини було обрано лабораторну м'ялку ЛМ-3, яка застосовується для виділення непошкодженого лляного волокна під час визначення його розривного навантаження.

Оскільки важливим показником якості короткого волокна, підготовленого до подальшої переробки в прядінні, є ступінь паралелізації, було сконструйовано паралелізатор і введено його до складу експериментальної установки, а також здійснено розрахунок параметрів робочих органів цього вузла технологічної лінії.

При плануванні експерименту використовували математичний апарат регресійного аналізу. Недоліком однофакторних методів дослідження є той факт, що залишаються невиявленими ефекти взаємодії факторів, які характеризують їх спільний вплив. Для вивчення взаємної дії факторів на ступінь паралелізації короткого волокна найбільш коректним є проведення експерименту за допомогою апріорного ранжування факторів, яке ґрунтується на ранговій кореляції.

Проведений теоретичний аналіз дозволив визначити домінуючі змінні фактори, які впливають на ступінь паралелізації короткого лляного волокна. Це частота обертання верхнього кілкового барабана х1, крок кілків по колу кілкового барабана х2, х3 крок кілків по довжині кілкового барабана.

Математичну модель другого порядку отримано шляхом реалізації центрального композиційного рототабельного планування, що складається з реплік типу 23, шести „зоряних” точок і шести центральних точок.

Інтервали варіювання і нульові точки обрані з технологічних міркувань і наведені в табл. 1.

Таблиця 1 Рівні й інтервали варіювання факторів

Фактори	Рівні варіювання	Інтервал варіювання
	-1,68	-1	0	+1	+1,68
х1 - частота обертання верхнього кілкового барабана, хв-1	72	140	240	340	408	100
х2- крок кілків по колу кілкового барабана, мм	13,04	15	21	27	8,36	6
х3 - крок кілків по довжині кілкового барабана, мм	15,92	10	15	20	24,08	5

Завдяки використанню методів планування та математичної обробки результатів експерименту отримано математичну залежність показника ступеня паралелізації короткого волокна від вищезазначених факторів, що має вигляд:

Y = 78,76 + 8,86х1 + 5,76х2 + 1,94х3 +1,38х1х2 + 1,25х1х3 - 1,00х2х3 + 1,84х12 + 0,02х22 + 1,34х32 (7)

Перевірку гіпотези про однорідність дисперсій у дослідах матриці було здійснено за допомогою критерію Фішера. Розрахункове значення критерію Фішера GR дорівнює 1,68, а табличне GТ становить 4,82.

В зв'язку з тим, що розрахункове значення критерію виявилося меншим, ніж табличне, гіпотеза про адекватність одержаного рівняння не відхиляється.

Аналіз математичної моделі показав, що вплив усіх трьох факторів на ступінь паралелізації є значимим, але найбільший вплив має фактор х1 - частота обертання верхнього кілкового барабана.

Таким чином, теоретично обґрунтовано послідовність технологічних операцій, що здійснюються на експериментальній установці з переробки відходів тіпання. Крім того, визначено і розраховано швидкісні параметри робочих органів обладнання, яке входить до складу нової технологічної лінії. На основі проведених розрахунків розроблено кінематичну схему експериментальної установки для одержання короткого волокна з відходів тіпання.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень процесу одержання короткого лляного волокна, здійснено перевірку теоретичних розрахунків і визначено основні залежності показників якості волокна від параметрів обробки на експериментальному обладнанні. Його відмінність від типових куделеприготувальних агрегатів полягає в тому, що змінено конструкцію живильника, м'яльної машини і додатково введено пристрій для паралелізації волокон. За рахунок застосування експериментальної м'яльної машини та паралелізатора з кілками, які переміщуються всередину барабана завдяки зміщенню центра їх обертання відносно осі цього барабана, відпадає необхідність у використанні тіпальної частини куделепрготувального агрегату.

Попередні дослідження, які було здійснено на комплекті кілкових барабанів з прямими кілками, показали, що не вся відокремлена костриця виводилась із зони обробки, а також спостерігалося намотування волокна на барабани. У зв'язку з цим було змінено кут нахилу кілків, що дозволило запобігти намотуванню волокна та сприяло видаленню вільної костриці. Математичні розрахунки та обґрунтування вибору кута нахилу кілків наведено в розділі 3.1 дисертаційної роботи.

