Производство короткого льняного волокна и луба

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство короткого льняного волокна и луба

Для получения короткого волокна используются отходы трепания, путанина и некондиционная треста, которую невыгодно перерабатывать на длинное волокно. Отходы трепания получаются при переработке тресты на мяльно-трепальных агрегатах и представляют собой спутанную и крайне неоднородную массу костры и волокна. Отдельные волокна резко отличны друг от друга по длине, содержанию в них неотделившейся костры, прочности и другим свойствам.

Длина волокон в отходах трепания колеблется от 50 до 500 мм и более, составляя в среднем 200-250 мм. Наличие большого количества длинных волокон в отходах трепания является свидетельством плохой обработки тресты на мяльно-трепальном агрегате, когда длинные стебли из-за большой растянутости и дезориентации их в слое не попадают в зажим конвейеров трепальной машины в первой или второй секциях и выпадают. Причинами выпадения длинного волокна в отходы могут быть также повышенная неравномерность перерабатываемого слоя по толщине и разрывы его на отдельные части.

Количество свободной и связанной с волокном костры в отходах трепания зависит от свойств перерабатываемой тресты и места их выделения в процессе трепания.

В среднем закостренность отходов составляет 250-270%, т. е. на 1 ед. массы волокна приходится 2,5 ... 2,7 ед. массы костры.

Соотношение свободной и неотделившейся (связанной) костры составляет примерно 60:40. В отходах трепания, выделившихся в первой секции трепальной машины, доля неотделившейся костры выше, чем во второй. Это объясняется тем, что в первой секции в отходы выпадает значительное количество стеблей, не попавших в зажим конвейера.

Технологический процесс обработки отходов трепания (рис. 1) включает:

Рис. 1. Схема технологического процесса обработки отходов трепания

предварительное обогащение их на первой трясильной машине 1, сушку в сушильной машине 2, протрясывание на второй трясильной машине 3, формирование слоя в слоеутоняющем механизме 4, мятье в мяльной машине 5, трепание в трепальной машине 6 и окончательную очистку на третьей трясильной машине 7. Наиболее интенсивно костра выделяется на первой трясильной машине, расположенной перед сушильной машиной. После обработки на ней закостренность отходов снижается примерно с 260 до 160%, а их масса уменьшается в 1,4 раза.

Подсушка отходов трепания проводится для снижения влажности от 12... 13 до 6...7%.

Необходимость такой операции объясняется тем, что при уменьшении влажности в этом диапазоне резко повышается жесткость и ломкость костры, за счет чего облегчаются условия ее выделения из волокна.

После сушки отходы вновь обрабатываются на трясильной машине, в результате закостренность отходов снижается примерно со 160 до 130%, а потеря массы материала составляет 10... 12%. Повторная обработка отходов на трясильной машине необходима также и для выравнивания слоя по толщине перед его утонением.

В процессе утонения слоя до необходимой плотности происходит распрямление волокон, они взаимно параллелизуются и ориентируются определенным образом по отношению к вальцам мяльной машины.

Если слой не выровнять по толщине, то в процессе утонения его неравномерность значительно возрастает вплоть до образования разрывов в слое, что отрицательно скажется на процессах мятья и трепания.

Процесс мятья отходов предназначен для нарушения связи между волокном и древесиной в тех стеблях, в которых она еще не нарушена,

Как правило, это стебли с плохой отделяемостью, и поэтому для мятья отходов применяются вальцы с малым шагом между рифлями.

Процесс трепания отходов, как и при обработке тресты, предназначен для интенсивного обескостривания волокна. Однако в отличие от трепания длинного волокна, когда происходит его окончательная очистка, при трепании отходов основной упор делается на нарушение связи между кострой и волокном в труднообрабатываемых прядях материала. Окончательная же очистка короткого волокна от костры происходит на трясильной машине, установленной в конце куделепригоговительного агрегата.

Таким образом, основными операциями процесса получения короткого волокна являются трясение, мятье и трепание.

Основную роль по очистке отходов трепания от свободной костры выполняют трясильные машины.

Общая закономерность удаления костры из отходов трепания

Как видно из рассмотренной выше общей технологической схемы обработки отходов трепания, количество удаленной из них костры по переходам процесса снижается, основная ее масса удаляется в начале обработки. На машинах, стоящих в конце технологической цепочки, процесс удаления костры резко замедляется.

