Процесс трепания льняного волокна

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОЦЕСС ТРЕПАНИЯ ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА

Вопросы:

1. Основные рабочие зоны трепальной машины; Поле трепания - основные характеристики

2. Сущность процессов трепания

3. Взаимодействие рабочих органов трепальной машины и волокна

1. Основные рабочие зоны трепальной машины; Поле трепания - основные характеристики

Процесс трепания является завершающим и самым ответственным этапом в технологии первичной обработки льна.

В процессе мятья разрушенная древесина (костра) удаляется из сырца только частично. Полную очистку волокна или луба от древесины производят именно на трепальных машинах.

Основными рабочими органами трепальной машины являются трепальные барабаны. Технологическая схема трепальной машины двустороннего действия показана на рис. 1.

Барабан состоит из вала 6 и закрепленных на нем нескольких крестовин 5. К отросткам крестовин (билам) прикреплены бильные планки 4 и подбильные решетки 3.

Над трепальными барабанами расположен зажимной транспортер 2, который надежно удерживает поток сырца 1 и перемещает его вдоль барабанов. Непрерывный поток сырца передается на трепальную машину специальным промежуточным транспортером.

Трепальные барабаны вращаются с большой скоростью, при этом бильные планки обоих барабанов поочередно взаимодействуют со свисающей частью сырца, обрабатывая его с двух сторон. Пока горсть сырца движется вдоль трепальных барабанов, бильные планки ударяют по ней много раз, при этом костра полностью удаляется.

трепальный технологический машина волокно

Рис. 1. Технологическая схема трепальной машины двустороннего действия

Трепальная машина обычно состоит из двух частей (рис. 2). На одной из них обрабатывается комлевая часть сырца или стеблей, на другой -- вершинная. Между первой и второй частями машины специальным механизмом слой сырца из зажимного транспортера первой части передается на транспортер второй части. Передача сырца необходима для того, чтобы во второй части машины можно было обработать тот участок сырца, который был расположен между ремнями транспортера первой части машины.

Чтобы сырец во время движения вдоль машины получал больше воздействий, применяют длинные барабаны. А так как длинные барабаны громоздки, то в каждой части машины иногда вместо одной секции делают две с допустимой по конструктивным соображениям длиной барабанов.

1-я чacть2-я чacть

Рис. 2. Расположение трепальных барабанов на машинах двустороннего действия

При этом в обеих секциях обрабатывается один и тот же конец пряди сырца (комлевой или вершинной).

Трепальные машины с двумя параллельно расположенными барабанами -- машины двустороннего действия.

Характер трепания определяется размерами сферы трепания--пространства, заключенного между цилиндрическими поверхностями, образуемыми при вращении бильными планками. В пределах этого пространства осуществляется трепание. Поперечное сечение сферы трепания называют полем трепания. Размеры поля трепания 7 (см. рис.1) -- ширина В и высота h--зависят от диаметра барабанов Dб и расстояния между ними S:

b=Dб-S; h =

Высота поля трепания определяет длину обрабатываемого материала, а ширина -- интенсивность его обработки.

Существуют также трепальные машины одностороннего действия (рис. 3). На них прядь сырца обрабатывается одним барабаном, воздействующим на сырец с одной стороны.

Для луба кенафа достаточно односторонней обработки, при обработке же льна на сырец дополнительно воздействует барабан, который вращается в противоположном направлении и обрабатывает сырец с другой стороны. В последнем случае в каждой части машины имеются два последовательно расположенных барабана. Между первой и второй частями сырец передается с одного зажимного транспортера на другой.

Рис. 3. Трепальная машина одностороннего действия.

На машинах одностороннего действия размеры поля трепания имеют несколько условный характер и непостоянны даже на одной и той же машине. За высоту h поля трепания здесь принимают длину свисающего конца горсти, начиная от точки А, в которой бильная планка входит в соприкосновение с сырцом. За ширину 6 поля трепания принимают высоту сегмента, образуемого траекторией бильной планки и положением горсти в момент схода ее конца с бильной планки.

Процесс, осуществляемый на трепальных машинах, принципиально отличается от уже рассмотренного процесса мятья. Мятье проходит при сравнительно невысоких скоростях движения обрабатываемого материала и рабочих органов. Основную роль в этом процессе играют статические силы.

Трепание же осуществляется при высоких скоростях движения рабочих органов и материала, вследствие чего, в последнем создаются значительные силы динамического характера, способствующие выделению из волокна костры и других примесей.

При трепании -- процессе интенсивной механической обработки сырья -- одновременно с древесиной и остатками покровных и паренхимных тканей от технического волокна отделяются короткие волокна, а иногда и длинные. Эти волокна вместе с кострой выпадают под трепальную машину и образуют отходы трепания, из которых в дальнейшем получают короткое волокно.

