Nghiên cứu nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sợi xe trong quá trình xe sợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG QUỐC HƯNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG SỢI XE TRONG QUÁ TRÌNH X

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG QUỐC HƯNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG SỢI XE TRONG QUÁ TRÌNH XE SỢI

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2004

S K C0 0 0 3 4 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Công nghệ Chế Tạo Máy Mã số ngành : 60 52 04

Họ và tên Học viên : DƯƠNG QUỐC HƯNG

Người hướng dẫn: PGS TS TRƯƠNG NGỌC THỤC

TP Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2004

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG SỢI XE

TRONG QUÁ TRÌNH XE SỢI

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Phó Giáo Sư -Tiến Sĩ TRƯƠNG NGỌC THỤC Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến :

- Thày Trương Ngọc Thục, Phó Giáo sư -Tiến sĩ, Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Bán công Công nghệ và Quản trị Doanh nghiệp –Ban Quản lý Khu Chế xuất Tân Thuận đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

- Ban Giám hiệu , Phòng Quản Lý Khoa học-Quan hệ Quốc tế-Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ khí Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này

- Các thày giảng viên của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh trong suốt khóa học đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức quí báu

- Ban Lãnh đạo Công Ty Dệt Sài Gòn, các đồng nghiệp trong và ngoài công ty đã động viên và hỗ trợ

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bậc sinh thành đã sinh dưỡng và giáo dục để tôi có được ngày hôm nay

TÓM TẮT

Luận văn Thạc sĩ

Học viên : Dương Quốc Hưng

Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy

Mã số ngành : 60 52 04

“Nghiên cứu nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng

sợi xe trong quá trình xe sợi”

Trong công cuộc công nghiệp hóa –hiện đại hóa đất nước cũng như trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay, ngành dệt- may nói chung đang thay thế dần các thiết bị lạc hậu bởi các thiết bị công nghệ hiện đại, trong đó có thiết bị xe sợi Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho các loại thiết bị hiện đại này rất lớn, nhưng thời gian hoàn vốn thì rất chậm

Cùng với việc đất nuớc ta chuẩn bị chính thức hoà nhập vào hệ thống AFTA năm 2006, vừa phục vụ cho thị trường tiêu thụ nội địa vừa phục vụ xuất khẩu hàng dệt may thì yếu tố nâng cao năng suất và chất lượng cũng như mẫu mã mặt hàng đa dạng thì thật sự cần thiết và cấp bách

Một số nước hiện nay trong khu vực đã thành công trong việc tiếp nhận chuyển giao công nghệ từ các nước tiên tiến và chế tạo cho riêng mình các thiết bị công nghiệp nói chung và công nghiệp dệt nói riêng, đã giảm hẳn áp lực giá thành trong việc cạnh tranh xuất khẩu các mặt hàng dệt-may với chất lượng cao và giá thành thấp (đó là Malaysia, Indonesia, Trung Quốc, …)

Ngành Dệt- May nước ta hiện nay được đánh giá là ngành công nghiệp mũi nhọn đứng thứ 2 sau công nghiệp dầu khí Do đó, hướng nghiên cứu của luận án nhằm :

- Nghiên cứu –thiết kế và chế tạo loại thiết bị này tại Việt Nam nói chung, và

TP Hồ Chí Minh nói riêng nhằm áp dụng khoa học-công nghệ mới vào sản xuất để nâng cao năng suất- đảm bảo chất lượng, giảm giá thành, tiết kiệm năng lượng

- Phát triển ngành cơ khí trong nước

Mục đích nghiên cứu:

- Nhằm nghiên cứu cải tiến các máy xe tầng hiện có với số lượng không nhỏ tại TP Hồ Chí Minh thành máy xoắn kép với nâng suất cao, từ đó chế tạo các thiết bị xe có công nghệ hiện đại với giá thành tương đối nhưng chất lượng tốt như ngoại nhập TP Hồ Chí Minh có ngành cơ khí tương đối hiện đại có thể chế tạo các loại thiết bị này

Mục đích của đề tài phù hợp với xu hướng cũng như chủ trương của thành phố về “ Dự án hiện đại hóa thiết bị dệt- may với chi phí thấp” , “Các cơ hội tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành dệt-may” của Sở Khoa Học - Công Nghệ TP Hồ Chí Minh

Giới hạn phạm vi của đề tài:

