LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Наукові основи технологічних процесів одержання модифікованого лляного волокна

a=R(a-sin a) (3)

Відносне подовження луб'яного волокна: = (4)

Напруження s, що виникає у дільниці волокна внаслідок деформації стеблини згідно з законом Гука дорівнює:

s =, (5)

де Е – модуль пропорційності при розтягуванні волокна.

Для визначення напруження, достатнього для відокремлення волокна від деревної частини стебла льону, потрібно провести розрахунок розподілу напруження на всю деформовану дільницю стеблини. Якщо розподіл напруження відбувається рівномірно на дільниці волокна довжиною L=Rsina (рис.6) та шириною b, то сумарна сила Р дорівнює:

(6)

Сумарна сила зчеплення волокна з деревиною на цій дільниці: К=kR sina b

Для відокремлення волокна від деревини треба щоб виконувалась умова: Р>К, отже

, (7)

звідки d і 2k або:

; (8)


Рис.6. Cхема процесу плющення стебел льону


Для відокремлення волокна від деревини при плющенні стеблин у гладких валках необхідно, щоб кут обхвату стеблини валком був більшим ніж . При збільшенні кута обхвату в два рази інтенсивність дії плющильного валка збільшується у 4 рази. Чим більше опір зчеплення, тим більше повинен бути кут обхвату.

Встановлено, що сила тиску валків на шар стеблин, достатня для зсуву волокон, знаходиться у зв'язку з розмірами шару, плющильного валка (R) та напруженням у камбіальному шарі стебла:

, (9)

де dк – напруження у камбіальному шарі стеблини, під час плющення досягає показника межі міцності при зсуві;

R – радіус плющильного валка;

b – ширина шару стеблин, що піддаються плющенню.


На рис.7 зображені залежності напруження у камбіальному шарі від показника тиску (Р) та радіуса плющильних валків R. В першому випадку залежність має лінійний характер, у другому – гіперболічний.


Рис.7. Залежність напруження у камбіальному шарі від

показника тиску (Р) та радіусу плющильних валків R


Гіпотеза про причину порушення зв'язку між луб'яною та деревною частинами стебла базується на зсуві волокон в камбіальному шарі під дією горизонтальної складової зусилля розтягування. Експериментальними роботами підтверджено, що сила розтягування волокна в процесі плющення круглими валками майже вдвічі більша, ніж при статичному стисненні.

Визначення показника межі міцності камбіального шару лубоволокнистого матеріалу при його плющенні прокатуванням (9) враховує вплив зусилля розпирання та розмір валків, але не встановлює взаємозв'язок його з технологічними показниками, тому пропонується розраховувати межу міцності камбіального шару за формулою:

, (10)

де Fp – питоме зусилля розпирання;

1 – координата перерізу максимального питомого стиснення;

2– координата перерізу завантаження луб'яної сировини у плющильні валки.

В свою чергу взаємозв'язок між р1 та р2 характеризується рівнянням:

arctg р1- 2 arctg р2=0 (11)

При дослідженні процесу плющення класичним способом більшість дослідників розглядали стеблину льону як жорстке середовище і не враховували особливості будови лубоволокнистого матеріалу. З урахуванням хімічного складу і морфологічних властивостей лубоволокнистий матеріал можна представити як жорстко-пластичне середовище Сен-Венана. Фізична модель процесу плющення стеблини трести льону як багатошарового циліндра наведена на рис.8. При втягуванні в міжвалковий простір жорстко-пластичне середовище зазнає деформації зсуву g, при цьому розвивається певне напруження t зсуву. В міру заповнення матеріалом всієї зони деформації напруження зсуву на межі середовище – валок досягають найбільшого значення вподовж осьової лінії. В поперечному перерізі міжвалкового зазора окремі шари волокнистого матеріалу рухаються з однаковою швидкістю, що змінюється від перерізу до перерізу, до того ж на межі матеріал–валок можливе сковзання.


Рис.8. Фізична модель процесу плющення


Математичне формулювання задачі включає відповідно диференціальне рівняння руху середовища в міжвалковому просторі, рівняння нерозривності та реологічне рівняння стану Сен-Венана:

dp/dx =to/h (12)

qv=2Vh=2(V-Vск)h (13)

t =to, (14)


де dp / dx – градієнт тиску, що розвивається в міжвалковому просторі;

qv – об'ємна продуктивність плющильної пари;

2h – локальна висота міжвалкового зазора.

При розробці нових технологій первинної обробки рослинної сировини необхідно враховувати енергетичні витрати на процес плющення. Питома технологічна потужність процесу плющення дорівнює:

(15)

Процес плющення є необхідною підготовчою операцією перед м'яттям трести, бо суттєво порушує зв'язок між волокном та деревиною, зменшує витрати енергії на роботу злому та усуває причини виникнення розриву волокна при згинанні. Застосування фізичної моделі у вигляді багатошарового циліндра дозволяє провести аналіз явищ, які відбуваються в стеблах трести льону при плющенні. Поступовий зсув окремих шарів паралельно осі стебла сприяє відокремленню волокнистого шару від деревини і позитивно впливає на розщеплення технічних волокон на елементарні. В цьому випадку найважливішим слід вважати питання про збереження цілісності лляних волокон. Пропонується проводити процес плющення в декілька етапів з поступовим збільшенням навантаження на стебла трести. В кожному з вузлів плющення зсув окремих шарів в структурі багатошарового циліндра буде поступово зростати, а остаточне руйнування цілісності конструкції стебла відбудеться лише при максимальному навантаженні (рис.8). В цьому випадку на подальшу технологічну операцію – м'яття надходитимуть не просто зламані на певну довжину дільниці стебел, а найліпшим образом підготовлені сектори структури стебла, в яких волокнисті жмути будуть максимально звільнені від зв'язків з деревиною, а самі волокна збережуть міцність завдяки м'яким режимам плющення.

Застосування плющення в декілька етапів дозволяє:

  • створити попередній натяг всіх компонентів багатошарової конструкції;

  • забезпечити послідовність зсуву окремих шарів;

  • зменшити навантаження руйнування і збереження цілісності волокон льону;

  • створити умови для кращого дроблення і розщеплення волокон.

Напруження, що виникає в розтягнутому шарі стебел трести при їх згинанні в робочих органах м'яльних машин, може призвести до розриву луб'яного волокна або до відокремлення його від деревини. Умовою безпечного відокремлення волокна є створення напруження розтягування на криволінійній дільниці чи в окремому секторі стеблини, що передається на достатньо малу елементарну частину поверхні лубу (рис.9).

Відносне подовження зовнішнього шару, що розтягується, при згинанні дорівнює:

, (16)

де h – відстань від нейтрального шару до зовнішнього;

R – радіус згинання;

j – кут повороту перерізу.


Рис. 9. Схема деформації стеблини льону під час згинання


Згідно з законом Гука напруження розтягування дорівнює:

(17)

Якщо розміри стрічки волокна дорівнюють , то сила, що розтягує зовнішній шар буде дорівнювати:

(18)

Сила зчеплення між шарами на дільниці довжиною L дорівнює:

К = k L b, (19)

де k – питоме