При однотипных рабочих органах количество удаленной костры пропорционально ее содержанию в волокне на данном участке обработки. Принимая эту зависимость прямо пропорциональной, найдем общую закономерность, связывающую количество удаленной костры с ее исходным содержанием и временем обработки. Вместо времени обработки можно принимать количество воздействий на материал или число повторяющихся одинаковых рабочих органов.

Закономерность удаления костры из отходов по времени имеет вид кривой, представленной на рис. 2. Значение yQ определяет содержание костры в исходном материале. В отрезок времени dt удаляется масса костры dy, она пропорциональна времени обработки и ее исходному количеству к данному моменту обработки у0 -у, т е.

dy = K(yo -y)dt

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала и конструкции рабочих органов.

Рис. 2. Закономерность удаления костры из отходов трепания

Разделив переменные и проинтегрировав от 0 до у и от 0 до t, получим

Y = eo[1-exp(-Kt)]

При t=0 у =0; при t стрем к беск. y - стрем. к yo.

Полученная зависимость является экспоненциальной. Кривая с увеличением времени асимптотически приближается к величине исходного содержания костры в материале. Данная закономерность хорошо раскрывает физический смысл обработки.

В начале процесса, когда костры в волокне много, ее удаление за данный отрезок времени происходит быстро. С уменьшением содержания костры процесс удаления все более замедляется.

При анализе технологического процесса критерием эффективности чаще принимают не количество удаленной костры, а ее оставшуюся часть, отнесенную к массе чистого волокна М и выраженную в процентах, - закостренность волокна S:

S = (yo-y)/M

после преобразований получим

S=Soexp(-Kt)

где So - закостренность материала перед обработкой.

Применительно к трясильной машине зависимость количества удаленной костры может быть выражена через число игольчатых валиков, воздействующих на материал. Аналогичным образом можно рассматривать процесс удаления костры в мяльной машине при увеличении числа вальцов и в других машинах с повторяющимися рабочими органами.

Скорость удаления костры при единичном воздействии определяется производной

dy/dt = Kyo[ехр(-Кt)].

Эта зависимость показывает на быстрое снижение эффективности обескостривания с ростом повторяющихся воздействий.

Особенности процесса мятья

Отходы трепания в отличие от слоя льнотресты представляют собой спутанную дезориентированную массу волокон с кострой. В них находятся пряди волокна, оборванные при трепании из-за их большой жесткости или малой прочности. В отходах находится также много целых стеблей длиной менее 40 см. Эти стебли не попадают в зажим конвейеров трепальной машины в первой или во второй секциях. Сочетание в отходах трепания коротких стеблей и волокон различной длины определяет их разнообразие в свойствах и затрудняет их обработку. Трудность выделения костры из волокна усугубляется тем, что у стеблей малого диаметра более тонкая и гибкая древесина и, следовательно, меньше различие ее по жесткости с волокном. Чтобы нарушить связь такой древесины с волокном и удалить ее, необходимо предварительно искусственным путем увеличить различие в свойствах и затем применять интенсивные воздействия.

Увеличение различия по жесткости между волокном и древесиной достигается за счет предварительной подсушки отходов от влажности 12-13 до влажности 6--8%. При изменении влажности в этом диапазоне гибкость и прочность волокна уменьшаются незначительно, а жесткость костры резко возрастает, что и повышает эффективность воздействий мятья и трепания.

Для успешного протекания процесса мятья стебли должны располагаться под прямым углом к вальцам, поэтому перед подачей в мяльную машину слой отходов утоняют в специальном вытяжном устройстве. При утонении происходит относительная параллелизация волокон, и значительная их часть располагается по отношению к вальцам под углом, близким к 90°. Для достижения хорошего промина увеличивают число пар вальцов в мяльной машине, в том числе и винтовых, и применяют вальцы с небольшим шагом между рифлями. Рекомендуется также привод верхних вальцов осуществлять через рифли от нижних. Однако, как показали экспериментальные исследования, эффективность процесса мятья при передаче вращения верхнему вальцу через рифли не повышается. Это объясняется тем, что при наличии материала в поле мятья рифли верхнего вальца всегда занимают во впадинах нижнего такое положение, при котором усилие на рифлю с обеих сторон будет одинаковым. А так как момент сопротивления вращению у верхнего вальца очень мал и равен моменту трения в подшипниках, симметричное захождение примерно будет соответствовать равенству усилий на рифли с обеих сторон. Повысить эффективность процесса мятья при передаче вращения верхнему вальцу через рифли можно в том случае, если создать значительный момент сопротивления его вращению.