Процесс трепания должен быть так организован, чтобы большая часть волокна была получена в виде длинного, а количество короткого сведено к минимуму. Должна быть также достигнута соответствующая чистота длинного волокна.

2. Сущность процессов трепания

При трепании один конец пряди сырца удерживается зажимным транспортером, а на свисающий конец ее последовательно одна за другой действуют бильные планки, движущиеся с большой скоростью. Точка зажима пряди перемещается вместе с транспортером вдоль барабанов. Так как это перемещение почти не влияет на характер взаимодействия пряди и бильных планок, для упрощения считают точку зажима неподвижной.

Рабочая кромка бильной планки скользит по пряди от точки зажима до конца ее. При этом с прядью могут соприкасаться одновременно одна или несколько планок (см. рис. 1). Отдельные участки пряди совершают сложные движения с переменной скоростью, вследствие чего возникают инерционные силы. Под действием их, в частности, происходит захлестывание конца пряди за бильную планку. Оно вызывает натяжение пряди, которое дополнительно усиливается силами трения, возникающими между прядью и бильными планками. Натянутая прядь огибает заостренные рабочие кромки бильных планок и скользит по ним с большой скоростью.

Прядь в зоне трепания можно условно разбить на прямолинейные участки, расположенные между бильными планками, и криволинейные участки, опирающиеся на их кромки. Теоретические расчеты и практические наблюдения показывают, что удаление костры при трепании происходит в основном на участках пряди, опирающихся на кромки бильных планок. Объясняется это следующим.

При взаимодействии бильной планки и пряди последняя скользит по закругленной поверхности рабочей кромки. При этом элементы пряди получают вращательное движение относительно центра кривизны кромки. На рис. 4 изображена схема взаимодействия рабочей кромки и пряди сырца. Скорость движения пряди относительно кромки обозначена через Vот, а скорость кромки-- Vo. При вращении любой частицы пряди, например элемента М, относительно центра кривизны кромки в ней возникает центростремительное ускорение aот. н, направленное к центру кривизны:

aот.н = Vот² / с,

где р -- расстояние от рассматриваемого элемента до центра кривизны.

Рис. 4. Схема взаимодействия рабочей кромки и пряди сырца.

Величина Voт мало отличается от скорости рабочей кромки и равна для трепальных машин различных типов 6--12 м/с. Размер р зависит от радиуса закругления кромки ро и от того, как далеко от ее поверхности расположен рассматриваемый элемент пряди. Для середины пряди р=ро+д/2 .

Величина ро на трепальных машинах колеблется от 0,75 до 3 мм. Насколько велико значение aот видно из следующего примера.

Пример. На трепальных машинах для льна скорость кромки равна в среднем 8 м/с, а Vот можно считать равной Vo. Радиус кривизны кромки в среднем равен 1 мм, толщина пряди -- 3 мм. Тогда ускорение в середине пряди

Т.е. в 2500 раз больше ускорения свободного падения. Центростремительное ускорение создает центробежную силу F, вектор которой противоположен ускорению. При этом F = m*a.

Эта сила получается в 2500 раз больше массы костринки и она удаляется.

3. Взаимодействие рабочих органов трепальной машины и волокна

Кроме удаления костры в результате действия инерционных сил, костринки с поверхности пряди соскабливаются кромкой, но для этого кромка должна быть достаточно острой, в противном случае она будет подминать костринки.

Интенсивное выделение костры объясняется также следующим. Основная часть костры расположена внутри пряди. Для извлечения ее на поверхность необходимо преодолеть сопротивление волокнистой среды. В изогнутых на кромке участках пряди передвижению костринки от внутренних слоев к наружным способствует неодинаковая жесткость древесины и волокна. Если волокно легко изгибается на кромке, то костринки не изгибаются вместе с волокном, а выходят из слоя, образуя «ерш», что способствует выделению костры и при этом значительно облегчается последующее ее удаление инерционными силами. При высушивании тресты, так как повышается жесткость древесины, очистка волокна от костры улучшается.

Особенно большое значение имеет жесткость древесины при мокром трепании. При обработке тресты с гибкой древесиной волокно от костры очищается плохо.

Частота вращения трепальных барабанов определяет скорость движения бильной планки и соответственно величину инерционных сил, обеспечивающих удаление костры из сырца.

Если скорость движения бильной планки увеличить в два раза, то силы инерции увеличатся в четыре раза (они пропорциональны квадрату скорости). Поэтому при увеличении частоты вращения трепальных барабанов обескостривание волокна значительно улучшается.

Кривизна рабочей кромки также влияет на обескостривание волокна: чем кромка острее, тем волокно лучше очищается от костры. Это объясняется тем, что при уменьшении радиуса кривизны кромки ускорения в пряди повышаются. Кроме того, при острых кромках костринки легче удаляются из внутренних слоев пряди за счет перегиба ее и легче соскабливаются.

