Разработка инструментальной системы определения технологического качества трепаного льна

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В последнее время в нашей стране и за рубежом возрос интерес к производству льняного волокна. Его уникальные свойства обеспечивают высокую конкурентоспособность при создании льносо держащих текстильных изделий. Это повлекло за собой интенсификацию экспортно-импортных отношений и рост рентабельности предприятий льноперерабатывающего комплекса.

В связи с предстоящим вступлением Российской Федерации во Всемирную торговую организацию остро встала проблема унификации методов стандартизации льна, создания инструментальных систем определения его качества, обеспечивающих объективность и точность оценки.

Кроме этого, необходимость совершенствования методов определения качества трёпаного льна обусловлена отсутствием эффективных способов прогнозирования поведения льна в процессе его переработки. Наличие входного контроля, позволяющего определить необходимые режимы обработки льна, приведёт к более рациональному его использованию в условиях текстильных предприятий.

В настоящее время технологическое качество трёпаного льна производится согласно требований ГОСТ 10 330–76 «Лён трёпаный. Технические условия». Определение номера волокна осуществляется либо сенсорно (органолептически), либо по методу контрольного прочёса, то есть с применением заводского оборудования. Недостатки существующего метода очевидны. Это необъективность и низкая точность для первого варианта и значительная продолжительность, нерациональное использование промышленного оборудования, а также необходимость его подготовки по ряду настраиваемых с метрологической точностью параметров для второго варианта.

Таким образом, дальнейшее совершенствование систем и методов оценки качества трёпаного льна является актуальной и важной практической задачей.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Основной целью исследования является повышение объективности и снижение продолжительности анализа при инструментальном определении качества трёпаного льна.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

— Разработка новых способов определения геометрических и физических свойств льняного волокна, обеспечивающих автоматизацию контроля при их комплексной реализации;

— Исследование особенностей деформирования волокна при поперечном сжатии для обоснования ускоренного метода определения его объёмного веса;

— Обоснование совокупности показателей качества трепаного льна для определения интегрального показателя его технологической ценности;

— Разработка конструкции и обоснование параметров рациональной работы технических средств контроля важнейших показателей качества;

— Разработка метода расчёта интегрального показателя качества и проверка новой инструментальной системы оценки технологической ценности трёпаного льна.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Методической основой диссертации явились труды ведущих учёных в области оценки качества текстильных материалов. В работе использовали теоретические и экспериментальные методы исследования. Применяли приёмы дифференциального и интегрального исчисления, численные математические методы, а также методы текстильного материаловедения. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартную и оригинальную аппаратуру. Обработка опытных данных осуществлялась методами многомерного, регрессионного, дисперсионного и корреляционного анализов при 95% доверительной вероятности. Вычислительные процедуры реализовывали с применением ПЭВМ, используя программы Maple, Mathcad, Statgraphics, Excel.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в обосновании и разработке системы новых инструментальных методов оценки технологического качества трёпаного льняного волокна для решения задач стандартизации, классировки и технического контроля сырья.

В результате исследований впервые:

Разработаны методы определения геометрических и физических свойств трёпаного льна на основе его взаимодействия с валковой парой с учётом особенностей деформирования волокна в поперечном направлении;

Создан метод оценки цвета волокна на основе учёта всех координат цветности и их варьирования;

Исследованы взаимосвязи показателей качества трепаного льна и обоснованы возможности косвенной оценки его важнейших технологических свойств;

Проведено ранжирование и обоснован перечень показателей качества для разработки инструментальной системы контроля для определения технологической ценности трёпаного льна;

Обоснован способ интегральной оценки важнейших технологических свойств льняного волокна на основе их косвенных оценок и автоматизированного контроля;

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Впервые создана инструментальная автоматизированная система оценки качества трёпаного льняного волокна, пригодная для использования в условиях льнозаводов и льнокомбинатов для решения задач стандартизации, классировки и технического контроля сырья. Предложен для практического применения алгоритм определения номера волокна применительно к ГОСТ 10 330–76.

Предложенные методы определения показателей качества трёпаного льна рекомендованы для совершенствования существующего ГОСТ 10 330–76 путем внесения в него изменений. Данные предложения приняты к использованию Техническим Комитетом по стандартизации (ТК № 460) Госстандарта РФ.

Лубяные культуры и продукция, производимая из них". Кроме этого, разработанные методы приняты к использованию Всероссийским научно-исследовательским институтом по переработке лубяных культур для совершенствования методики определения технологического качества льна в системе государственного сортоиспытания.