Не оказывает положительного влияния на процесс мятья отходов трепания и применение процесса плющения. Причина в том, что трубчатая структура стеблей уже разрушена и нет опасности повреждения волокна при их изломе. Создание же значительного давления при плющении повышает гибкость древесины и затрудняет ее удаление из волокна.

Особенности процесса трепания

Процесс трепания является наиболее интенсивным видом воздействия для разделения волокна с древесиной и удаления последней. В то же время трепание является и самым опасным для целости волокна процессом. Его применение в куделеприготовительных агрегатах обусловлено тем, что с помощью только мятья и трясения невозможно добиться нарушения связи у труднообрабатываемого сырья, каким являются отходы трепания.

При обработке отходов трепания и кудельной тресты в отечественных и зарубежных машинах применяется несколько схем трепальных узлов, различных по конструктивному исполнению (рис. 3).

Рис. 3. Схемы трепальных узлов куделеприготовительных агрегатов: а - одностороннее трепание; б, в, г, д - двустороннее трепание.

По схеме а трепание осуществляет один барабан, наносящий удары своими планками по слою, равномерно подаваемому питающими вальцами в зону обработки. Отделившаяся от волокна костра просыпается через решетку, конструкция которой может быть различной. Бильные планки на барабане могут быть заменены игольчатыми гребнями или чередоваться с ними.

По схемам б и в трепание осуществляется двумя взаимодействующими барабанами. Различие в схемах заключается в том, что в первом случае за трепальными устанавливаются отбойные барабаны для предотвращения намотов. По схеме в роль отбойных барабанов выполняют приемные вальцы, являющиеся одновременно питающими для второй пары трепальных барабанов.

На рис. 3г показаны трепальные барабаны различного диаметра. Особенность их работы в том, что бильные планки при перемещении по зоне трепания изменяют свое положение относительно друг друга. При входе в зону и на выходе из нее кромки максимально приближены друг к другу, в середине зоны расстояние между ними наибольшее. При соответствующей установке картина может измениться на обратную. Эта конструктивная особенность трепальных барабанов позволяет проводить обработку материала так называемыми спаренными кромками.

На рис. 3д представлены трепальные барабаны овального профиля. Их особенность в том, что вместе с трепанием происходит колебание материала в вертикальной плоскости с частотой, равной частоте вращения барабанов. Возникающие при этом поперечные ускорения и вызываемые ими силы инерции способствуют удалению костры из материала.

Во всех представленных схемах обработки при вращении трепальных барабанов с большой частотой бильные планки поочередно воздействуют на слой материала, изгибают его и перемещают изгиб вдоль слоя. За счет изменения направления относительной скорости меняется абсолютная скорость элементов слоя при проскальзывании их в изогнутом состоянии на кромке бильной планки. При этом возникает большое ускорение элементов слоя в участке, опирающемся на кромку.

Силы инерции, вызываемые этими ускорениями, достигают значительной величины и определяют величину других сил (трения, давления, натяжения), возникающих вместе с ними. Все эти силы взаимосвязаны и принимают определенное участие в удалении костры и в нарушении связи между кострой и волокном. Нарушение связи между ними, выход костры, выход костры наружу из слоя волокна определяются ее жесткостью и различием по жесткости с волокном. Это может иметь место при достаточно больших силах натяжения.

Сдвигающее костру усилие прямо пропорционально силе натяжения. В то же время чрезмерная величина сил натяжения может привести к повреждению волокна,

В отличие от трепания длинного волокна планки воздействуют на материал на небольших по длине участках. При этом взаимное положение планок верхнего и нижнего барабанов в зоне трепания может меняться. Особенно это характерно, как отмечалось ранее, для барабанов различного диаметра.

Рассмотрим поперечное сечение пары взаимодействующих трепальных барабанов разного диаметра, имеющих равное число бил и вращающихся с одной частотой (рис. 4).

