Повышение эффективности технологии механической усадки хлопчатобумажных тканей

Анализ развития текстильного оборудования отечественного и зарубежного производства за последние годы показывает, что основное внимание в настоящее время уделяется автоматизации и роботизации технологических процессов на основе широкого использования микропроцессорной техники III.

В большинстве случаев оборудование, не оснащенное микропроцессорными средствами управления, на международном рынке рассматривается как неконкурентоспособное. В настоящее время разработано большое количество систем автоматизации оборудования, автоматизированных приборов по оценке качества сырья, полуфабрикатов, готовых изделий и контроля технологических процессов 121.

Интенсивная компьютеризация технологических процессов приводит к быстрому моральному старению оборудования. По мнению отечественных и зарубежных специалистов /3, 4, 5, 6/, эта проблема является весьма актуальной. Создание систем, работающих таким образом, чтобы контроль и управление конкретным технологическим процессом зависели от точностных характеристик оборудования и требований к точности обработки и не зависели от той или иной системы управления самой машиной, сможет частично решить проблему быстрого морального старения оборудования, расширяя его функциональные возможности.

Автоматический контроль и регулирование усадки ткани на ткане-усадочных линиях позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели производства, в частности, повысить качество исходного продукта, производительность труда III.

В настоящее время существует ряд концепций и систем автоматического контроля на тканеусадочных линиях, разработанных как у нас в стране так и за рубежом /8, 9/, однако прогресс элементной базы и математических методов, описывающих процесс регулирования, дает стимул для дальнейших исследований в этой области.

Немаловажным вопросом для построения системы автоматического управления является разработка первичных источников информации о рабочих параметрах оборудования: датчиков производительности, скорости, вытяжки-усадки. Анализ существующих устройств показал, что весьма актуальной является задача разработки датчиков, обладающих необходимой точностью и надежностью в сочетании с низкой стоимостью.

Нехватка сырья заставляет производителя экономно расходовать имеющиеся ресурсы /10/. На отделочном оборудовании, в виду того, что его операции завершают процесс производства ткани, необходим учет выпускаемой продукции. Большинство находящихся на предприятиях в настоящее время отечественных линий недостаточно оборудованы точными и надежными средствами учета.

Актуальность темы

.

В современных условиях развития рыночных отношений в России успеха достигают там, где выпускается конкурентоспособная продукция, основой конкурентоспособности являются качество и стоимость.

Одним из важных требований со стороны потребителя к качеству выпускаемых готовых тканей является величина их бытовой усадки. Анализ работы оборудования отечественных текстильных предприятий показал значительное отклонение от нормы по усадкам и притяжкам по технологическим переходам (крашение, аппретирование, механическая усадка). Это явление — следствие несоблюдения технологических параметров обработки ткани на оборудовании, вызванное в первую очередь недостаточной степенью оснащенности средствами технологического контроля.

Зарубежное отделочное оборудование оснащено микропроцессорной техникой, которая позволяет производить экспресс-анализ, а также долговременное накопление информации о притяжках, усадке, скорости обработки, производительности оборудования, и других параметрах. Однако высокая стоимость импортного оборудования делает его труднодоступным для отечественных производителей текстиля.

Между тем существующее отечественное оборудование, не потерявшее еще производственных качеств, не в полной мере укомплектовано точными и надежными устройствами контроля технологических параметров и количества выпускаемой продукции. Особую трудность представляет отсутствие приборов контроля важнейшего показателя — усадки ткани. Это обстоятельство не дает возможности получать быструю, точную, надежную, беспристрастную и доступную информацию о параметрах проведения процесса, вследствие чего не достигаются требуемые показатели качества готовой продукции.

Таким образом, задача улучшения качества готовых тканей путем совершенствования технологии их обработки на усадочной линии, а также исследования направленные на оптимизацию параметров, влияющих на процесс механической усадки с помощью разработанной микропроцессорной системы технологического контроля, являются чрезвычайно актуальными.

Цель работы. Цель диссертационной работы заключалась в повышении эффективности технологии механической усадки текстильных полотен путем оптимизации параметров этого процесса за счет разработки и создания микропроцессорной системы технологического контроля за параметрами усадки и достигаемым показателями качества готовой продукции.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ существующих отечественных и зарубежных способов и устройств механической усадки текстильных полотен и установлена взаимосвязь достижения требуемых показателей усадки с обеспечением оптимальных параметров проведения данного процесса на усадочном оборудовании.

2. Проведен сравнительный анализ отечественных и зарубежных средств и устройств контроля усадки, выявлены их недостатки. Обосновано направление разработки системы контроля параметров, основанных на магниточувствительных датчиках скорости и микропроцессорном контроллере.

3. Проведены теоретические и экспериментальные исследования взаимосвязи характеристик текстильных материалов и свойств магниточувствительных элементов, включая разработку математической модели учета электростатических помех от взаимодействия текстильного материала с контактирующими элементами датчиков.

4. Проведены исследования и анализ структурных и принципиальных схем датчиков скорости и микропроцессорной системы контроля технологических параметров процесса усадки ткани. Обоснован выбор наиболее оптимальных схем.

5. Проведен анализ алгоритмов функционирования системы контроля и обоснован выбор оптимального алгоритма. Разработано программное обеспечение данной системы, позволяющее контролировать и оптимизировать процесс усадки.

6. Разработан и изготовлен экспериментальный образец микропроцессорной системы контроля параметров процесса механической усадки ткани.

7. Проведены лабораторные и производственные испытания системы контроля технологических параметров процесса механической усадки тканей.

8. На основании обработки результатов производственных испытаний получена трехфакторная регрессионная модель второго порядка процесса усадки ткани на тканеусадочной линии. Определены оптимальные параметры, характеризующие процесс механической усадки ткани.