Процес одержання короткого волокна з відходів тіпання за новою технологією здійснюється в такій послідовності. Відходи тіпання пневмотранспортом подаються на трясильну машину, з якої шар волокна надходить в живильно-потоншувальний механізм. Там відбувається потоншення шару волокон і їх витягування в комплекті кілкових барабанів з витяжними вальцями. Витягування і розпрямлення волокон у шарі здійснюється за рахунок різниці швидкостей верхнього та нижнього кілкових барабанів, оскільки верхній кілковий барабан має в два рази більшу швидкість обертання.

Як показали дослідження, для забезпечення ефективності процесу м'яття з урахуванням пропускної здатності обладнання максимальна товщина шару сировини в середньому не повинна перевищувати 5 мм при швидкості його подачі х = 3,8 м/хв. Дотримання цієї умови забезпечується за рахунок різниці швидкостей кілкових барабанів і витяжних пар рифлених вальців.

Визначено, що для досягнення необхідного потоншення шару сировини потрібно встановити п'ять витяжних переходів, які складаються з пари кілкових барабанів і пари витяжних рифлених вальців.

Розволокнений, потоншений і частково знекострений шар волокна подається в м'яльну машину. На підставі отриманих значень вмісту зв'язаної костриці було експериментально визначено оптимальну кількість пар дрібнорифлених вальців у дослідній м'яльній машині.

Дані, наведені в табл. 2, свідчать, що показник вмісту зв'язаної костриці після проходження шару волокна через п'ять пар дрібнорифлених вальців суттєво не змінюється і тому в дослідній м'яльній машині доцільно встановлювати саме п'ять пар вальців. Їх діаметри визначено з урахуванням швидкості шару та частоти обертання робочих органів. Пром'ятий і звільнений від зв'язаної костриці шар волокна подається до механізму паралелізації, де він проходить через пари барабанів з площинно-конусними кілками. Кілки переміщуються всередину барабана за рахунок зміщення центра їх обертання щодо осі цього барабана. Це необхідно для того, щоб запобігти захоплюванню волокна і його намотуванню на барабани.

Для проведення експерименту використовувалися відходи тіпання без попереднього підсушування. Їх вологість перед обробкою становила 14,0%, що не перевищує нормованої вологості сировини, яка переробляється на м'яльно-тіпальному агрегаті. Висота шару дорівнювала 250 мм, частота обертання кілкових барабанів установлювалася згідно з розрахунками.

Таблиця 2 Вміст зв'язаної костриці в залежності від кількості пар вальців

Кількість пар вальців	Вміст зв'язаної костриці, %	Темп приросту, %
1	10,36	-
2	8,94	-13,70
3	6,78	-24,16
4	5,58	-17,70
5	4,84	-6,61
6	4,52	-3,32
7	4,37	-0,15

За результатами досліджень побудовано діаграми розподілу волокон за довжиною для визначення ступеня паралелізації на кожному переході технологічного процесу.

Аналізуючи графіки, наведені на рис. 3, можна зробити висновок, що під дією кілкових барабанів відбувається поступова паралелізація волокон. Після обробки на першій парі кілкових барабанів відсотковий вміст волокон завдовжки 30-40 мм становить 9,2%. Подальша обробка на другій і третій парі кілкових барабанів живильника-потоншувача сприяє підвищенню відсоткового вмісту волокон цієї довжини до 16,1% і 17,5% відповідно. При цьому волокно очищується від вільної костриці, поступово розволокнюється і потоншується, до того ж дія кілків суттєво не впливає на міцність волокна. Проте після обробки на живильно-потоншувальному механізмі в шарі сировини наявна значна кількість невідокремленого від деревини волокна. Для подальшого руйнування зв'язку між деревиною та волокном, відділення зв'язаної костриці, а також підготовки шару короткого волокна до остаточної паралелізації він обробляється на м'яльній машині з дрібнорифленими вальцями.

Ступінь паралелізації волокна в куделеприготуванні істотно впливає на процес механічної обробки і відповідно на якість короткого волокна. Однак на льонопереробних підприємствах необхідний ступінь паралелізації не досягається через недосконалість здійснення цього процесу в живильнику ПКМ.

Зміну ступеня паралелізації короткого волокна в залежності від кроку кілків досліджували шляхом обробки на паралелізаційному механізмі з кілковими барабанами, де змінювали крок кілків за розробленою в дисертаційній роботі схемою проведення досліджень.

