Задачи первичной обработки лубяных волокон общая характеристика процессов слоеформирования, мятья и трепания

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАЧИ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЛУБЯНЫХ ВОЛОКОН ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ СЛОЕФОРМИРОВАНИЯ, МЯТЬЯ И ТРЕПАНИЯ

Вопросы:

1. Сущность и последовательность процессов при механической обработке лубоволокнистого сырья

2. Условия разрушения стеблей, общая характеристика процесса мятья

3. Характеристика процессов слоеформирования и трепания, оборудование, осуществляющее эти процессы

1. Сущность и последовательность процессов при механической обработке лубоволокнистого сырья

Механическая обработка стеблей льна предназначена для выделения из стеблей волокна или луба.

Процесс выделения волокна заключается в разрушении конструкции стеблей с нарушением связи между волокном и древесиной и разделении волокна и древесины. Для разрушения стеблей используют их поперечное сжатие (плющение) и изгиб на мяльной машине. Волокно от древесины отделяют путем трепания промятых стеблей на трепальных машинах различных конструкций.

Последовательность и характер операций, с помощью которых получают лубяные волокна, обусловлены особенностями строения различных лубяных растений, а также организационно-экономическими и технологическими соображениями.

В настоящее время применяют следующие способы первичной обработки лубяных культур: сухой тресты; мокрой тресты; сухих стеблей; зеленого луба. По первому способу перерабатывают лен и коноплю, причем он имеет две разновидности: А и Б. Различаются они тем, что в одном случае приготовление тресты осуществляется в колхозах (разновидность Л), в другом (разновидность Б) -- на заводе. Пока наибольшее распространение имеет первый вариант, по которому вытеребленные и обмолоченные стебли (солому) расстилают на полях (льнище) или лугах. В стеблях развиваются различные микроорганизмы, которые разрушают покровные и паренхимные ткани, окружающие лубяные волокна. При этом стебли превращаются в тресту. механический лубоволокнистый слоеформирование трепание

Подсушенную тресту обрабатывают на мяльных и трепальных машинах. На мяльных машинах сухие стебли изламывают на мелкие участки, добиваясь нарушения связи между волокнистой тканью и древесиной; на трепальных машинах ударными воздействиями удаляют из волокна древесину (костру) и остатки разрушенных покровных и паренхимных тканей. Полученное длинное волокно сортируют и пакуют для отправки на текстильные фабрики.

При очистке длинного волокна от древесины под трепальную машину выпадают отходы трепания -- смесь костры и коротких перепутанных волокон, содранных с длинного волокна при его обработке, а иногда и длинных, волокон, выпавших из зажимного транспортера трепальной машины. Отходы трепания также обрабатывают, выделяя из них чистое короткое волокно, широко используемое в текстильной промышленности. Сначала их пропускают через трясильную машину для удаления большей части костры, не связанной с волокном, а затем подсушивают и обрабатывают на куделеприготовительной машине, которая очищает короткое волокно от костры почти полностью. На этой же машине обрабатывают короткостебельную тресту и путанину, предварительно пропустив ее через мяльную и трясильную машины, а также через сушильную. Полученное короткое волокно оценивают, упаковывают в кипы и отправляют на склад.

Третий способ первичной обработки, применяемый в небольших количествах для льна, заключается в том, что сначала производят обогащение сырья - путем механической обработки отделяют от стеблей коровую часть их (луб). Для выделения из луба волокна его подвергают соответствующей химической обработке, при которой разрушают и удаляют покровные и паренхимные ткани. Эту операцию выполняют уже не на заводах, а на льнообрабатывающих предприятиях.

Льносолому на луб перерабатывают по-разному. Наиболее старым способом является обработка соломы на мяльно-трепальных агрегатах. В связи с тем, что камбиальный слой, соединяющий лубяную часть стебля с древесиной, в сухом виде обладает высокой прочностью, солому подвергают интенсивной механической обработке, используя для этого специальное оборудование.

Полученный длинный луб отправляют на льнопрядильные фабрики для дальнейшей переработки. Короткий луб используют в других отраслях промышленности. По этой причине данный способ обработки луба не получил распространения.

2. Условия разрушения стеблей, общая характеристика процесса мятья

В поперечном сечении стебля лубяного растения виден ряд кольцеобразно расположенных тканей, имеющих различное строение. Ткани можно объединить в две группы, отличающиеся друг от друга механическими свойствами: 1) кору с расположенными в ней волокнами и 2) древесину с сердцевиной. Границей между корой и древесиной служит камбий -- ткань, обладающая сравнительно небольшой прочностью.

