УДК 677.024:519.876.5

Взаимодействие волокна с кардной гарнитурой

Белевитин Александр Андреевич – аспирант кафедры «Автоматизированных систем обработки информации и управления» Российского государственного университета имени А.Н. Косыгина.

Бурдин Илья Максимович – аспирант кафедры «Автоматизированных систем обработки информации и управления» Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина.

Аннотация: Данная статья посвящена исследованию процесса кардочесания в текстильной промышленности. Рассматривается влияние различных сил на волокна в процессе их взаимодействия с кардной гарнитурой. Была построена математическая модель с использованием угла наклона крючка и коэффициента трения для анализа вероятности соскальзывания волокна с барабана. Результаты моделирования показали, что около 28.3 процента волокон могут соскользнуть с поверхности. Эта работа важна для оптимизации процесса обработки волокон на промышленных кардочесальных машинах.

Ключевые слова: текстильная промышленность, кардочесание, кардная гарнитура, трение волокон, нормальное распределение.

В процессе кардочесания пучки расщепляются на отдельные волокна к тому моменту, когда они поступают в зону передачи цилиндр-съемник [1, с.25]. Это в основном является следствием кардочесания между крюками цилиндра, но часть процесса наматывания происходит, когда захватывающие крюки воздействуют на перепутанные волокна, поступающие в машину через устройство подачи, и снова при переходе от приемника к цилиндру. С момента входа в чесальную машину волокна постоянно отрываются от скопления соседних волокон или пучка. В кардочесальной машине, когда крюк проходит через пучок, возможны несколько результатов. Крючок может:

• перемещаться по пучку, не меняя существенно ориентации волокон.

• прикрепляться к отдельному волокну, либо полностью извлекая волокно, либо оставляя часть волокна, выступающую из исходного тела пучка.

• прикрепляться к множеству связанных между собой волокон, разбивая первоначальный пучок на два пучка.

Эти сценарии возникают, когда крюки кардной гарнитуры захватывают волокна в области передачи между питателем и приемным устройством, принимающим устройством и цилиндром и между цилиндрическими крючками и крюками вращающихся плоских поверхностей.

Рассмотрим случай, когда единичное волокно закрепилось за крюк кардной гарнитуры и вращается совместно с главным барабаном против часовой стрелки (рис. 1).

Рис. 1. Силы, действующие на волокно

Для начала исследуем все силы, которые действуют на волокно. Очевидно, что движению волокна вдоль кардной гарнитуры противодействует , она направлена противоположно возможному движению. Сила натяжения волокна направлена вдоль него. Сила реакции опоры направлена перпендикулярно месту контакта.

С помощью метода проецирования векторов на оси и можно составить систему уравнений баланса сил:

Тогда можно сделать вывод, что волокно соскользнёт с гарнитуры, если выполняется неравенство:

где – это коэффициент трения между волокном и крючком.

Тогда можно сократить запись и тем самым найти зависимость только между углом наклона и соскальзыванием волокна:

Очевидно, что лежит в пределах от 0 до 180 – , где – это угол наклона крючка кардной гарнитуры. Угол всегда остается случайным и отличается для каждого нового волокна.

Проведем математическое моделирование для 10000 различных случаев с помощью программы, написанной на языке программирования Python. Угол будет получен с помощью усеченного нормального распределения. Формула нормального распределения:

где — математическое ожидание, — среднее квадратическое отклонение. Коэффициент трения между необработанной пряжей и металлом усредним и примем за 0.373 [2, c.9]. Угол наклона крючка кардной гарнитуры примем равный 70 градусов. График результатов моделирования соответствует нормальному распределению (рис. 2).

Рис. 2. График зависимости частоты появления угла от его значения

Программа рассчитала, что 28.3 процента волокон соскользнет с вращающегося барабана.

Список литературы

1. Рыклин Д. Б., Гришанова С. С. Технология и оборудование для подготовки к прядению. Раздел "Кардочесание". – Витебск: УО «ВГТУ», 2018. – С. 25-32.
2. Степанов Т.Ю. Разработка и исследование эмульсирующих составов на основе полиэтиленгликолеи как регуляторов трения волокно-волокно и волокно-металл: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.02.04. - Иваново, 2003. – С. 9.