Технологические расчеты проектирования производства шерстяной пряжи по аппаратной системе прядения

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДИМИТРОВГРАДСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ, УПРАВЛЕНИЯ И ДИЗАЙНА

УЛЬЯНОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПРОИЗВОДСТВА ШЕРСТЯНОЙ ПРЯЖИ ПО

АППАРАТНОЙ СИСТЕМЕ ПРЯДЕНИЯ

Методическое пособие

для студентов специальности 280300

Составил: Поздняков А.В.

ДИМИТРОВГРАД 1999

УДК 677.076

Одобрено кафедрой прядения натуральных и химических волокон.

Одобрено редакционно-издательским советом Димитровградского института технологии, управления и дизайна

Поздняков А.В.

Технологический расчет по проектированию производства шерстяной пряжи по аппаратной системе прядения: Методическое пособие. Димитровград, 1999.- 60 с.; ил. 1, табл. 27, прил. 20.

Настоящее методическое пособие составлено в соответствии с программой курса «Основы проектирования предприятий отрасли» и предназначена для студентов специальности 280300. В данном пособии приводится методика, рекомендации и справочные данные к технологическому расчету производства шерстяной пряжи по аппаратной системе прядения.

 ДИТУД, 1999.

ВВЕДЕНИЕ

Заключительным этапом подготовки специалистов в системе высшего образования является выпускная работа или дипломное проектирование. Дипломному проектированию, как правило, предшествует преддипломная практика. Перед началом практики студентам выдаются задания на дипломное проектирование. Тематика заданий может быть самой разнообразной. Это строительство нового предприятия, реконструкция или техническое перевооружение действующих цехов или всего прядильного производства и т.п.

Разнообразие задания обуславливается ассортиментом вырабатываемой пряжи, ткани, мощностью предприятия и рядом дополнительных факторов, которые должны быть учтены при разработке проекта.

Дипломный проект обычно состоит из двух основных частей – технологической и организационно-экономической. Кроме того, в проекте должны быть разработаны общеинженерные части – строительная, вентиляция и кондиционирование воздуха, механизация производственных процессов, безопасность жизнедеятельности.

При разработке любого задания следует стремиться к тому, чтобы проектируемое предприятие обеспечивало выпуск заданного количества продукции высокого качества при улучшенных условиях труда и наименьших его затратах, с более высокими технико-экономическими показателями работы предприятия. В проекте должны приниматься также решения, которые опирались бы не только на существующий уровень развития техники и технологии, но и на перспективные направления их развития.

Дипломный проект (выпускную работу) студенты выполняют в виде пояснительной записки и графического материала, которые должны быть выполнены в соответствии с требованиями ГОСТов и стандартов (1.2).

Пояснительную записку рекомендуется излагать в следующей последовательности: реферат; содержание; введение (экономическое обоснование работы); технологическая часть; строительная часть; механизация технологических процессов; вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха; безопасность жизнедеятельности; организационно-экономическая часть; заключение; список используемой литературы; приложение.

В графический материал проекта входят: генеральный план предприятия; поэтажные планы расположения оборудования в производственном корпусе, где показаны средства механизации, бытовые и складские помещения, средства кондиционирования воздуха и вентиляции в производственных помещениях; схемы, чертежи, графики иллюстрирующие средства механизации, изменения температурно-влажностного режима в производственных помещениях, организационно-экономическую часть проекта.

Дипломный проект (выпускную работу) студенты защищают перед государственной комиссией, которая присваивает выпускникам соответствующую квалификацию.

Дипломный проект (выпускную работу) студенты выполняют самостоятельно, под руководством консультантов по каждой части проекта.

Задача настоящего пособия – показать порядок и содержание технологической части проекта, показать методику расчетов, ознакомить с основными литературными источниками, которыми следует пользоваться, и направлениями развития техники и технологии шерстопрядильного производства. Выпускники должны подходить к заданию творчески и вправе принимать новые формы и методы расчетов.