Прочность стебля обусловлена особенностями его строения. По своему строению он напоминает железобетонную колонну: роль стальной арматуры в нем играют волокнистые пучки, а бетона - паренхимные ткани коры и древесины. Волокнистые пучки отличаются высокой прочностью на растяжение и хорошей гибкостью. В противоположность волокнам ткани древесины плохо воспринимают растягивающие напряжения, но хорошо выдерживают сжимающие нагрузки.

Эти различия в механических свойствах коры и древесины стебля используют при механической обработке.

Чем больше разница в механических свойствах коровой части стебля и древесины, тем легче стебель разрушить и выделить из него волокно.

Механической обработке подвергают стебли тресты (при выделении из них волокна), а также стебли, не обработанные биологическим или химическим путем (при выделении из них луба). В стеблях тресты связь между волокнистыми пучками и окружающими тканями значительно ослаблена биологической или химической обработкой.

Процесс выделения волокна из стеблей можно разделить на две стадии:

1) изламывание стеблей с нарушением связи между волокном и древесиной и 2) разделение волокна и древесины.

Эти стадии могут осуществляться раздельно и одновременно. Например, при получении волокна из сухой тресты сначала стебли изламывают на мяльной машине, затем волокно отделяют от древесины трепанием. При обработке мокрой тресты кенафа эти операции совершаются одновременно. Опыты показали, что такие механические воздействия, как растяжение, продольное сжатие и скручивание, не могут быть использованы для разрушения стеблей, так как при этих деформациях не нарушается связь между волокнистой частью стебля и древесиной. Для рационального разрушения стеблей используют только поперечное сжатие стеблей (плющение) и их изгиб.

Плющение. Данный процесс представляет собой прокатку стеблей между вращающимися гладкими вальцами. Верхний валец с большой силой прижимается к нижнему. Этот вид обработки стеблей лубяных растений используют на мяльных машинах.

При плющении связь между волокном и древесиной ослабляется, что облегчает их разделение. Плющение является также необходимой подготовительной операцией перед мятьем, при котором различие между тонкими и толстыми стеблями уменьшается, обрабатываемый материал становится более однородным. При изломе несплющенных стеблей волокна могут разорваться. Результаты плющения зависят от диаметра плющильных вальцов, давления верхнего вальца на нижний, и состояния обрабатываемого сырья.

При плющении стебли должны быть втянуты в зону обработки. При малом диаметре вальцов стебли в зону обработки не втягиваются.

На рис. 1 изображены вращающиеся вальцы и стебель, соприкасающийся с ними в точках А и К.

Рис. 1. Схема втягивания стебля в плющильную пару.

Со стороны вальцов на стебель в этих точках действуют нормальное давление N, направленное перпендикулярно поверхности вальца (по радиусу) и сила трения F, направленная по касательной к поверхности (на рисунке силы, действующие в точке К, не показаны). Силы N и F могут быть разложены на составляющие, направленные вдоль стебля (S и Г) и перпендикулярно ему (Q и М). Силы Q и М сплющивают стебель. Силы S и Т направлены в противоположные стороны, при этом сила S выталкивает стебель из зоны плющения, а сила Т втягивает его.

В плющильных парах должны быть созданы такие условия, при которых сила втягивания Т была бы больше силы выталкивания S. Так как

Т = F cos б= fN cos б,

S = N sin б,

где f--коэффициент трения между стеблем и вальцами; б --угол захвата, то неравенство T>S будет иметь вид

fN cos б > N sin б или f >tg б.

Таким образом, для захвата стебля вальцами необходимо, чтобы тангенс угла захвата был меньше коэффициента трения между стеблем и вальцами.

Величина угла захвата обусловлена диаметром вальцов D, толщиной стебля до сплющивания d и зазором между вальцами h.

Зависимость между указанными параметрами следующая:

0В = ОА cos б =(D/2)cos б ;

ОВ=D/2+h/2 -d/2

Приравнивая правые части этих равенств, получаем

Dcos б = D + h -- d;

d -- h = D -- D cos б = D (1 -- cos б);

D= d--h/1 -- COS б

Выражая cos б через tg б, имеем

Если принять tgб= f (при этом условии захват стебля теоретически возможен), то

D = (d -- h)

Полученное выражение устанавливает зависимость между диаметром плющильных вальцов, с одной стороны, и толщиной стебля, зазором между вальцами и коэффициентом трения -- с другой. Эта зависимость может быть изображена графически. Из рис. 2а видно, что при постоянных значениях зазора между вальцами (h) и коэффициента трения между стеблем и вальцами (f) диаметр вальцов, необходимый для втягивания стебля в зону плющения, должен быть тем больше, чем толще стебли или слой их.

При постоянных значениях толщины стебля до сплющивания (d) и зазора между вальцами (h) диаметр вальцов должен увеличиваться при уменьшении коэффициента трения (рис. 2б).

Рис. 2. Зависимости диаметра плющильных вальцов от толщины стеблей (а) и коэффициента трения (б)

При плющении нарушаются или ослабляются связи между волокнистой частью стебля и древесиной. Объясняется это следующим.