Для одержання короткого волокна льону, показники якості якого після штапелювання найбільш близькі до аналогічних параметрів бавовни, обробку здійснювали на трьох парах кілкових барабанів з різним кроком кілків: 20 мм; 15 мм; 10 мм. Ступінь паралелізації волокна визначали згідно з методикою, запропонованою в підрозділі 2.6 даної дисертаційної роботи. Обробка шару волокна на першому кілковому барабані з кроком кілків t = 20 мм спричиняє зміну розподілу волокон за довжиною. Так, після цієї обробки вміст волокон завдовжки 30-40 мм становив 20,5 %, тоді як вміст волокон пухової групи дорівнював 7,8 % (рис. 4).

Аналіз діаграм, наведених на рис. 4, свідчить, що ступінь паралелізації волокон зростає від першої пари барабанів до третьої, але після обробки на третій парі спостерігається деяке зростання кількості волокон пухової групи. Так, після обробки шару волокна на кілкових барабанах із кроком кілків 15 мм вміст волокон завдовжки 30-40 мм становить 25,01%, а волокон пухової групи - 9,1%. Аналогічні показники після обробки на третьому кілковому барабані з кроком кілків 10 мм становлять відповідно 25,7% і 10,2%. Тому недоцільно встановлювати в паралелізаційному вузлі четверту пару кілкових барабанів.

Оскільки на кілкових барабанах паралелізатора встановлено площинно-конусні кілки, це дозволяє збільшити їх кількість і розділити шар волокна. Волокна, які затискаються в полі паралелізації, розділяються на більш дрібні пучки, що сприяє підвищенню рівномірності шару, розпрямленню волокон і збільшенню ступеня їх паралелізації.

Виходячи з результатів проведених досліджень, необхідний крок площинно-конусних кілків становить 20 мм; 15 мм; 10 мм. Крок кілків 5 мм є неприпустимим, тому що при проходженні шару волокна через кілкові барабани з цим кроком відбувається інтенсивне дроблення волокон, за рахунок чого утворюється велика кількість волокон пухової групи, які при подальшій переробці випадають в пачоси.

Таким чином, під час експериментальних досліджень нами визначено оптимальні параметри і режими переробки відходів тіпання, які сприяють підвищенню рівня очищення короткого лляного волокна від костриці та смітних домішок порівняно з діючим куделеприготувальним агрегатом.

Якість отриманого короткого волокна, підготовленого до подальшої переробки, характеризується згідно з ГОСТ 9394 - 76 вмістом костриці та розривним навантаженням.

Порівняльну характеристику показників якості короткого волокна, отриманого на діючому устаткуванні за традиційною технологією і одержаного після застосування запропонованої експериментальної технології обробки відходів тіпання, наведено в табл. 3.

Таблиця 3 Показники якості короткого волокна, одержаного за різними технологіями

Показники	КПАЛ	ЦНДІЛК	Експериментальна технологія
Пухова група(0-15 мм), %	-	7,6	10,2
Волокна прядильної групи, %	15-30 мм	-	61,5	41,7
	30-40 мм	-	30,6	25,7
	40-50 мм	-	0,2	9,6
	понад 50 мм	-	0,1	12,8
Вміст костриці %	18,3	2,6	3,8
Розривне навантаження, даН	10,1	16,6	15,5

Аналіз даних табл. 3 і графіків, наведених на рис. 5-6, свідчить, що коротке волокно, отримане за експериментальною технологією, має підвищену якість, оскільки його міцність вище, а вміст домішок у ньому значно нижче, ніж у волокні, одержаному за традиційною технологією. Лінія ЦНДІЛК має незначні переваги, але кінцевим продуктом, отриманим на даній лінії, є модифіковане волокно - котонін.

Як видно з результатів досліджень, внаслідок обробки на експериментальній технологічній лінії розривне навантаження короткого волокна знижується на меншу величину, ніж після обробки на КПАЛ. Так, після обробки на КПАЛ відходів тіпання, міцність яких становить 19,4 даН, одержали коротке волокно з показником розривного навантаження 10,1 даН, а при застосуванні нової технології розривне навантаження короткого волокна дорівнює 15,5 даН. Вміст костриці у волокні, отриманому за традиційною технологією, становить 18,3%, а аналогічний показник для волокна, одержаного за новою технологією, дорівнює 3,8%. Крім того, після обробки на експериментальній технологічній лінії спостерігається більш рівномірний розподіл волокон по інтервалам довжин, ніж при обробці на куделеприготувальному агрегаті.

Таким чином застосування запропонованої в даній дисертаційній роботі технології забезпечить одержання короткого волокна підвищеної якості за рахунок зниження вмісту костриці, збереження міцності волокна та зменшення ступеня його руйнування порівняно з існуючими технологіями переробки відходів тіпання.