1. Характеристика тканей, пряжи и сырья

1.1. Характеристика тканей

В соответствии с полученным заданием, студенты в период преддипломной практики должны изучить проектируемую ткань и отразить в пояснительной записке следующие характеристики ткани: из какой пряжи выработана ткань – чистошерстяная или смешанная, однониточная или крученая, обычной или фасонной крутки, суровой или крашеной в волокне; из какой шерсти вырабатывалась пряжа и какие химические волокна использовались в смеси с шерстью; имеются ли в нитях основы или утка прикрученные хлопчатобумажные и химические нити; каков внешний вид ткани (гладкокрашеная, меланжевая, с просновками, пестротканая и т.п.), ворсовая или безворсовая; пальтовая или костюмная. Без знаний подробной характеристики ткани и ее составляющих нельзя в дальнейшем наметить план переходов производства пряжи. В качестве наглядности рекомендуется приложить образцы проектируемой ткани.

Наряду с общими характеристиками на ткань существуют технические условия в которых отражены те или иные свойства ткани, которым она должна удовлетворять в соответствии с запросами потребителя. Технические условия на ткань рекомендуется показать в форме таблицы 1.1.

Таблица 1.1

Характеристика тканей (технические условия на ткань)

Продолжение таблицы 1.1.

Для получения готовой ткани с заданными свойствами заранее разрабатывают заправочный расчет суровой ткани. Техническое условие и заправочные расчеты являются исходной технической документацией, на основе которой осуществляется дальнейший технологический расчет. Заправочный расчет связывает воедино заправочные параметры с технологическими свойствами сырья.

Заправочный расчет ткани студенты должны выполнить на предприятии во время прохождения практики, и все вопросы, возникающие при выполнении заправочного расчета должны быть согласованы и решены с диссенаторами фабрики.

Заправочные показатели суровой ткани рекомендуется представить в форме таблицы 1.2.

Таблица 1.2

Заправочные показатели суровой ткани

Продолжение таблицы 1.2.

Взаимосвязь между основными заправочными показателями суровой ткани проверяется по следующей балансовой формуле

М_с = М_о + М_к + М_у, (1.1)

где М_с – масса суровой ткани, расходуемой на 1 пог. м. готовой ткани, г; М_о – масса основной пряжи в суровой ткани, расходуемой на 1 пог. м. готовой ткани, г; М_к – масса кромочной пряжи в суровой ткани, расходуемой на 1 пог. м. готовой ткани, г; М_у – масса уточной пряжи в суровой ткани, расходуемой на 1 пог. м. готовой ткани, г.

Используя данные таблиц 1.1 и 1.2 рассчитывают основные заправочные показатели:

М_с = ; (1.2)

М_о = ; (1.3)

М_к = ; (1.4)

М_у = ; (1.5)

где:  - выход готовой ткани из суровой по массе

 = ; (1.6)

 - выход готовой ткани из суровой по длине

 = ; (1.7)

 - коэффициент уработки основы в ткачестве

 = . (1.8)

Подставляя соответствующие данные заправочного расчета в формулы (1.2  1.8), устанавливают наличие равенства между правой и левой частями в уравнении (1.1).

Если равенство соблюдается, заправочный расчет сделан правильно и его можно принимать для дальнейших расчетов. Если равенства нет, заправочный расчет необходимо корректировать. При расхождении левой и правой частей менее чем на 1% заправочные данные можно корректировать за счет изменения выхода готовой ткани из суровой.

При большем расхождении необходимо проанализировать показатели уработки основы в ткачестве, усадку или притяжку суровой ткани. Если показатели соответствуют заправочному расчету, то меняют число нитей по утку или основе.

1.2. Характеристика пряжи и ровницы

В связи с большим ассортиментом суконных тканей и сырьевого их состава на аппаратную пряжу для ткацкого производства не разработаны государственные стандарты. Поэтому на каждом предприятии применительно к тканям разрабатывают технические условия на пряжу, удовлетворяющие требованиям, предъявляемые к тканям.