Толщина слоя сырца, пропускаемого через трепальную машину, влияет на интенсивность очистки волокна от костры. Естественно, что из толстого слоя удалить костру труднее, чем из тонкого. Однако увеличение толщины слоя до практически приемлемых пределов на интенсивности очистки сказывается незначительно.

Угол обхвата кромок прядью в (см. рис. 4) также оказывает влияние на технологический эффект при трепании. При увеличении этого угла костринки совершают вокруг кромки больший путь и, следовательно, более продолжительное время подвергаются действию центробежных сил. Эффективность каждого воздействия и всего процесса повышается.

Значительные центробежные силы на участке пряди, соприкасающемся с кромкой, возникают только в том случае, если прядь натянута и огибает

Выше отмечалось, что конец пряди прижимается к подбильной решетке под действием инерционных сил. Последние же пропорциональны массе пряди и квадрату скорости бильных планок. Экспериментальное определение натяжения сырца полностью подтверждает эту закономерность. Графически эта закономерность изображена на рис. 5. При увеличении частоты вращения трепальных барабанов резко повышается натяжение сырца.

Рис. 5. График зависимости натяжения пряди при трепании от частоты вращения барабанов

Число воздействий, воспринимаемых сырцом при движении его вдоль трепальных барабанов, определяют степень его очистки. При любом режиме обработки для полной очистки волокна требуется определенное количество воздействий. Это положение можно проиллюстрировать графиком (рис. 6), по оси абсцисс которого откладывается число воздействий К., а по оси ординат--закостренность сырца Sc (закостренностью называют отношение массы костры к массе чистого волокна пробы, выраженное в процентах).

Рис. 6. График зависимости закостренности сырца при трепании от числа воздействий бильных планок

Изменение закостренности сырца при трепании выражается гиперболической кривой, приближающейся к оси абсцисс. Кривая показывает, что первые воздействия бильных планок вызывают выделение большого количества костры, в конце же обработки эффективность воздействия бил снижается. Это происходит потому, что в первые моменты в сырце много легко отделяющейся (насыпной) костры, в конце же процесса из материала выделяется костра, прочно соединенная с волокном.

Сила воздействия может быть различной. Она зависит от ряда факторов, например от скорости движения бильных планок. Следовательно, при другом скоростном режиме кривая обескостривания будет иной. На рис. 6 кривая 1 получена при обработке материала с большей скоростью бильных планок по сравнению с кривой 2. При изменении параметров процесса можно получить комплекс различных кривых.

Обычно при трепании волокно полностью не очищают. Наличие недоработанного волокна можно выразить в виде допустимой остаточной закостренности Sc.o. Из рис. 6 видно, что для очистки волокна до этой закостренности при режиме обработки, выражаемом кривой 2, потребуется Ко' воздействий, а при втором режиме, более интенсивном, потребуется меньшее число воздействий -- Ко"

Пути регулирования процесса трепания определяют, зная влияние различных факторов не только на обескостривание, но и на интенсивность разрушения волокна, на величину потерь его при трепании.

Очистку волокна при трепании можно улучшить сравнительно легко. Для этого необходимо повысить частоту вращения трепальных барабанов, уменьшить толщину слоя обрабатываемого материала, заострить кромки бильных планок, увеличить число воздействий на сырец. Целесообразность использования того или иного параметра может быть установлена лишь после выяснения того, как каждый из них влияет на разрушение волокна, увеличение его потерь при трепании.

Оптимальным режимом обработки считают такой, при котором обеспечивается высокая пропускная способность машины, достаточная очистка волокна и высокий выход его из тресты.

На рис. 7 показана схема сил, действующих со стороны кромки на прядь сырца.

На нее действуют силы натяжения То и T1 (Т1>То), силы нормального давления N, силы трения R и центробежные силы инерции Fин (последние на рисунке не показаны). Натяжение пряди должно обеспечивать огибание ею кромки, однако при слишком большом натяжении может быть обрыв или вытаскивание из зажимного транспортера отдельных волокон или всей пряди.

Силы нормального давления и трения являются причиной потерь волокна вследствие истирания, стаскивания отдельных волокнистых комплексов и удаления их в отходы трепания. Величина этих сил прямо пропорциональна натяжениям То и T1 и обратно пропорциональна радиусу закругления кромки. Следовательно, силы нормального давления и трения будут тем больше, чем больше натяжение пряди и острее рабочая кромка бильной планки.

Рис. 7. Схема сил, действующих со стороны кромки на прядь сырца

При огибании кромки волокно испытывает также напряжения изгиба. Величина их при острых кромках значительна. Этим частично объясняются большие потери волокна при работе с очень острыми кромками.

Размещено на Allbest.ru