Разработаны исходные требования для создания инструментальной системы оценки качества трёпаного льняного волокна, которые приняты к использованию АО «Костромское СКБТМ».

Проведено усовершенствование конструкции чесального станка (ЧС), позволяющего имитировать работу производственной машины Ч-302-Л. Результаты совершенствования будут использованы при модернизации ЧС по заказу ВНИИЛК.

Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 2801 в курсе «Технология и оборудование производства натуральных волокон».

Диссертационная работа выполнена в рамках гранта для поддержки НИР аспирантов вузов Минобразования РФ (порет А03−3.20−507).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях (Лен — 2002)» (Кострома, 2002) — на международной научно-практической конференции «Инновационная привлекательность льняного комплекса России» (Вологда, 2003) — на 55-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству» (Кострома 2003) — на расширенном заседании кафедры «Технология и производство льняного волокна» КГТУ (Кострома 2003) — на Российском научном семинаре «Технология текстильных материалов» (Кострома, 2003) — на заседании учёного Совета Всероссийского НИИ по переработке лубяных культур (Кострома, 2004) — на техническом совещании специалистов ЗАО «Костромская Большая льняная мануфактура» (Кострома,.

2003) — на научно-техническом совещании АО «Костромское СКБТМ» (Кострома, 2004).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 2 в центральных журналах, 1 депонированная статья, 4 статьи в тематических сборниках, а также получен патент Российской Федерации и положительное решение о выдаче патента.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. Существующие методы оценки качества трепаного льна требуют совершенствования в части повышения объективности результатов анализа и автоматизации процесса их реализации. Большинство используемых на практике показателей качества не позволяют автоматизировать процесс испытания при определении номера волокна.

2.При обосновании перечня новых показателей качества следует исходить из наличия максимальной взаимосвязи их значений с общепринятыми показателями и возможности автоматизации процесса измерения для снижения его продолжительности и субъективизма получаемых результатов.

3.Схема взаимодействия горсти трепаного льна при ее пропуске относительно пары валков обеспечивает определение высоты сечения горсти в разных зонах по ее длине, что позволило разработать новые методы определения объемного веса волокна, горстевой длины и растянутости волокон в горсти.

4.Анализ особенностей деформации волокна в межвалковой зоне позволил разработать алгоритм расчета поперечной деформации волокна в разных зонах по длине горсти, необходимой для определения объемного веса недеформированных волокон. Для уменьшения вариации поперечной деформации рекомендовано использовать следующие режимно-конструктивные параметры: радиус валков 0,04 м., скорость движения горсти волокна 0,03 м/с, а масса — 0,2 кг.

5.Установлена целесообразность учёта трех координат цветности волокна в разных зонах по длине горсти. Это позволило впервые предложить для использования в качестве оценивающего показателя вариацию упомянутых трех координат при испытании всех горстей и по длине каждой из них.

6. Обоснована совокупность новых показателей качества трепаного льняного волокна. К их числу отнесены: средняя длина, объемный вес, выход чесаного волокна, координаты цвета и вариация по этим показателям. Доказана возможность с их использованием определять номер трёпаного волокна и косвенным образом — общепринятые показатели качества: гибкость, группу цвета, линейную плотность и разрывное усилие.

7.На основе совмещения процессов измерения разработана конструкция измерительного комплекса для оценки средней длины, объемного веса и координат цвета волокна. Установлено, что комплекс обеспечивает сходимость результатов с ошибкой не более 5%. Кроме этого, разработан новый лабораторный чесальный станок, обеспечивающий сходство результатов прочеса с использованием машины 4−302-JI.

8.Вновь предложенный способ идентификации трепаного льняного волокна по его технологической ценности (номеру) позволяет, используя принципы максимального сходства, получать результаты, имеющие высокую корреляционную связь (R=0.98) с оценкой по методу контрольного прочеса по ГОСТ 10 330–76. Продолжительность анализа по новому способу в сравнении с существующим сокращается в два раза, а расчетный годовой экономический эффект от использования одного измерительного комплекса — 124 тыс. руб.

9.На основе полученных результатов предложена инструментальная система для контроля технологического качества трепаного льна, которая принята для использования Всероссийским Техническим Комитетом по стандартизации продукции лубяных культур (ТК № 460) в целях совершенствования действующего ГОСТ 10 330–76.