У п'ятому розділі наведено техніко-економічне обґрунтування впровадження нової технології одержання короткого лляного волокна підвищеної якості. На основі аналізу результатів досліджень визначено, що очікуваний річний економічний ефект від використання запропонованої технології в процесі виробництва короткого волокна становить 560 тис грн., що в перерахунку на 1 тону продукції це складе 1125 грн., за рахунок підвищення його якості, а рівень рентабельності виробництва лляної продукції збільшився майже в два рази і дорівнює 30,7 %.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Розроблено нову технологію одержання короткого лляного волокна підвищеної якості з відходів тіпання за рахунок оптимізації процесів потоншення, м'яття та паралелізації волокон. Доведено, що розволокнення шару відходів тіпання при його потоншенні та паралелізація волокон сприяють більш інтенсивному виділенню вільної костриці, а застосування експериментальної м'яльної машини та відсутність процесу тіпання сприяє збереженню міцності волокна.

Теоретично обгрунтовано й експериментально підтверджено вибір оптимальних режимів обробки відходів тіпання та конструктивних параметрів окремих вузлів і робочих органів нової технологічної лінії одержання короткого волокна. Визначено найбільш раціональну форму робочих органів, якими є площинно-конусні кілки, а також оптимальний кут їх нахилу.

Встановлено, що для забезпечення ефективності технологічного процесу з урахуванням пропускної здатності обладнання при максимальній виробничій висоті шару відходів тіпання 250 мм коефіцієнт потоншення в живильнику-потоншувачі повинен становити Я = 50. Це досягається за рахунок різниці швидкостей кілкових барабанів і витяжних пар рифлених вальців.

Вперше запропоновано для інтенсифікації процесу руйнування зв'язку між коротким волокном і зв'язаною кострицею застосовувати м'яльну машину з дрібнорифленими вальцями. Експериментально визначено, що оптимальна кількість пар вальців у цій машині дорівнює п'яти. Вміст костриці в короткому волокні, одержаному за новою технологією, становить 3,8 %, що в 4,7 рази менше порівняно з куделеприготувальним агрегатом.

Встановлено, що оптимальний ступінь паралелізації короткого волокна з урахуванням вмісту волокон пухової групи досягається при обробці сировини в паралелізаційному механізмі з трьома парами кілкових барабанів, у яких крок кілків по довжині барабана в першій, другій та третій парах становить відповідно 20, 15 і 10 мм.

Визначено, що для забезпечення оптимального ступеня паралелізації волокна, а також додаткового очищення його від костриці під час обробки на живильно-паралелізаційному комплексі, частота обертання верхніх кілкових барабанів повинна не менше ніж у два рази перевищувати частоту обертання нижніх барабанів.

Встановлено, що вологість відходів тіпання при переробці їх за новою технологією не має значного впливу на показник вмісту костриці в короткому волокні, який при вологості вхідної сировини 8%; 14%; 20% становить відповідно 4,97%; 6,54%; 9,84%. Таким чином, відпадає необхідність підсушувати відходи тіпання перед їх переробкою на коротке волокно.

Теоретично і експериментально доведено, що застосування запропонованої технології сприяє підвищенню якісних показників короткого лляного волокна порівняно з традиційною технологією, за рахунок зменшення його закостриченості. Крім того, розривне навантаження волокна, одержаного за новою технологією, на 5,4 даН вище, ніж у волокна, отриманого за традиційною технологією.

9.Економічно обгрунтовано доцільність використання нової технології одержання короткого лляного волокна підвищеної якості з відходів тіпання. Визначено, що очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованої технології становить 560 тис. грн., що в перерахунку на 1 тону продукції це складе 1125 грн., за рахунок підвищення його якості, а рентабельність виробництва збільшилася майже в два рази і дорівнює 30,7%.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для здійснення технологічного процесу одержання короткого лляного волокна з підвищеними якісними показниками рекомендовано впровадити у виробництво такі заходи:

- розволокнення та потоншення шару волокна проводити в живильно-потоншувальному комплексі, що сприятиме видаленню вільної костриці та рівномірному розташуванню волокон відносно одне одного;

- руйнування зв'язку між деревиною і волокном для видалення зв'язаної костриці здійснювати в м'яльній машині з дрібнорифленими вальцями;

- остаточне видалення зв'язаної костриці та паралелізацію волокон проводити в паралелізаційному механізмі з кілками, які переміщуються

всередину барабана за рахунок зміщення центра їх обертання відносно осі цього барабана;

- подальшу переробку підготовленого короткого волокна здійснювати на стрічково-штапелювальному обладнанні та трясильній машині з верхнім гребінним полем;

- розробити технічний проект з виготовлення промислового обладнання та провести його виробничі випробування.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Мєшков Ю.Є., Чурсіна Л.А. Сучасний стан технології і обладнання модифікації короткого лляного волокна // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2004. - Вип. 18. - С. 32 - 36. Особистий внесок: аналіз сучасного стану технології та обладнання модифікації короткого лляного волокна, виявлення основних недоліків існуючих способів підготовки сировини до подальшої переробки.