Do lĩnh vực nghiên cứu của đề tài rộng, liên quan đến nhiều lãnh vực chuyên môn nên luận án chỉ giới hạn đề cập đến việc xe sợi tổng hợp

a Khảo sát quá trình xe sợi

b Nghiên cứu áp dụng nguyên lý xe đôi (hay nguyên lý xoắn kép)

c Tính toán, thiết kế và chế tạo cụ thể một cơ cấu xe

SUMMARY

Thesis of Master

Realized by : Döông quoác Höng

Profession : Engineering Technology

However, the investment cost for these machines is very high

Vietnam is preparing for going into AFTA officially in 2006, still suppling for domestic market and also exporting textile and garment products , so increasing production and ensuring the quality of products is very necessary and urgent Some countries in ASEAN has a lot of success in technology transfert from advanced countries and manufacturing themselves industrial equipments and textile machines , has decreased the pressure of price in the competition in textile and garment export with high quality and low price (Malaysia, Indonesia, China, …)

Textile and garment industry of VN is considered as the second key industry after petroleum industry Therefore, the purpose of thesis study is about:

- Study, designing and manufacturing these machines in VN and in HoChiMinh City

to apply new technology in production , in order to increase production and ensure quality , decrease price , save energy

- Developing the mechanical engineering in country

Purpose of thesis :

- Convert the throwing twisting machines in high quantity into two for one twisting machines with high production , and then manufacture modern twisting machines with reasonable price HCM City has a mechanical engineering branch relatively modern which is able to manufacture these machines

- The purpose of thesis is suitable with “ Project of modernisation textile and garment equipments with low cost”, “ The opportunities about saving energy and efficient utilisation of energy in textile and garment industry” of Department of Science and Technology of HCM City

Limit of thesis : only study about synthetic yarn twisting.

- Study of twisting process

- Apply two for one twisting principle

- Calculating, designing and manufacturing a two for one twisting device

MỤC LỤC

Lời cảm tạ

Tóm tắt luận văn

1.1 Mục đích của quá trình xe sợi 1 1.2 Phương pháp xe sợi truyền thống: tạo 1 vòng xoắn 5

trong một vòng quay của trục chính

1.2.1 Xe sợi trên máy xe kiểu cọc nồi khuyên 5 1.2.2 Xe sợi trên máy xe tầng 8 1.3 Công nghệ xe sợi mới : tạo 2 vòng xoắn cùng hướng 10

trong một vòng quay của trục chính 1.3.1 Xe sợi trên máy xoắn kép ( máyxe đôi ) 10

Chương 2 : Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi xe 14

2.2 Mức độ xoắn và quan hệ của nó với độ mảnh của sợi 16 2.3 Ảnh hưởng của độ xoắn lên tính chất cơ lý của sợi xe 19 2.4 Sức căng sợi trong quá trình xe 23

3.2 Một số số liệu so sánh thực tế của các nhà chế tạo máy xe 35 3.3 Tính khả thi về vật liệu và chế tạo 40 3.4 Cơ cấu cố định búp sợi 47

Chương 4: Tính toán-thiết kế cơ cấu xe sợi 51

4.2 Tính toán rung động của cọc xe 62

1

1.1 Mục đích của quá trình xe sợi.

Sản xuất sợi xe.

Sợi xe thường được dùng rộng rãi trong ngành dệt để sản xuất chỉ may, vải dệt thoi và vải dệt kim Thông thường, sợi xe dùng để sản xuất những mặt hàng cao cấp Có thể xe bất kỳ loại sợi nào : sợi bông, len, lanh, tơ hoặc sợi hóa học Để xe sợi đạt chất lượng cao xe sợi được thực hiện qua hai giai đoạn : đậu sợi và

xe sợi

Đậu sợi (hay chập sợi) là quá trình chuẩn bị cho xe sợi, bản chất là quá trình chập hai hay nhiều sợi lại với nhau Khi đậu sợi cần phải đảm bảo số lượng sợi chập không thay đổi và sức căng ổn định của mỗi sợi trong quá trình đậu sợi Công việc này được thực hiện trên máy đậu sợi Máy đậu sợi có nhiệm vụ ghép nhiều sợi từ các búp sợi hoặc ống sợi để chập thành một búp sợi to

Nếu sức căng của các sợi chập lại không đều thì khi xe sẽ xuất hiện hiện tượng gọi là xoắn kiến, tức là một sợi bọc ra ngoài sợi kia làm giảm độ bền của sợi xe và giảm thẩm mỹ của sợi Sau khi đậu sợi, độ đều của sợi sau khi đậu cao hơn độ đều của sợi thành phần Đôi khi trong trường hợp số lượng sợi chập không lớn (hai hoặc ba sợi) thì sợi có thể chập trực tiếp trên máy xe, không cần xử lý trên máy đậu

Sau khi đậu, sợi được xoắn lại Quá trình này gọi là xe sợi Trong quá trình xe

sợi, các sợi phân bố theo đường xoắn ốc, bị kéo dãn và do tác dụng của lực đàn hồi, các sợi bị ép chặt với nhau , tăng lực ma sát giữa các sợi do đó độ bền kéo đứt của sợi tăng lên

