توزیع تاب نخ ریسندگی چرخانه ای

توزیع تاب نخ ریسندگی چرخانه ای – www.irantarjomeh.ir

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

دیدگاه جامع آنالیز دینامیکی توزیع تاب نخ در ریسندگی چرخانه ای بخش ۱ : حالت ثابت

چکیده

این مقاله به عنوان اولین بخش سری بررسی های مرتبط با توزیع تاب نخ در ریسندگی چرخانه ای / روتور و روش های تولید نخ های ریسیده چرخانه ای اصلاح شده می باشد. در اینجا، یک دیدگاه مکانیکی جامع برای توزیع تاب دینامیکی در فرآیند فرم دهی نخ از الیاف جمع شده در شیار روتور تا نخ های تابیده در قسمت استوپر تاب ارائه می گردد. معادلات تعادل در نواحی مختلف فرم پذیری – نخ برحسب متغیرهای بدون بعد مشخص می گردند. کشش نخ و توزیع تاب تحت شرایط ریسندگی ثابت به صورت عددی شبیه سازی خواهند شده و تاثیرات پارامترهای بدون بعد مختلف ریسندگی چرخانه ای بر روی کشش نخ و توزیع تاب به تفصیل مورد بررسی قرار می گیرند.

ریسندگی چرخانه ای بطور گسترده ای به عنوان یکی از اقتصادی ترین تکنیک های ریسندگی تا به امروز مورد پذیرش قرار گرفته است. با این وجود، بواسطه فرآیند پیچیده شکل پذیری نخ، مکانیزم انتشار تاب دینامیکی و توزیع آن به طور کامل درک نشده است. بنابراین تحقیقات زیادی تاکنون در زمینه مطالعه تئوریکی دینامیک نخ انجام شده است.

تعاریف

آنالیز مکانیکی پیشنهادی ما بر مبنای ۵ فرضیه می باشد. در ابتدا، نخ به نظر انبساط ناپذیر است و می توان آن را به عنوان یک مجموعه استوانه ای ارتجاعی در نظر گرفت. در وهله دوم، تاب نخ به صورت خطی با گشتاور نخ تلقی گردیده و در شیار روتور، یک ارتباط خطی بین تاب و گشتاور پیچشی برای رشته های الیاف فرض می شود. با این وجود، برای ملاحظات دقیق تر، می بایست از ارتباطات دو خطی برای رشته های الیاف بر مبنای مشاهدات تجربی استفاده نمود. در مرحله سوم، در شیار روتور، یک کاهش جرم خطی رشته الیاف از نقطه پوسته شدگی تا انتها فرض می شود. سپس در وهله چهارم، سرعت انتقال خطی نخ به نظر به صورت ثابت و مستقل از موقعیت بوده و سرعت زاویه ای نخ در نقطه پوسته شدگی در محور میانی به نظر مساوی با سرعت زاویه ای ثابت روتور چرخانه ای می باشد، چرا که به طور طبیعی تفاوت بین آنها بسیار اندک است. در نهایت، وزن و گشتاور خمشی نخ نادیده گرفته می شود چرا که آنها کاملا کوچک بوده و در مقایسه با دیگر نیروها و گشتاورها بی معنی هستند.

توزیع تاب نخ ریسندگی چرخانه ای

معادلات توزیع تاب

معادلات حاکم

برای مشاهده لیست کاملی از علایم و اختصارات به ضمیمه ۱ رجوع شود.

در دستگاه مختصات مرجع ثابت، حرکت های نخ در فرآیند شکل گیری نخ متشکل از سه مؤلفه    می باشد: چرخش پیرامونی حول محور نافی با یک سرعت زاویه ای مساوی با سرعت روتور چرخشی  (به فرضیه ۴ رجوع شود)، حرکت انتقال/ تحویل با یک سرعت خطی  و چرخش پیچشی حول محور خود با یک سرعت چرخشی n. بنابراین همان گونه که در شکل ۲ نشان داده شده است، برای راحتی آنالیز، ما یک دستگاه مختصات مرجع O-X’Y’Z’ را برحسب بردارهای  انتخاب نمودیم که حول محور Z دستگاه مختصات مرجع ثابت O-XYZ با یک سرعت زاویه ثابت  به گردش در می آید. در این سیستم چرخشی، R(s, t) معرف بردار موقعیت جزء نخ و مسیر بردار  همراه با بردار واحد e_z می باشد. در تحلیل ذیل، ما چهار نوع از نیروهای عمل کننده بر روی جزء نخ را مدنظر قرار می دهیم، شامل نیروی کشش داخلی P، نیروی اصطکاک واحد F، نیروی واکنش طبیعی واحد N و واحد نیروی مقاومت هوایی A.

