книги из ГПНТБ / Кулагина, М. И. Новые способы прядения шерстяных и химических волокон

ных материалов будет использована терминология, разработанная

•советскими учеными, в частности докт. техн. наук А. Г. Севостьяновым.

Г Л А В А II. ЦЕНТРИФУГАЛЬНОЕ ПРЯДЕНИЕ

Наиболее распространенным в группе непрерывных новых спо­ собов прядения является цеитрифугальный.

В настоящее время в прядении шерсти и химических волокон он находится на стадии промышленного освоения. Широко внед­ ряют центрифугальные прядильные машины также в лубяной про­ мышленности как в СССР, так и за рубежом.

Центрифугальная прядильная машина по своей технологиче­ ской схеме наиболее близка к кольцевой прядильной. По сравне­ нию с другими принципиально новыми прядильными машинами, а также кольцевыми прядильными машинами эта машина имеет ряд существенных преимуществ как в отношении технико-эконо­ мических параметров, так и качества выпускаемой пряней.

Из всех натуральных волокон с наиболее низкими скоростями при обычных способах прядения перерабатываются шерсть и лен. Именно в этих отраслях текстильной промышленности началось освоение центрифугальных прядильных машин.

СУЩНОСТЬ ЦЕНТРИФУГАЛЬНОГО СПОСОБА ПРЯДЕНИЯ

Цеитрифугальный способ прядения основан на классической системе непрерывного прядения и является одним из способов безбаллонного прядения с кручением в первой зоне. Технологические операции подготовки продукта к прядению, утонение его иа центрифугальной машине, формирование мычки, характер скручивания ее (фиксация крутящего момента на волокнистой пряди) осу­ ществляются так же, как при классическом способе. Для скручи­ вания волокнистой пряди вместо традиционного узла веретено— кольцо — бегунок использован цеитрифугальный совмещенный кру­ тильно-мотальный механизм. Крутильным органом является цент­ рифуга.

Устройство центрифугальной прядильной машины

Центрифугальные прядильные машины независимо от вида пе­ рерабатываемых волокон имеют одни и те же рабочие органы: питающая рамка, вытяжной прибор, механизм раскладки пряжи, цеитрифугальный крутильно-мотальный механизм, механизм съема и привод.

Питающая рамка и вытяжной прибор по назначению и конст­ рукции не отличаются от подобных узлов, используемых на коль­ цевых прядильных машинах. Конструкция остальных узлов иная,

20

хотя предназначены они для тех же технологических операции (кручение и съем пряжи).

Технологический процесс на центрифугальных машинах, неза­ висимо от фирмы-изготовителя, осуществляется одинаково.

чаются в основном в решении четырех основных задач: располо­ жение центрифуг, привод центрифуг, опоры центрифуг, механизм

21

2) машины с нижним расположением кружек относительно опор (опрокинутые кружки) — мычка подается сверху, пряжа вы­ нимается из кружки вниз (рис. 6, б).

При верхнем расположении кружек обслуживание ма­ шины удобно, но съем готовой пряжи и автоматизация его усложняются. Машины с опро­ кинутыми' кружками неудобны в обслуживании, но съем

упрощаются. Центрпфугальпые машины

различают также по способу привода центрифуг. Наиболее широко известны цеитрифугальные машины с механиче­ скими приводами, как на обычных кольцевых прядиль­ ных машинах (Италия, Анг­

лия, Япония, СССР, ЧССР, СРР), но известны центрпфугальпые машины с индивидуальными электроприводами для каждой центрифуги (СССР, СРР). Для этой цели используют асинхрон­ ные высокочастотные электродвигатели со специальным преобра­ зователем частоты тока. Тесемочный привод значительно проще электрического, но при высоких скоростях вращения центрифуг ременная передача пе выдерживает продолжительной работы.

Кроме того, при автоматизации съема па центрифугалыюй пря­ дильной машине необходимо торможение центрифуг, что при те­ семочном приводе приводит к высокой неравномерности движения тесьмы при свободном выбеге центрифуг.

При электроприводе центрифуг усложняется конструкция ма­ шины, так как необходима установка преобразователей тока на каждую машину (или на несколько).

Однако при повышении скоростей прядения наиболее перспек­ тивным является электропривод веретен. Выбор привода для центрнфугального прядения натуральных волокон чаще всего оп­

электрический).

В табл. 1 дана краткая характеристика известных образцов центрифугальных машин.

Внедрение центрифугальных машин долго задерживалось из-за отсутствия долговечных опор для центрифуг.

Внастоящее время на центрифугальных машинах используют веретенные опоры, усовершенствованные в целях обеспечения на­ дежности их работы на высоких скоростях. Решение этого вопро­ са расширило реальные возможности центрнфугального прядения.

В1960 г. в Японии была выпущена центрифугальная прядиль-

22

ная машина для производства тонкогребенной шерстяной пряжи. В качестве опор центрифуг использованы тяжелые веретена фирмы SKF со втулкой HZ (ФРГ).