Методы исследования. Работа включает в себя теоретические и экспериментальные исследования процесса механической усадки тканей. В качестве объекта исследования использованы хлопчатобумажные ткани поверхностной плотностью от 140 до 267 г/м2. Для теоретического исследования был использован аппарат дифференциального и интегрального исчисления. Все расчеты были выполнены на ЭВМ с применением разработанных автором программ математической обработки. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном оборудовании кафедры ТОЭ и ЭИ ИГЭУ и на действующей оборудовании ОАО «Куровской текстиль». При их выполнении использовались методы компьютерного осциллографирования с последующей обработкой данных методами математической статистики на ЭВМ. Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов обусловлены большим объемом экспериментов, хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных результатов с результатами производственной апробации.

Научная новизна.

• Разработана регрессионная модель второго порядка процесса усадки ткани на тканеусадочной линии, позволяющая определять оптимальные параметры, характеризующие данный процесс и обеспечивающие получение требуемых показателей усадки тканей.

• На основании теоретических исследований определена величина погрешности показаний контактных датчиков в зависимости от электростатических характеристик тканей.

• Разработана новая конструкция датчика скорости и усадки на основе магниточувствительных элементов, признанная изобретением (положительное решение по заявке № 98 113 122), позволяющая повысить точность и надежность систем контроля технологических параметров процесса механической усадки текстильных полотен.

• Впервые разработана структура оболочки программного обеспечения однокристальной микроЭВМ для контроля процесса механической усадки ткани, выполняющая группу задач в реальном времени на основе принципа «прозрачности» .

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработана методика определения оптимальных параметров процесса механической усадки на тканеусадочной линии, позволяющая повысить качество готовых тканей и улучшить технико-экономические показатели процесса.

Разработана, изготовлена и прошла успешные технологические испытания в составе действующего усадочного оборудования система контроля технологических параметров процесса механической усадки ткани, реализующая алгоритмы оптимизации параметров процесса механической усадки.

Применение разработанных датчиков скорости во вновь создаваемых системах АСУ ТП и при модернизации существующих позволит обеспечить измерение указанных параметров с высокой степенью точности и надежности и, как результат, дает возможность повысить точность учета выпускаемой продукции и ее качество.

Экспериментальный образец системы контроля технологических параметров процесса механической усадки ткани установлен на тканеуса-дочной линии ЛАУ-180−3 в условиях ОАО «Куровской текстиль». Годовой экономический эффект от её внедрения составил 50 тысяч руб.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на:

• международных научно-технической конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 1998 г.), «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 1999);

• научных семинарах и заседаниях кафедры ТОЭ и ЭИ ИГЭУ, Иваново, 1996;1999 гг.;

• научно-технических совещаниях инженерно-технических работников ОАО «Куровской текстиль» 1997;1999 гг.;

• расширенном заседании кафедры МТТМ Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 2000 г).

Публикации.

Результаты исследований, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в учебном пособии, трех статьях в журнале.

Известия вузов. Технология текстильной промышленности" и в сборниках трудов ИГЭУ, пяти тезисах докладов международных научно-технических конференций.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 157 страниц машинописного текста, включая 48 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 96 наименований, приложений на 20 страницах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Доказана зависимость стабильности достижения требуемых показателей механической усадки текстильных полотен от стабильности поддержания оптимальных параметров данного технологического процесса.

2. Обосновано наиболее перспективное направление создания системы контроля параметров процесса механической усадки ткани, основанное на разработке магниточувствительных датчиков контроля скорости движения текстильного полотна и микропроцессорного контроллера.

3. Разработана математическая модель, описывающая влияние электростатических характеристик текстильных полотен на точность измерения магниточувствительного датчика скорости движения ткани.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований создана новая конструкция датчика скорости движения ткани, признанная изобретением (положительное решение по заявке № 98 113 122/12 от 02.07.98).

5. Разработаны и проанализированы варианты исполнения датчикового узла. Перспективным признано использование в качестве магниточувствительного элемента магнитотранзистора.

6. Результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что на точностные характеристики разрабатываемых датчиков влияют: температура, нестабильность питания, а также шумы и флуктуации параметров отдельных элементов схемы. Разработаны схемные решения, позволившие в значительной степени устранить указанные недостатки.

7. Разработаны варианты схем системы автоматического контроля параметров процесса механической усадки на тканеусадочной линии на основе двух типов однокристальных микроЭВМ. Использование однокристальной микроЭВМ приводит к снижению габаритов, потребляемой мощности, стоимости, повышению надежности устройства.

8. Разработана структура оболочки программного обеспечения однокристальной микро-ЭВМ для контроля процесса механической усадки, выполняющего группу задач в реальном времени, на основе принципа «прозрачности» .

9. Получена трехфакторная регрессионная модель второго порядка, устанавливающая функциональную связь между технологическими параметрами процесса механической усадки ткани на тканеусадочной линии, и достигаемыми показателями усадки.

10. С использованием регрессионной модели разработана методика расчета оптимальных параметров процесса механической усадки ткани на тканеусадочной линии, позволяющих более полноценно использовать потенциальные возможности существующих тканеусадочных машин. Доказана технологическая, эксплуатационная и экономическая эффективность использования микропроцессорной системы контроля на существующих тканеусадочных линиях.

11. Разработанная микропроцессорная система контроля процесса механической усадки дает возможность модернизировать парк технологического оборудования, эксплуатируемого в настоящее время на отечественных текстильных предприятиях и таким образом решает острую проблему преодоления морального старения оборудования в отечественном отделочном производстве.

12. Данные экспериментальных и лабораторных исследований разработанной системы контроля технологических параметров могут быть использованы при проектировании приборов контроля аналогичных параметров работы отделочного оборудования.