Слой, расположенный на поверхности стебля, при плющении деформируется (рис. 3).

Рис. 3. Схема деформации слоя при плющении.

Например, участок АС до сплющивания имел длину АВ. При плющении длина этого участка увеличивается за счет его растягивания. Другие участки стебля также растягиваются, но в разной степени. В связи с этим между ними возникают усилия сдвига или касательные напряжения.

Поскольку связь между корой и древесиной, разделенными камбиальным слоем, значительно слабее, чем связь между однородными частицами коры или между частицами древесины, сдвиг при плющении стебля происходит по границе между лубом (волокном) и древесиной.

Напряжения сдвига зависят от диаметра вальцов D, толщины стеблей и давления при плющении P. Исследованиями установлено, что сдвиг волокна (луба) относительно древесины тем эффективнее, чем больше давление на стебли и меньше диаметр вальцов. При этом необходимо отметить, что увеличение давления повышает технологический эффект только до определенного предела. Для льнотресты предельное удельное давление 10 Н на 1мм ширины слоя стеблей.

Чтобы обрабатываемый материал надежно захватывался вальцами, их диаметр должен быть большим. Однако для создания лучших условий нарушения связи между волокном и древесиной он должен быть небольшим.

При конструировании плющильных пар принимают небольшой диаметр вальцов, но такой, который обеспечивает втягивание стеблей в зону обработки.

Для стеблей, у которых сила сцепления между коровой частью и древесиной невелика, для полного нарушения связи между ними достаточно плющения. Чаще эта связь только ослабляется и необходимы дополнительные воздействия на стебель для ее окончательного нарушения. Обычно плющильная пара входит в состав набора вальцов мяльной машины.

Изгиб -- излом стеблей. Если на стебель, расположенный на двух опорах, перпендикулярно ему действует усилие Р (рис. 4), то стебель сначала изгибается на всем участке между опорами, а затем в точке приложения силы Р происходит излом. При этом могут быть изломы трех различных видов (рис. 5):

Рис. 4. Схема изгиба стебля: а -- общий изгиб; б -- местный излом

--разрываются и волокно, и древесина (при изломе сухих толстых стеблей, не подвергавшихся плющению); 2 - не разрываются ни волокно, ни древесина стеблей с повышенной влажностью); 3 - разрушается древесина, волокно отделяется.

Рис. 5. Виды излома стеблей.

Излом последнего вида наиболее рационален. При изгибе любого стебля можно добиться отделения волокна от древесины. Для этого необходимо стебель изламывать на участки, величина которых будет меньше критической длины Lкр, зависящей от размеров и физических свойств стебля. Если стебель изламывать на участки большей величины, чем критическая длина, то отделения волокна или луба от древесины не произойдет, а будет изгиб -- излом первого или второго вида в зависимости от размеров и состояния стеблей.

Таким образом, стебли следует изламывать на участки небольшой длины, меньше критической. Тогда одновременно с изломом стебля нарушается связь между волокном и древесиной. Такую закономерность можно объяснить. Из курса сопротивле-ния материалов известно, что при изгибе любого стержня, в том числе и стебля, в нем, кроме нормальных напряжений (растяжения и сжатия), возникают касательные напряжения, направленные вдоль стержня. Эти напряжения стремятся сдвинуть частицы изгибаемого стержня относительно друг друга в осевом направлении. Касательные напряжения большой величины при изгибе стебля могут привести к сдвигу луба (или волокна) относительно древесины по камбиальному слою, который, как известно, весьма непрочен. Величина касательных (сдвигающих) напряжений прямо пропорциональна величине изгибающей силы и зависит от размеров поперечного сечения стебля.

Рассмотрим, от чего же зависит величина изгибающей силы. Для излома каждого стебля необходим строго определенный изгибающий (разрушающий) момент Мразр. Он зависит от раз-меров поперечного сечения стебля и удельной прочности мате-риала, из которого он состоит (древесины, волокна).

Величину прикладываемого к стеблю изгибающего момента определяет величина изгибающей силы Р и расстояние между опорами L(см. рис. 5, а):

Мизг=PL/4

Если изгибающий момент несколько больше разрушающего момента, то произойдет излом. Условие излома:

Mизг ?Mразр. PL/4? Mразр.

Как указывалось, Мразр. для данного стебля имеет вполне определенное значение, т. е. постоянен. Величины Р и L можно изменять. Если Lувеличить, то для излома стебля необходима небольшая сила Р. Если же L уменьшить, то силу Р необходимо увеличить. Чем больше изгибающая сила Р, тем больше касательные напряжения в стебле, создающие сдвиг волокна относительно древесины. Следовательно, если стебель изламывается на длинные участки, то излом произойдет без сдвига волокна относительно древесины (сила Р, а следовательно, и касательные напряжения слишком малы). Уменьшая расстояние между опорами, можно добиться такого положения, при котором касательные напряжения будут больше сил сцепления волокна с древесиной. В результате этого они сдвинутся относительно друг друга. Длина участков, на которые изламывается стебель, является критической. При изломе стебля на еще более мелкие участки также волокно отделяется от древесины.