В то же время в Румынии создана центрифугальная прядиль­ ная машина для производства хлопчатобумажной пряжи с ориги­ нальной конструкцией опор центрифуг (15].

На центрифугальных машинах для шерсти (или хлопка) необ­ ходим автоматический съем, иначе невозможно завершить цикл прядения. Чаще всего для автоматизации процесса прядения на центрифугальных машинах используется электромеханический принцип съема.

На японской, румынской, английской, итальянской машинах пуск машины и ряд последующих операций осуществляются на­ жатием на кнопки или рычаги. Без вмешательства работницы осу­ ществляются только некоторые операции: введение патронов или раздвижных катушек, начало перематывания или закрепление куличей. На отечественных машинах установлен специальный командоаппарат (5—14], от которого подаются сигналы на включе­ ние вытяжного прибора, переключение машины на съем пряжи и останов вытяжного прибора, введение катушек или каретки съема, опускание или подъем каретки.

Специфика центрифугалы-юго прядения состоит еще и в том, что пуск и останов центрифуг и вытяжного прибора должны осу­ ществляться раздельно. Центрифуги в течение 30—50 с разгоняют­ ся и лишь после достижения ими рабочей скорости включаются вытяжной прибор, питание машины и мотальная планка. По окон­ чании наработки съема в первую очередь останавливается вытяж­ ной прибор, затем — центрифуги. Так как центрифуги обладают

23

сравнительно высокой кинетической энергией, то для сокращения времени останова применяют торможение. Используют торможе­ ние противотоком, а также механические и гидравлические тор­ мозные устройства.

В СССР и за рубежом разработаны и выпускают серийно центрифугальные прядильные машины для сухого и мокрого прядения льна [16]. В конструкции центрифуг использованы опоры веретен­ ного типа с верхним расположением кружек. Оригинальным на не­ которых машинах для льна является расположение центрифуг в шахматном порядке, благодаря чему значительно увеличивается съем продукции с единицы площади по сравнению со съемом про­ дукции при однорядном расположении. Лубяные волокна мало­ упруги, поэтому для съема пряжи не требуется обязательной авто­ матизации всего цикла прядения. Съем можно осуществлять вруч­ ную, но это связано с простоями машины, поэтому на машинах последних конструкций съем пряжи механизирован и частично ав­ томатизирован. Анализ центрифугального прядения лубяных воло­ кон сделан докт. техн. наук Л. Н. Гинзбургом [16].

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ЦЕНТРИФУГАЛЬНОГО ПРЯДЕНИЯ

Поскольку процесс подготовки питающего продукта при цеитрифугальном способе прядения остается неизменным и утонение продукта на центрифугальных прядильных машинах осуществляет­ ся с помощью обычных вытяжных приборов, особенности центри­ фугального способа прядения касаются двух операции — кручения и наматывания [17, 18].

Для формирования упругого крутящего момента Мк при лю­

пряжи вс (рис. 7) между точкой наматывания с и точкой огибания пряжей нижнего торца нитераскладчика Ь, т. е. радиус наматы­ вания.

На каждый элемент нити на этом участке действует сумма инерционных сил и сил сопротивления воздуха, заставляющих пряжу перемещаться в направлении вращения центрифуги или против него в зависимости от сочетания этих сил в каждый момент времени.

Усилие Рк, создающее крутящий момент, является результатом взаимодействия инерционных сил, развивающихся в быстровращающейся кружке центрифуги. Оно направлено перпендикулярно радиусу вращения и при постоянной средней вращающейся массе, определяемой линейной плотностью пряжи, прямо пропорциональ­ но нормальному ускорению.

В момент начала прядения мычка, попавшая в прядильную центрифугу, под действием воздушных потоков [15] отбрасывается к стенке ее кружки. Соприкоснувшись со стенкой кружки, элемеи-

24

Экспериментально это подтверждено высокоскоростной киио- ■съемкой при выработке шерстяной пряжи на японской центрнфугальной прядильной машине [18].

Киносъемку проводили при выработке пряжи 31 текс из ровни­ цы двух цветов, что позволило более наглядно видеть скручивание отдельных прядей волокна. Обнаружено, что характер скручива­ ния мычки при центрифугальном прядении ничем не отличается от процесса кручения на кольцевой прядильной машине. Мычка при правой крутке закручивается справа налево и при отсутствии миг­ рации волокна правой части мычки в пряже должны были бы ока­ заться в центре. Мычка в сечении принимает форму архимедовой спирали. Аналогичная картина процесса кручения шерстяной мыч­ ки получена при высокоскоростной киносъемке на кольцевой пря­ дильной машине [21].

Треугольник кручения при центрифугальном прядении обнару­ живается лишь при самых малых коэффициентах крутки (a = 50-f- -1-70), и только на отдельных кадрах он выглядит треугольником. Различить порог крутки, где происходит резкий скачок числа кру­ чений от нуля до максимума, не представляется возможным (рис. 8). При коэффициенте крутки 90 и больше высота треуголь­ ника настолько уменьшается, что весь треугольник крутки, види­ мо, укладывается в геометрических размерах пряжи; создается впечатление, что из зажима выпускной пары выходит полностью скрученная пряжа, имеющая конечный коэффициент крутки.