Но тем не менее существуют отраслевые стандарты (ОСТ) на пряжу аппаратную для ткацкого производства (3) и ковровых изделий (4). Следует иметь в виду, что на аппаратную пряжу для трикотажного производства действует ГОСТ (5).

Учитывая вышеизложенное и принимая во внимание имеющиеся ОСТы, ГОСТы необходимо во время преддипломной практики взять необходимые данные по характеристике пряжи на предприятии. Характеристику пряжи рекомендуется отразить в форме таблицы 1.3.

Таблица 1.3

Технические требования к пряже

Продолжение таблицы 1.3.

Характеристику аппаратной ровницы следует изложить в форме таблицы 1.4 согласно техническим условиям предприятия или нормам технологического режима производства шерстяной пряжи (аппаратное прядение) (6). Аналогичную информацию можно взять из приложения 21.

Таблица 1.4

Технические требования к аппаратной ровнице

1.3. Предварительный состав смеси.

Характеристика компонентов смеси

Выбор состава смеси является ответственным этапом, так как состав смеси определяет не только технологические показатели производства пряжи, но и экономические. Поэтому при выборе состава смеси следует в первую очередь руководствоваться опытом работы предприятия и знаниями, полученными в процессе обучения.

Принятые рецепты смесей для выработки заданного ассортимента будут считаться ориентировочными, поскольку требуют проверки их на прядильную способность. Предварительный состав смеси, рекомендуется представить в форме таблицы 1.5.

Таблица 1.5

Предварительный состав смеси

На основании принятого состава смеси дается подробная характеристика каждого компонента в отдельности. Характеристику компонентов следует излагать в произвольной форме в соответствии с ГОСТами на натуральную шерсть (7,8,9), химические штапельные волокна (10,11,12, 13) и ОСТа на отходы шерстяной промышленности (14). Характеристика должна отражать все необходимые технологические свойства того или иного компонента смеси и позволяла бы использовать их в дальнейших расчетах пояснительной записки.

2. Выбор тонины и длины химических волокон.

Проверка прядильной способности смеси

2.1. Выбор тонина и длины химических волокон

Наличие химических волокон в смесях оказывает весьма значительное влияние не только на качественные показатели готового товара, но и на технико-экономические показатели всего производства от смеси до готового изделия.

Для того, чтобы добиться наивысших технико-экономических показателей при переработке химических волокон в смесях с шерстью необходимо правильно и рационально подойти к выбору тонины и длины химических волокон. Выбор тонины и длины химических волокон следует вести по методике В.И. Гусева, которая подробно изложена в учебнике (15). Согласно этой методике диапазон тонины химических волокон, который необходимо вкладывать в проектируемую смесь определяется по двум параметрам

Т₁ = (2.1)

Т₂ = (2.2)

где: Т₁, Т₂ – соответственно максимальная и минимальная тонина химического волокна; d_ср – средняя тонина волокна шерсти, мкм;  - среднее квадратическое отклонение волокон шерсти по тонине, мкм;  - плотность смешиваемого химического волокна, г/см³; А – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность химических волокон по тонине, мкм, А = 0,900,95.

Значения показателей d_ср,  - приведены для различных видов шерсти в справочнике по шерстопрядению (16), в приложении 1. Значение показателя плотности , для различных видов волокон приведены в приложении 3.

Диапазон длины химических волокон определяют из следующих выражений:

L₁ = L_ср К₁ К₂; (2.3)

L₂ = L_ср +  + n  l. (2.4)

где: L₁, L₂ - соответственно минимальная и максимальная длина химического волокна, мм; L_ср – средняя длина волокон шерсти, мм;  - среднее квадратическое отклонение длины волокон шерсти, мм; l – классовый промежуток длины волокон в диаграмме распределения:

l = 10 мм; n – число классовых промежутков; для тонкой шерсти n = 0, для полутонкой шерсти n = 1 и для неоднородной шерсти n = 13; К₁ – коэффициент, учитывающий степень неровноты штапельного волокна по длине, К₁ = 1,051,10; К₂ – коэффициент, учитывающий степень укорочения длины волокон в зависимости от метода кардочесания; вида волокон, прочности, долевого содержания.