2. Мєшков Ю.Є. Модифіковані лляні волокна - новий вид бавовноподібних натуральних волокон // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2004. - №1(8). - С. 118 - 121.

3. Мєшков Ю.Є. Модифіковані лляні волокна - область перспективних технологій // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2004. - №2(9). - С. 50 - 53.

4. Гілязетдінов Р.Н., Макаєв В.І., Мєшков Ю.Є. Вплив строків брання льону-довгунця на якість довгого волокна // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2004. - №1(10). - С. 35 - 37. Особистий внесок: визначення строків брання льону та здійснення контролю за процесом перетворення соломи в тресту, аналіз переробки трести на лабораторному обладнанні, формалізація даних.

5. Мєшков Ю.Є., Коб'яков С.М. Удосконалення процесу отримання короткого волокна льону і зниження витрат на його виробництво // Легка промисловість. - 2005. - № 4. - С. 59. Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень з удосконалення процесу отримання короткого волокна льону, аналіз факторів, що впливають на процес зниження вмісту костриці.

6. Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Мєшков Ю.Є. Отримання лубу конопель із заданими параметрами зі стебел з різними фізико-механічними властивостями // Легка промисловість. - 2006. - № 1. - С. 51 -53. Особистий внесок: постановка завдання досліджень та обґрунтування економічної ефективності впровадження нової технології з урахуванням отримання додаткових коштів від переробки відходів виробництва в будівельній галузі.

7. Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Лук'яненко П.В., Баранник В.Г., Мєшков Ю.Є. Шляхи удосконалення технології збирання та переробки насіннєвих конопель // Легка промисловість. - 2006. - № 2. - С. 46 - 47. Особистий внесок: Коропченко С.П аналіз технологічного процесу виділення лубу конопель; Гілязетдінов Р.Н пошук та обгрунтування досліджень; Лук'яненко П. В аналіз технологій збирання насіннєвих конопель; Баранник В.Г обґрунтування основних операцій процесу переробки конопель; Мєшков Ю.Є. економічний порівняльний аналіз технології збирання та первинної переробки насінневих конопель.

8. Пат. 14280 U Україна, МПК D01В1/32. Живильник куделеприготувальних машин / С.М. Коб'яков, Ю.Є. Мєшков; Заявл. 21.10.05; Опубл. 15.05.06, Бюл. № 5. - 2 с.

9. Пат. 14379 U Україна, МПК D01D1/00. Спосіб одержання короткого волокна з відходів тіпання і низькосортної лляної трести / С.М. Коб'яков,Ю.Є. Мєшков; Заявл. 14.11.05; Опубл. 15.05.06, Бюл. № 5. - 3 с.

10. Мєшков Ю.Є., Коб'яков С.М. Аналіз штапелювання короткого лляного волокна в процесі його модифікації // Матеріали VIII Міжнародної науково-практичної конференції (7-21 лютого 2005 р.) „Наука і освіта, 2005”.- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005. - С. 57 - 58. Особистий внесок: аналіз процесу штапелювання короткого лляного волокна, розробка рекомендацій з вибору оптимального технологічного способу вкорочення волокон.

11. Мєшков Ю.Є., Коб'яков С.М. Проблеми підготовки лляної сировини, аналіз процесу виробництва короткого волокна // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2005. - №1(10). - С. 282 - 284. Особистий внесок: аналіз і обґрунтування напрямків розвитку технології виробництва короткого лляного волокна та удосконалення діючого обладнання.

12. Мєшков Ю.Є., Коб'яков С.М. Процес паралелізації короткого волокна в куделеприготуванні і його удосконалення // Матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції (20 - 28 лютого 2006 р.). - Дніпропетровськ: „Сучасні наукові дослідження - 2006”. Наука і освіта, 2005. - С. 41--43. Особистий внесок: теоретичне обґрунтування можливості паралелізації короткого лляного волокна безпосередньо в процесі його виробництва.

Размещено на Allbest.ru

...