Этому способствует отвесное расположение нити, почти исклю­ чающее дугу обтекания мычкой выпускного цилиндра.

Исследование, проведенное с помощью высокоскоростной кино­ съемки [18], позволило уточнить физическую модель формирования пряжи при центрифугальном способе прядения:

крутка распространяется вплоть до зажима выпускной пары, при этом наблюдается сбегание ее витков на тонкие места, как и па кольцевых прядильных машинах;

треугольник кручения принимает минимальные размеры: осно­ вание его определяется шириной мычки — не более 1,2 мм, высота его близка к шагу между витками и колеблется в пределах от 3,63 мм до 0,90 мм при изменении коэффициента крутки от 60

до 120;

нитераскладчик, несмотря на огибание его нитью, не задержи­ вает распространение крутки.

Установлено также, что стоячие волны, передающие крутящий момент, развивают поперечные колебания нити на участке между зажимом выпускной пары и точкой b (см. рис. 7).

Длина волны равна длине нитераскладчика, амплитуда колеба­ ний равна диаметру нитераскладчика. Эти колебания могут послу­ жить источником возникновения соответствующих периодических колебаний натяжения нити с частотой, определяемой скоростью

распространения крутки.

Сформированная пряжа непрерывно укладывается по стенкам быстровращающейся кружки центрифуги витками, образуя паков­

26

ку трубчатого строения — кулич с крестовой или цилиндрической формой намотки в зависимости от закона движения нитераскладчика. Процесс наматывания осуществляется вследствие отставания скорости вращения нити от скорости вращения центрифуги. Фор­ ма кулича сохраняется целостной за счет центробежных сил, раз­ вивающихся при вращении кружки.

По мере наработки паковки центробежные силы, прижимаю­ щие витки к стенке центрифуги, уменьшаются пропорционально уменьшению радиуса (рис. 9). При укладывании пряжи витками

она изгибается, в каждом слое намотки создаются реактивные на­ пряжения изгиба, которые противодействуют центробежным си­ лам; чем больше витков намотано, тем выше реактивное усилие. Кроме того, пряжа при скручивании приобретает запас упругости, создающий также силы сопротивления пряжи при укладывании ее в полую паковку. Суммарные силы реакции паковки Рупр показа­ ны на рис. 9. Следовательно, условием сохранения формы паковки является неравенство Рц^Рупр. В таком случае останов центри­ фуг, т. е. уменьшение центробежных сил до нуля, мгновенно нару­

27

шает целостность паковки, пряжа в результате действия реактив­ ных и упругих сил, развивающихся при скручивании, спутывается и превращается в отходы.

Для предупреждения спутывания необходимо перед остановом центрифуг закрепить паковку каким-либо способом или обеспечить ее автоматический съем с поверхности вращающейся кружки.

Поэтому при центрифугальном прядении натуральных волокон следует разрабатывать специальные технологию и механизм ав­ томатического съема пряжи.

На промышленных образцах зарубежных прядильных машин использовано для этой цели перематывание пряжи внутри вра­ щающейся центрифуги на неподвижный патрон, осуществляюще­ еся автоматически при каждом останове центрифуг.

Технология процесса перематывания является зеркальным отображением процесса раскладки пряжи, только пряжа не вы­ водится из центрифуги. Участок нити ab (рис. 10) при перематы­ вании закрепляется на неподвижном патроне, центрифуга 1 про­

оборот центрифуги с нее сматывается виток. Крутка пряжи не из­ меняется, так как осуществляется радиальное сматывание с вра­ щающейся паковки.

Скорость перематывания переменная, так как диаметры сма­ тываемой и наматываемой паковки изменяются.

Скорость перематывания определяют по формуле

где пп — число витков, наматываемых на патрон в единицу вре­ мени;

/1ц— число оборотов центрифуги в единицу времени; DK— диаметр кулича, мм;

d — диаметр паковки на патроне, мм.

Абсолютная величина скорости перематывания высока, и про­

цесс перематывания осуществляется за 30—60 с.

А

ЦЕНТРИФУГАЛЬНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ШЕРСТИ

Для гребенного прядения шерсти за рубежом известны центрифугальные машины двух конструкций: английская фирмы PrinceSmith для производства пряжи по грубогребенной системе пряде­ ния и японская фирмы Мицубиси Дзосен для производства пряжи по тонкогребенной системе. Первым промышленным образцом бы­ ла английская машина. Ею заменяли колпачные прядильные ма­ шины, и экслуатируется она уже около 30 лет.

Английская центрифугальная прядильная машина фирмы Prin­ ce Smith [17] предназначена для выработки пряжи из крученой ровницы. Кроме того, машина может быть использована как кру­ тильная для скручивания пряжи в два-три конца с правым и левым направлением крутки. Скорость центрифуг машины от 10 500

28