معادلات تعادل در نواحی ۱ و ۲

در ناحیه ۱، مسیر نخ تقریبا صاف می باشد. از آنجایی که شعاع گردش محیطی نخ در این ناحیه به طور معمول بسیار کوچک است و هیچگونه سطح تماسی بین نخ و راهنما وجود ندارد، کلیه تسریع شدگی های اینرسی و نیروهای خارجی را می توان نادیده گرفت. بنابراین، نتیجه گیری نیروی کشش داخلی نخ ثابت و تاب را می توان در ناحیه۱ ، یعنی  حاصل آورد.

معادلات تعادل در ناحیه ۳

در ریسندگی چرخانه ای، مسیر نخ در فضای آزاد را می توان به عنوان یک منحنی سطح در نظر گرفت ( شکل ۵). چارچوب مختصات مرجع چرخشی انتخابی O-X’Y’Z’ در این ناحیه مشابه با مورد استفاده شده در ناحیه ۲ می باشد به استثنای آنکه ناحیه مختصات به سمت مرکز این سطح تمایل یافته که در آن منحنی نخ در امتداد محور Z’ مشخص می گردد. در این ناحیه، هیچ گونه سطح تماسی بین نخ و راهنما وجود ندارد، بنابراین معادله ذیل را خواهیم داشت:

معادلات تعادل در ناحیه ۴

سیستم مختصات مرجع چرخشی O-X’Y’Z’ که در این ناحیه انتخاب شده است مشابه با سیستم ناحیه ۳ است. همان گونه که در شکل ۶ب (تنها یک ربع از دایره نشان داده شده است) مشاهده می شود، دو نوع از فرم های الیاف در شیار روتور وجود دارد: نخ تابیده و رشته الیاف بدون تاب. از آن جاییکه هیچ گونه حرکت نسبی حقیقی بین رشته های الیاف بدون تاب و شیار روتور وجود ندارد، نیروی اصطکاک توزیعی استاتیک مدنظر خواهد بود. برای ساده سازی، یک کاهش خطی نیروی کشش برای رشته های الیاف بدون تاب در نظر گرفته می شود.

توزیع تاب نخ ریسندگی چرخانه ای

معادلات بدون بعد

در این بخش، ما اقدام به بازنویسی معادلات دینامیکی در نواحی مختلف تشکیل – نخ برحسب متغیرهای بدون بعد می نماییم. مقیاس های راحتی برای آنالیز بدون بعد عبارتند از شعاع روتور a برای طول، سرعت نخ در نقطه پوسته شدگی  برای سرعت، نیروی سانتریفوژ نخ برحسب واحد طول در نقطه پوسته شدگی  برای نیرو برحسب واحد طول، تاب ماشین  برای تاب و گشتاور داخلی نخ برحسب واحد طول a حاصل آمده از تاب ماشین  برای گشتاور برحسب واحد طول. بر این مبنا، ما متغیرهای بدون بعد ذیل را معرفی می نماییم .

شبیه سازی ها

شرایط مرزی و پارامترهای سیستمی

جزئیات شرایط مرزی بدون بعد برای محاسبه در جدول ۱ لیست شده اند، که در آن نیروی کشش نخ در نقطه پوسته شدگی  را می توان از طریق جایگزینی ضریب نسبی k  (که در معادله ۲۲ لیست شده است) با راه حل تقریبی محاسبه نمود.

مباحث

تاثیر عامل گشتاور  

شکل۷ نشان دهنده کشش نخ و توزیع های تاب در برابر عامل گشتاور می باشد. محدوده متغیر  که از داده های نوعی محاسبه شده است از ۶٫۹ ´ ۱۰^-۴ الی ۴٫۰ ´ ۱۰^-۳ می باشد، که در آن ۵ مقدار گسسته  برای تحلیل انتخاب شده‌اند: ۶٫۹ ´ ۱۰^-۴، ۸٫۷ ´ ۱۰^-۴ ، ۱٫۲ ´ ۱۰^-۳، ۱٫۸ ´ ۱۰^-۳، و .۴٫۰ ´ ۱۰^-۳  از شکل ۷، می توان مشاهده نمود که توزیع کشش نخ تقریبا به صورت غیر متغیر همراه با مقادیر مختلف  می باشد، اما توزیع تاب به طور کلی تحت تاثیر مقدار  است. همان گونه که در شکل ۷ نشان داده شده است، در نواحی ۲ و ۳، سطح تاب نخ همراه با افزایش عامل گشتاور کاهش می یابد. با این وجود، در ناحیه ۴، هر چه مقدار  بزرگتر باشد، طول تاب جانبی نیز که در شیار روتور گسترش یافته است، دراز تر خواهد بود.