- При раздельном кардочесании К₂ = 1,0261,146;

- При совместном кардочесании К₂ = 1,0291,247.

Значения показателей L_ср и  для различных волокон шерсти приведены в учебнике (17), в приложении 2.

Произведя необходимые расчеты по формулам 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, выбирают с использованием ГОСТов (10,11, 12,13) и приложения 3 необходимую тонину и длину штапельного волокна, выпускаемого промышленностью.

2.2. Проверка прядильной способности проектируемой смеси

Прядильную способность смесей и отдельных ее компонентов в аппаратном прядении шерсти принято характеризовать наименьшей расчетной линейной плотностью, резервом прядильной способности, выходом пряжи из смеси. Для расчета наименьшей линейной плотности используют формулу предложенную В.Е. Гусевым.

, (2.5)

где Н – поправочный коэффициент, учитывающий повышение прядильной способности в зависимости от уровня техники прядения, Н = 1,2; К_обр – понижающий коэффициент используемого обрата; _обр – доля обрата в смеси; Т₁, Т₂, Т_n – минимальная линейная плотность пряжи, выработанная в отдельности из n-го компонента. Значения Т₁, Т₂, Т_n и значения К_обр следует брать из приложения 4; _n – доли участия компонентов натуральной шерсти, химических волокон и отходов гребенного прядения; К_д, К_Т, К_п, К_у – соответственно коэффициенты, учитывающие влияние длины, толщины, прочности, удлинения химических волокон. Значения этих коэффициентов установлены только для шерсти 64^к в смеси с химическими волокнами (вискозные волокна) (25). Поэтому в расчетах при использовании других видов волокон значения этих коэффициентов следует считать равными 1.

Резерв прядильной способности смеси (R) сопоставляет расчетную наименьшую линейную плотность пряжи с фактической линейной плотностью Т_ф, которую намечается вырабатывать из смеси в соответствии с технической заправкой ткани.

R = , (2.6)

Для расчета следует использовать формулу (2.5) и приложение 4.

Минимальную линейную плотность пряжи можно рассчитать исходя из средней линейной плотности волокон смеси и числа волокон в поперечном сечении пряжи. Установлено, что неровнота по линейной плотности, отвечающая требованиям стандарта при приемлемом уровне обрывности, обеспечивается при числе волокон в поперечном сечении:

- для гребенной пряжи – 40;

- для аппаратной пряжи – 100.

Среднюю линейную плотность волокон смеси рассчитывают по формуле А.А. Синицина.

Т_ср = Т₁₁ + Т₂₂ + …+ Т_n_n. (2.7)

Значение линейной плотности n-го компонента определяют из следующего выражения

Т = , (2.8)

где d_ср – средний диаметр рассматриваемого компонента, мкм. Значения d_ср берут из приложения 1 или справочника (16),  - плотность рассматриваемого компонента, г/см³.

Рассчитав таким образом значения линейной плотности для каждого компонента, находят Т_ср.

Минимальную линейную плотность для аппаратной пряжи определяют по следующему выражению

= Т_ср 100. (2.9)

Считается, что с достаточной степенью точности, прядильная способность смесей может быть определена через базовую линейную плотность пряжи. Методика определения Т_б подробно изложена в методических указаниях (18).

Резерв прядильной способности должен быть не менее 15 %, так как при меньшем резерве процесс прядения может протекать с повышенной обрывностью. Величина резерва выше 30 % указывает на недостаточное использование прядильной способности смеси.