Площадь, ограниченная участками траекторий бильных планок обоих барабанов, называется полем трепания. Поле трепания характеризуется шириной В, высотой Н и углом у. Как видно из рис 4, ширина и высота относятся к любому из барабанов пары. Угол поля трепания зависит от того, по отношению к какому из барабанов он определяется. Ширина поля трепания равна отрезку радиальной оси двух пересекающихся окружностей и определяется зависимостью

Рис. 4. Схема взаимодействия трепальных барабанов разного диаметра

Число бильных планок, находящихся в поле трепания, различно для верхнего и нижнего барабанов и зависит от угла поля.

Изменение расстояния между бильными планками в поле трепания влечет и изменение углов обхвата кромки била материалом. Для трех взаимодействующих кромок угол обхвата на средней из них определится зависимостью

куделеприготовление трепание волокно трясение

ц = arctg H/a + arctg H/(t-a)

где a - расстояние между планками верхнего и нижнего барабанов; t- шаг планок.

При а -+ t arctgH(t - a) -* 90° и угол обхвата стремится к максимальному значению. При а =0,5t угол обхвата имеет минимальное значение.

Основными факторами, определяющими эффективность процесса трепания отходов, являются количество воздействий, скорость трепальных барабанов, высота поля трепания, толщина слоя и скорость питания.

Количество воздействий, получаемых материалом при обработке в трепальных барабанах, определяется временем нахождения его в зоне обработки (скоростью питания), частотой вращения барабанов и числом планок. Для двустороннего трепания количество воздействий определяется зависимостью

K = 2mnl/v

где т - количество планок на барабане; п - частота вращения барабанов, мин-1; l- длина изогнутого участка слоя, находящегося в зоне трепания, м; v - скорость питания, м/мин.

Длина изогнутого участка слоя, находящегося в зоне трепания, зависит от глубины захождения планок, поэтому при двустороннем трепании количество воздействий зависит от глубины захождения.

Для одностороннего трепания в формуле для определения количества воздействий отсутствует коэффициент два, а величина l представляет собой длину участка волокна, получившего данное количество воздействий.

Характер изменения закостренности волокна от количества воздействий при пропуске через трепальные барабаны имеет явно выраженную обратно пропорциональную закономерность, аналогичную процессу трепания длинного волокна.

С увеличением частоты вращения трепальных барабанов очистка волокна от костры заметно улучшается, но одновременно увеличивается и интенсивность его разрушения, выражающаяся в уменьшении средней массодлины волокна.

Влияние частоты вращения барабанов на эффективность обескостривания и повреждение волокна объясняется ростом сил давления и трения пропорционально квадрату частоты вращения барабанов.

Влияние глубины захождения планок на результаты обработки проявляется через увеличение угла обхвата кромки волокном и рост числа планок, находящихся одновременно в поле трепания. Все это приводит к возрастанию сил давления на материал со стороны кромки и сил натяжения. При одинаковом эффекте удаления костры вследствие изменения частоты вращения барабанов или глубины захождения планок в последнем случае, как показали эксперименты, степень повреждения волокна всегда меньше. Большее повреждение волокна с увеличением частоты вращения объясняется возрастанием энергии ударных воздействий кромок при одновременном увеличении захлестывания концов волокон за планки.

Таким образом, глубина захождения планок по сравнению с частотой вращения трепальных барабанов является более эффективным фактором технологического регулирования процесса.

Обрабатываемый материал можно подавать в зону трепания споем различной толщины и с разной скоростью. Произведение этих величин определяет производительность машины, поэтому очень важно найти их оптимальное сочетание, обеспечивающее получение наилучших результатов при данной пропускной способности. При постоянной производительности волокно в тонком слое несколько лучше очищается от костры, чем в толстом. Однако получение тонкого слоя сопровождается ростом его неравномерности и разрывами потока, что приводит к неустойчивой работе трепального узла из-за возрастания вероятности образования намотов. Следовательно, толщина слоя должна быть такой, чтобы обеспечить получение достаточно равномерного слоя и без разрывов. Как показали опыты, эти условия можно выполнить при плотности слоя, равной 0,25-0,4 кг/м2.

Эффективность процесса трепания отходов повышается при уменьшении расстояния от питающих вальцов до поля трепания. Это расстояние, часто называемое "мертвой" зоной, определяет длину участков волокон, не подвергшихся обработке трепанием: чем оно меньше, тем лучше. Однако стремление максимально сократить длину этого участка может привести к созданию ненадежной конструкции рабочих органов. Поэтому при назначении величины "мертвой" зоны должны учитываться как эффективность, так и надежность конструкции.

Размещено на Allbest.ru