تاثیر عامل سرعت نخ   

از معادله ۳۱، پارامتر بدون بعد  تشکیل دهنده ضرایب دو نیروی اینرسی می باشد، بنابراین چنین موردی معرف عملکرد دو نیروی اینرسی خواهد بود. شکل ۸ نشان دهنده کشش نخ و توزیع تاب در برابر عامل سرعت نخ می باشد. در اینجا ۵ مقدار  برای تحلیل وجود دارد: ۰۰۳۸/.، ۰۰۴۷/۰، ۰۰۶۱/۰، ۰۰۹۵/۰ و ۰۱۵۴/۰٫ آنگونه که در شکل ۸ الف نشان داده شده است، نه کشش نخ و نه توزیع تاب به طور معناداری بر روی عامل سرعت نخ  تاثیر خواهند گذاشت. در شکل بزرگ شده موضعی ۸ ب، هر چه مقدار  بزرگتر باشد، تنش نخ نیز در ناحیه ۱ بیشتر خواهد بود، اما کشش زیاد در نواحی ۲ و ۳ کاهش می یابد. برای توزیع تاب نخ، این مورد، با افزایش عامل سرعت نخ در نواحی ۲ و ۳، کاهش خواهد یافت.

توزیع تاب نخ ریسندگی چرخانه ای

تاثیر عامل مقاومت هوایی

شکل ۹ نشان دهنده کشش و توزیع تاب در برابر عامل مقاومت هوا می باشد. ۵ مقدار متغیر برای این آنالیز انتخاب گردیدند که عبارتند از: ۱/۰، ۱۸/۰، ۲۲/۰، ۳۵/۰ و ۴/۰٫ از شکل ۹الف، ما مشاهده می نماییم که نه تنش نخ و نه توزیع تاب به طور معناداری تحت تاثیر عامل مقاومت هوای  خواهند بود. در شکل بزرگ شده موضعی نوع ب، ما می توانیم مشاهده نماییم که هر دوی کشش نخ و تاب به میزان اندکی با توجه به افزایش عامل مقاومت هوایی افزایش خواهند یافت.

تاثیر عامل هندسه نافی   

شکل ۱۰ نشان دهنده کشش نخ و توزیع های تاب در برابر عامل هندسه نافی می باشد. ۵ مقدار متغیر برای این آنالیز انتخاب شدند، شامل: ۰۱/۰، ۰۲/۰، ۰۳/۰، ۰۴/۰ و ۰۵/۰٫ علاوه بر این ارتباط ثابت برای  نیز در نظر گرفته شد. همان گونه که در شکل ۱۰ نشان داده شده است، کشش نخ و توزیع تاب به طور معناداری تحت تاثیر عامل هندسه نافی  نیستند. هر چه مقدار  بزرگتر باشد، میزان کشش در ناحیه ۱ کمتر خواهد بود و سبب خواهد شد تا میزان کاهش کشش در نواحی بعدی آهسته تر باشد. برای توزیع تاب نخ، این مورد با افزایش فاکتور هندسه نافی افزایش خواهد یافت.

تاثیر عامل سرعت نافی .

شکل ۱۱ نشان دهنده کشش نخ و توزیع های تاب در برابر عامل سرعت نافی می باشد. ۵ مقدار متغیر برای این آنالیز انتخاب شده اند: ۰، ۲/۰، ۵/۰، ۸/۰ و ۱٫ همان گونه که در شکل ۱۱ نشان داده شده است، هر دوی کشش نخ و توزیع تاب به میزان زیادی بر روی عامل سرعت نافی تاثیر گذار خواهند بود. هر چه که مقدار  بیشتر باشد، نیروی کشش نخ در ناحیه ۱ و ۲ نیز بیشتر خواهد بود، اما سرعت کاهش کشش در نواحی بعدی سریعتر خواهد گردید. برای توزیع تاب نخ، این مورد با توجه به افزایش عامل سرعت نافی در نواحی ۲، ۳ و ۴ کاهش می یابد.

توزیع تاب نخ ریسندگی چرخانه ای

نتیجه گیری

این مقاله تشریح کننده یک دیدگاه جامع مکانیکی، برای مکانیک نخ در ریسندگی چرخانه ای / روتور، مخصوصا در زمینه توزیع های تاب در فرآیند فرم دهی – نخ از الیاف جمع آوری شده در شیار روتور تا نخ تابیده در استوپر تاب، می باشد. معادلات تعادل دینامیکی در نواحی مختلف فرم پذیری نخ مشخص شده و متعاقبا برحسب متغیرهای بدون بعد تشرح شده اند. کشش نخ و توزیع تاب، با توجه به تاثیرات کوپلینگ / جفت شدگی دینامیکی بین نواحی مختلف تحت شرایط ریسندگی ثابت، به صورت عددی شبیه سازی شده و تاثیرات پارامترهای بدون بعد مختلف ریسندگی چرخانه ای بر روی توزیع های تاب نخ به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است.