Для расчета выхода пряжи из смеси (В_см) используют уравнение А.А. Синицина.

В_см = В₁₁ + В₂₂ + … + В_n_n (2.10)

где В₁, В₂, … В_n – выход пряжи из отдельно взятого компонента.

Значения коэффициента В₁, В₂ … В_n берут используя приложение (4). Полученные результаты сравнивают с выходами базового предприятия и с выходами определяемые временными отраслевыми нормами выходов пряжи из сырья (19), приложение 19. Если полученные результаты соответствуют нормативам или лучше, то данный состав смеси принимают за основу.

В случае, если в смеси используют бораты своего производства, то расчет выхода пряжи из смеси проводят по формуле (2.11).

(2.11)

где b_обр – понижающий коэффициент используемого обрата; _обр – доля обрата в смеси.

Значения b_обр различных видов обратов приведены в приложении 4.

3. Планы переходов и нормы потерь волокна по

переходам производства аппаратной пряжи

Разработка планов переходов и норм потерь по переходам является ответственным этапом работы над проектом. От правильной разработки этой части проекта зависят технико-экономические показатели проектируемого производства.

1. Планы подготовки компонентов смеси

При разработке планов подготовки компонентов смеси следует руководствоваться нормами технологического режима производства шерстяной пряжи (6), где приведены различные варианты планов обработки волокнистых материалов в зависимости от их состояния. Аналогичная информация приводится в справочнике по шерстопрядению (16), в приложении 5. Используя справочный материал и опыт работы базового предприятия позволит правильно подойти к разработке планов подготовки компонентов к смешиванию.

Нормы потерь натуральной шерсти при подготовке ее к смешиванию следует принимать согласно действующей нормативной документации (19), а также можно использовать данные представленные в приложении 6. План переходов с указанием норм потерь сырья при обработке рекомендуется представить в форме таблицы 3.1.

Другие виды потерь сырья при подготовке различных компонентов к смешиванию представлены выше по тексту настоящего пособия.

Таблица 3.1

Планы подготовки компонентов смеси

и нормы потерь волокна по переходам

Отходы в крашении определяют в процентах массы шерсти, поступающей в крашение:

- натуральная шерсть – 0,9 %

- отсортировки и низшие сорта – 1,1 %

- гребенной очес – 0,7 %

Штапельные химические волокна, суровые и крашеные в массе, перед вложением в смесь подвергаются расщипыванию и эмульсированию. Отходы при этом составляют 0,5 % массы волокна, расходуемого со склада. Если суровое волокно подвергается окрашиванию в своем производстве, то потери волокна возрастают на 0,7 % и составят 1,2 %.

Нормы потерь сырья для восстановленной шерсти при предварительной подготовки ее к смешиванию принимают в размере 3 % от ее складской массы.

Нормы потерь сырья при подготовке камвольных и суконных обратов (в процентах к массе поступающего в обработку сырья) следующие:

2. Расщипывание и эмульсирование смесей

Операции расщипывание и эмульсирование компонентов смеси обычно совмещают и выполняют на участке смешивания поточной линии. Поточная линия представляет собой ряд машин и механизмов связанных между собой непрерывностью технологического процесса. Чтобы правильно понять и грамотно выбрать оборудование входящее в состав поточной линии необходимо воспользоваться опытом работы базового предприятия и существующими типовыми поточными линиями, состав которых и последовательность расположения механизмов представлены в литературе (16, 20). Важным моментом в процессе приготовления смесей является процесс замасливания и эмульсирования. От правильности выполнения данного процесса во многом зависит как будет протекать процесс чесания и прядения, какого качества будет ровница и пряжа, какое количество угаров при этом будет образовываться. В связи с этим, руководствуясь опытом работы базового предприятия, группой перерабатываемой смеси (приложение 8) и справочной литературой (6, 16), приложением 7, выбирают состав замасливающих эмульсий. Доза внесения замасливающей эмульсии так же определяет нормализацию технологического процесса. Процент эмульсии, вносимый в перерабатываемую смесь рассчитывают по формуле

Э = (3.1)

где Р – необходимая доза жирового компонента в составе эмульсии, %; q – суммарное содержание жировых компонентов в эмульсии.