Для стеблей с большим удельным сцеплением волокнистого слоя с древесиной (перезрелый стебель -- при выделении луба, недомоченный -- при выделении волокна) необходимо увеличить сдвигающую силу, для чего стебель изламывают на мелкие участки. Для стеблей с сильно разрушенной связью волокнистого слоя с древесиной критическая длина будет больше и их можно изламывать на более крупные участки. При этом волокно относительно древесины сдвигается.

Критическая длина зависит от влажности стеблей: чем они суше, тем Lкр больше. Для вершинной части стебля Lкр всегда меньше, чем для срединной и комлевой, для тонких стеблей она меньше, чем для толстых.

Критическая длина показывает, на какие участки следует изламывать стебель, чтобы одновременно с изломом нарушалась связь между волокном и древесиной. С другой стороны, величина участков, на которые изламывается стебель при мятье, определяется расстоянием между изламывающими органами, т. е. между рифлями вальца мяльной машины (шагом рифлей). Зная свойства стеблей, т. е. величину Lкр для них, можно установить оптимальные размеры рифленых мяльных вальцов.

Выше отмечалось, что возможен излом стебля, при котором разрываются и древесина, и волокно. Это наблюдается, когда толстостенный несплющенный стебель со значительной связью между волокнистой частью и древесиной изламывают на большие участки. В волокне еще до его сдвига относительно древесины создаются растягивающие напряжения, превышающие предел прочности. Такие стебли необходимо предварительно сплющить в плющильной паре или в вальцах отлогого рифления, устанавливаемых в начале мяльной машины.

Для излома стебля его угол изгиба следует довести до величины, называемой углом излома ц. Этот угол заключен между одной частью стебля в момент его излома и продолжением другой (см. рис. 5б). Угол излома обусловливается свойствами стебля. Исследованиями установлено, что угол излома для вер-хушки стебля больше, чем для комля; для тонких стеблей больше, чем для толстых; у стеблей недомоченной тресты больше, чем у нормально вымоченных стеблей и резко увеличивается при повышении влажности стеблей.

Критическая длина и угол излома для данного стебля характеризуют его обрабатываемость на мяльной машине: при больших значениях Lкр и малых значениях ц в процессе мятья древесина хорошо отделяется от волокна, а при малых значениях Lкр и больших значениях ц - плохо (при одних и тех же параметрах мяльного процесса).

3. Характеристика процессов слоеформирования и трепания, оборудование, осуществляющее эти процессы

Первая операция при переработке льнотресты на мяльно-трепальном агрегате - формирование слоя. Основное требование к этой операции - обеспечить слой льнотресты заданной толщины и равномерности, выровнять его по комлям и направить в мяльную машину под определенным углом, который бы обеспечил качественную переработку стеблей в плющильных и мяльных вальцах. С этой целью применяются следующие операции: комлеподбивание, утонение слоя в слоеутоняющем механизме, перекос стеблей в перекашивающем устройстве.

Трепание происходит в результате воздействия рабочих органов трепальной машины - бильных планок и планок подбильных решеток при их вращении - на обрабатываемый материал, который непрерывно перемещается зажимным транспортером вдоль машины. При этом рабочая кромка бильной планки скользит по свисающей пряди волокна до ее конца. Под действием инерционных сил происходит захлестывание конца пряди за бильную планку, что вызывает ее натяжение. Натянутая прядь огибает заостренные рабочие кромки бильных планок и скользит по ним с большой скоростью. Под действием этих сил из пряди сырца удаляется (соскабливается) костра.

По мере трепания закостренность снижается со 150-200% до 2-6%.

Поточная технологическая линия выработки длинного льняного волокна состоит из следующего оборудования: конвейерной паровой сушилки СКП - 1-10ЛУ (на рисунке не указана), слоеформирующей машины СМ-3, мяльно-трепального агрегата МТ -100-Л с механизмом сортировки волокна в потоке СВП (рис. 6).

Поточная технологическая линия выработки короткого волокна из отходов трепания состоит из: трясильной машины, конвейерной многозонной паровой сушилки СКП-10КУ, куделеприготовительной машины с питателем (рис. 7).

Рис. 6. Технологическая схема мяльно-трепального агрегата МТА-1Л: I - слоеформирующая машина; II- мяльная машина; III- трепальная машина.

Рис. 7. Технологическая схема куделеприготовительной машины

Размещено на Allbest.ru