Góc xoắn

Góc hợp bởi đường xoắn và đường trục của nó gọi là “góc xoắn” Góc xoắn

tỉ lệ thuận với khoảng cách tính từ đường trục và biểu thị mức độ xe (còn gọi là độ săn), do đó xơ bên ngoài có mức độ xe cao hơn xơ bên trong

Hướng xoắn của sợi thể hiện hướng bố trí của thành phần tạo nên sợi

Có hai hướng xoắn sợi : hướng xoắn S và hướng Z

- Hướng xoắn trái: Khi các vòng xoắn đi từ phải sang trái, từ dưới lên trên, gọi là hướng xoắn trái hay hướng xoắn S

- Hướng xoắn phải: còn khi các vòng xoắn đi từ trái sang phải, từ dưới lên trên, gọi là hướng xoắn phải hay hướng xoắn Z

Độ săn (hay độ xoắn) - là đại lượng biểu thị số vòng xoắn trên một đơn vị chiều

dài một mét chia cho bước xoắn

2

Theo độ săn, sợi xe được phân thành 4 nhóm :

Sợi xe nhẹ -  300 vòng xoắn/ mét

Sợi xe trung bình -  1.000 vòng xoắn/ mét

Sợi xe chặt -  3.000 vòng xoắn/ mét

Sợi xe rất chặt -  3.000 vòng xoắn/ mét

S Z

Hướng xoắn trái Hướng xoắn phải

Thông thường sợi được xe theo hướng ngược với hướng xoắn của sợi đơn

Ví dụ, sợi đơn có hướng xoắn S thì sợi xe có hướng Z và ngược lại Như vậy,

sợi trở nên mềm mại, cân bằng xoắn hơn

Khi bị xoắn lại, chiều dài của sợi giảm xuống, do đó, độ mảnh của nó (đo

bằng tex) có tăng lên đôi chút Độ bền của sợi xe thì lớn hơn tổng độ bền của các sợi thành phần Mức độ tăng độ bền của sợi sau khi xe phụ thuộc vào độ săn (số vòng xoắn trên 1 mét chiều dài sợi) của sợi xe và tính chất của sợi như : loại vật liệu, độ mảnh, trạng thái bề mặt và độ săn của sợi đơn

Độ mảnh sợi xe được xác định theo công thức :

Tx = Tđ x n x Kx ; trong đó Tx – độ mảnh sợi xe, tex;

Tđ – độ mảnh sợi đơn, tex;

n – số mối xe và Kx – hệ số co do xoắn lại

Sợi xe do có quá trình đậu và xe sợi, giá thành sợi xe đắt hơn so với giá thành sợi đơn nhưng chất lượng cao hơn nhiều Sợi xe có độ cân bằng xoắn, độ đều, độ bền mài mòn, độ đàn hồi cao Ngoài ra bằng cách xoắn sợi có thể tạo ra nhiều hiệu ứng khác nhau trên sợi

Công nghệ xe sợi được thực hiện trong phân xưởng xe và thường chia ra làm

vài công đoạn , tùy thuộc vào các nguyên lý công nghệ, thiết bị xe khác nhau về kết cấu cũng như về công dụng

Đối với nguyên lý xe nồi-khuyên, quá trình công nghệ có thể là chập-xe –

đánh ống

3

Đối với nguyên lý xe tầng : đảo sợi –xe

Đối với nguyên lý xe đôi (hay xoắn kép) : đảo sợi (quấn ống) – xe

- Tăng cường độ liên kết các kiểu đan, mình vải sẽ ổn định khi sử dụng

- Tăng độ bền của sợi Trong một mức độ nào đó, sau khi xe , sợi có thể mắc trực tiếp vào trục sợi dọc (trục cửi) khỏi phải hồ, hay hồ với tỉ lệ thấp Điều này có ý nghĩa kinh tế rất lớn cho khâu hoàn tất vải sau này cũng như đóng vai trò tích cực về việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường sinh thái do khâu hồ – giủ hồ gây ra

Yêu cầu

- Không được làm giảm độ bền của sợi

- Độ xoắn của sợi phải đều theo đúng yêu cầu thiết kế, có thể điều chỉnh dễ dàng

- Năng lượng tiêu hao cho xe sợi không được quá lớn

- Diện tích đặt máy cố gắng hạn chế càng ít càng tốt

- Tiếng ồn của máy phải giảm tối đa cho phép

4

SƠ ĐỒ CHUẨN BỊ DỆT

1 không xe, 2 xe trung bình 3 xe trung bình, 4 xe cao

xe yếu xe cao

trực tiếpHồ sợi

Mắc trực tiếp phân băng Mắc

5

1.2 Phương pháp xe sợi truyền thống : tạo một vòng xoắn

trong một vòng quay của cọc xe (trục chính)