Для аппаратных смесей необходимая доза жирового компонента колеблется в пределах Р = 3,610 % и зависит главным образом от длины перерабатываемого шерстяного волокна и его содержания в смеси. Чем короче шерстяное волокно и больший процент его в смеси, тем больший процент жирового компонента должен находиться в составе эмульсии.

При вложении в смеси более 30 % вискозного волокна, 30-40 % нитронового волокна и более 40 % лавсанового волокна, следует применять раздельное замасливание шерсти и химических волокон.

Средний расход эмульсии к массе смеси составляет 2030 %.

Следует заметить, что увеличение массы смеси после эмульсирования не учитывается в дальнейших расчетах.

Выход смеси после расщипывания рассчитывают только с учетом отходов при расщипывании и смешивании (табл. 3.2). Количество образуемых отходов зависит от группы перерабатываемой смеси.

Группу смеси устанавливают согласно приложения 8.

Таблица 3.2

Нормы отходов при расщипывании и смешивании,

процент массы сухой смеси

3. Отходы в кардочесании и прядении

Отходы в кардочесании исчисляют в процентах массы сухой и расщипанной смеси, в прядении – в процентах массы ровницы. При установлении норм отходов учитывают группу перерабатываемой смеси и используя литературный источник (19) или приложение 9 устанавливают нормы потерь волокна по видам в кардочесании и прядении, представляя их в виде таблиц 3.3 и 3.4.

Таблица 3.3

Нормы потерь волокна в чесании

Таблица 3.4

Нормы потерь волокна в прядении

Выход пряжи (_пр) из смеси по каждому артикулу определяют путем умножения выхода ровницы (_р.с.) из смеси на выход пряжи из ровницы (_п.р.).

_пр = _р.с._п.р.

4. Отходы в ткацком производстве

Для определения количества вырабатываемой пряжи для заданного объема готовых тканей необходимо знать нормы отходов по переходам ткацкого производства. Эти нормы исчисляют в процентах массы пряжи, расходуемой со склада, в зависимости от линейной плотности пряжи и типа используемых станков (19), приложение 10. Нормативные значения потерь по переходам ткацкого производства рекомендуется записать в форме таблицы 3.5.

Таблица 3.5

План переходов и нормы потерь в ткацком производстве

3. Расчет часовой выработки пряжи

Порядок расчета часовой выработки пряжи зависит от характера задания мощности проектируемого предприятия. Во всех случаях задания мощности прежде всего следует принять режим работы предприятия и определить число рабочих часов в году (К). При проектировании нового предприятия рекомендуется двухсменный режим с продолжительностью 8 часов в смену или 4154 часа в год. При реконструкции действующего предприятия необходимо опираться на опыт работы предприятия, его производственный объем продукции и место, занимаемое в рыночных отношениях. Рассмотрим возможные варианты задания мощности.

Вариант 1. Мощность производства задана в тоннах пряжи, вырабатываемой в год, указаны ассортимент пряжи и ее линейная плотность. Часовая выработка пряжи каждого вида, кг/час, будет определяться из соотношения (4.1) .

Q_ч = (4.1)

где Q_г – годовая выработка пряжи заданной линейной плотности, тонн; К – число рабочих часов в году.

Вариант 2. Мощность производства задана в погонных метрах готовой ткани (L_г), вырабатываемых в год , указаны ассортимент тканей (артикул А и Б)и доля ткани каждого артикула (₁ и ₂).расчеты часовой выработки пряжи следует вести в следующем порядке: (табл. 4.1)

Таблица 4.1

Расчет часовой выработки одиночной пряжи в час

Вариант 3. Мощность произв