1.2.1 Xe sợi trên máy xe có nồi-khuyên

Sơ đồ nguyên lý công nghệ của máy xe có nồi-khuyên được mô tả trên hình 1.1

Sau khi tháo sợi từ búp sợi 1, sợi vòng qua trục dẫn hứơng 2 đến lỗ dẫn sợi 3 và xuống tới cơ cấu cấp sợi bao gồm : hai trục quay 5 và con lăn đè sợi 4 Sau đó sợi đi qua móc dẫn 6 cũng là cái chắn balông, hình thành do khuyên 12 quay quanh nồi 11, và quấn lên ống sợi ra 8 gắn chặt trên cọc quay 9 và được truyền động bằng đai 10

Xe và quấn sợi vào cọc được thực hiện dưới tác động quay của cọc và khuyên Sợi bị giữ chặt trên cọc và quay theo kéo cả khuyên chạy vòng quanh nồi, khắc phục lực ma sát giữa nồi và khuyên

Nếu như trong một đơn vị thời gian tại khu vực xe, trục đưa sợi cấp một chiều dài L, và trong thời gian đó khuyên quay nt lần quanh nồi, thì độ xoắn trên một đơn vị chiều dài sợi sẽ là :

Vận tốc dài cấp sợi vào khu vực xe vf là một đại lượng không đổi và phụ thuộc vào tốc độ quay của trục đưa nc và đường kính dc của nó:

vw = (ns – nt ) dw (1.4)

trong đó dw là đường kính quấn sợi (thay đổi)

6

Từ đó suy ra :

nt = ns – vw / dw (1.5) Từ (1.4) và (1.5), thay vào (1.1) , ta được :

K = ns /v – 1/ dw Khi tính toán người ta bỏ độ xoắn bổ sung 1/ dw và dùng công thức đơn giản

K = ns /v

Đại lượng bổ sung 1/ dw thay đổi khi đường kính ống sợi dw tăng lên, do đó sẽ gây ra sự không đều về độ xoắn Khi bắt đầu xe, độ xoắn của sợi khi quấn lên lõi của ống sẽ nhỏ hơn độ xoắn khi ống sợi đầy Sự khác nhau trên một vài máy đạt đến 10 – 12 v/m, nên khi xe xoắn thấp ( 100v/m) thì chúng trở nên đáng kể (sai biệt đến 12%) Khi xe sợi crêp độ xoắn cao, sự khác biệt này không quá 0,2  0,5%

Sự không đều về độ xoắn cũng xuất hiện khi dịch chuyển nồi Khi nồi hạ xuống, chiều dài sợi quấn cung cấp sẽ nhỏ hơn luợng sợi đưa vì nó phải bù chỉnh cho sự gia tăng chiều cao balông Do đó sợi bị giữ lâu hơn trong khu vực xoắn và nhận số vòng xoắn nhiều hơn Ngược lại thì cũng cho kết quả tương ứng

Độ không đều do nâng hạ nồi chỉ xuất hiện trong một đoạn ngắn của sợi, giá trị của nó khoảng 1  3% Khi vận tốc nâng hạ nồi khác nhau thì độ không đều này cũng tăng lên

Trên máy xe nồi-khuyên, bộ ba cọc-nồi-khuyên thực hiện nhiệm vụ công nghệ tạo vòng xoắn và hình thành ống sợi Sự phức tạp của chính nguyên lý này đã hạn chế gia tăng tốc độ máy

Trong điều kiện sản xuất, độ xe với tốc độ khuyên không quá 25 – 35 m/s Việc gia tăng tốc độ khuyên sẽ đưa đến sự mài mòn khuyên nhanh cũng như gia tăng độ đứt sợi Khi tốc độ xe cao, nhiệt độ khuyên có thể đạt đến 500 0C Nhiệt độ này sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất một vài loại sợi, nhất là sợi nhiệt dẽo tổng hợp

Nhược điểm :

- Không thể nâng cao tốc độ cọc, ngoài ra còn bị hạn chế bởi vận tốc dài của khuyên

- Không thể tăng kích thước ống sợi Khi muốn tăng kích thước ống sợi trên máy

xe cọc-nồi-khuyên thì kích thước nồi tăng theo

Theo nguyên lý xe sợi này, để tạo vòng xoắn thì ống sợi phải quay Điều này dẫn đến tiêu hao năng lượng tăng và độ cân bằng động của ống sợi kém