Xác định mối quan hệ giữa sức căng sợi và một số thông số công nghệ trong quá trình quấn ống

SCIENCE TECHNOLOGY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA SỨC CĂNG SỢI VÀ MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TRONG QUÁ TRÌNH QUẤN ỐNG DETERMINATION OF RELATIONSHIP BETWEEN THE YARN TENSION AND SOME TECHNOLOGYCAL PARAMETERS IN THE WINDING PROCESS Giần Thị Thu Hường1,*, Trần Đức Trung2 TÓM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm xác định mối quan hệ sức căng sợi trung bình yếu tố công nghệ quấn ống gồm: Tốc độ quấn ống, lực ép điều tiết sức căng khoảng cách từ đầu ống sợi đến khuyết dẫn sợi phận giảm balông Sử dụng quy hoạch thực nghiệm trực giao với trợ giúp phần mềm NEMRODW 2007 xác định mơ hình tốn mơ tả mối quan hệ thơng số cơng nghệ chọn sức căng sợi trung bình quấn ống sợi 100% Nm34/1 Để đạt sức căng sợi trung bình 25cN theo yêu cầu trình quấn ống với tốc độ 800 m/phút, cần điều chỉnh lực ép điều tiết sức căng 37cN khoảng cách từ đầu ống sợi đến khuyết dẫn sợi phận giảm balông 10cm Kết nghiên cứu sở khoa học điều chỉnh thông số công nghệ q trình quấn ống Từ khóa: Quấn ống, sức căng sợi, thông số công nghệ ABSTRACT This paper presents the experimental study results determining the relationship between the yarn average tension and technological parameters in the winding process, including: the winding speed, the compressing force of the yarn tension and the distance from the top of the bobbin to the guide eye of balloon controller tension control By using the orthogonal experimental, together with the support of the software NEMRODW 2007, the study has identified the mathematical model describing the relationship between the selected technological parameters and the yarn average tension when the winding for 100% cotton Nm34/1 To achieve the yarn average tension of 25cN as required in the winding process at a speed of 800m/min, it is necessary to adjust the compressing force of the yarn tension to 37cN and the distance from the top of the bobbin to the guide eye of balloon controller tension control to 10cm Research results are the scientific basis to adjust technological parameters in the winding process Keywords: Winding, yarn tension, technological parameters Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Công ty Cổ phần - Viện Nghiên cứu Dệt May * Email: huong.gianthithu@hust.edu.vn Ngày nhận bài: 20/3/2019 Ngày nhận sửa sau phản biện: 23/4/2019 Ngày chấp nhận đăng: 10/6/2019 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong công nghệ quấn ống, thơng số cơng nghệ sức căng sợi có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm suất máy ống Vì vậy, thơng số nhà công nghệ đặc biệt quan tâm Do chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố nên sức căng sợi biến đổi có giá trị khác vị trí quỹ đạo chuyển động sợi từ ống sợi đến búp sợi Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến sức căng sợi q trình quấn ống [1 ÷ 3] Với nhiều giả thiết đơn giản hóa điều kiện quấn ống, mơ hình tốn học nhận sức căng sợi phức tạp, bao gồm nhiều thơng số khó (đơi khơng thể) xác định tính tốn như: vận tốc góc balơng, bán kính balơng, số lượng sóng balơng, góc nghiêng sợi tạo tiếp tuyến balông đường thẳng song song với trục ống sợi điểm sợi tách khỏi ống sợi con… Do vậy, việc áp dụng nghiên cứu vào thực tế sản xuất gặp nhiều khó khăn Bài báo trình bày phương pháp thiết lập mơ hình tốn học cho sức căng sợi trung bình quấn ống có xét đến ảnh hưởng đồng thời thông số công nghệ quan trọng tốc độ quấn ống, lực ép điều tiết sức căng sợi khoảng cách từ đầu ống sợi đến vị trí đặt chi tiết giảm balông PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Vật liệu thiết bị thí nghiệm - Vật liệu thí nghiệm: Các ống sợi sản xuất máy kéo sợi Lakshmi R-147C (Ấn Độ) điều kiện công nghệ, sợi 100% bông, chi số Nm 34/1, có độ bền kéo đứt sợi đơn 360± cN - Mơ hình máy quấn ống thí nghiệm: cho phép quấn ống với tốc độ 500 ÷ 1000 m/phút [4] Điều kiện phịng thí nghiệm: nhiệt độ t0 = 20 ± [0C]; độ ẩm φ = 65 ± [%] Tại Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Dệt, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Thiết bị đo sức căng động IRO 40.0329 300cN [5] để đo sức căng sợi, vị trí đặt đầu đo sau điều tiết sức căng sợi, với thông số công nghệ điều chỉnh: Vq - vận tốc quấn, N - lực ép điều tiết sức căng H - khoảng cách từ đầu ống sợi đến vị trí đặt chi tiết giảm balơng (hình 1) Thiết bị đo sức căng A kết nối với máy tính sử dụng hệ điều hành Window 2010 cho phép ghi tính tốn đặc trưng thống kê sức căng sợi trung bình YS (cN) Số 52.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 75 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Lập ma trận thực nghiệm xác định hàm hồi quy, sử dụng quy hoạch thực nghiệm trực giao dạng tồn phần, số phương án thí nghiệm: n= 2k + 2.k + n0 Trong đó: k: Số biến (k = 3) n0: Số thí nghiệm lặp tâm (n0 = 4) Vậy số phương án thí nghiệm là: n= 23 + 2.3 + = 18 Phương trình hồi quy thực nghiệm cho biến mã hóa có dạng sau: (1) Yˆ  b0   b j X j   b jlX j Xl   b jj X2j 1 jk 1 j lk 1 jk Trong đó: bj: Các hệ số hồi quy bậc bjl bjj: Các hệ số hồi quy bậc hai Mô hình tốn hàm mục tiêu sức căng sợi (Y) với ba tham số lựa chọn là: Yˆ  f(X j )  b0  b1X1  b2 X  b3 X  b11X1X2  b13 X1X3  b23X X  b11X 21b22 X 22 b33 X 23 Hình Sơ đồ nguyên lý đo sức căng sợi đơn vị quấn ống Ống sợ con; Bộ phận giảm ba lông sợ; Bộ điều tiết sức căng; Ống khía truyền động cho búp sợi; Búp sợi; A Thiết bị đo sức căng sợi; N Lực ép điều tiết sức căng; H Khoảng cách từ đầu ống sợi đến giảm ba lông; Vq Tốc độ quấn ống 2.2 Thiết kế nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp phân tích hồi quy với trợ giúp phần mềm thiết kế quy hoạch NEMRODW 2007 để xác định mơ hình tốn cho sức căng sợi trung bình thay đổi thơng số cơng nghệ q trình quấn ống Căn cứu vào phạm vi điều chỉnh thông số công nghệ máy ống thông thường, vật liệu sợi quấn ống khả cho phép mơ hình máy ống chế tạo, thơng số công nghệ phục vụ cho nghiên cứu chọn vùng sau: + Tốc độ quấn ống: Vq = 600, 700, 800m/phút + Lực ép điều tiết sức căng: N = 10, 30, 50cN + Khoảng cách từ đầu ống sợi đến vị trí đặt chi tiết giảm balông: H = 10, 14, 18cm Giá trị thực giá trị mã hóa thơng số cơng nghệ gồm giá trị cận dưới, sở (mức tâm), cận khoảng biến thiên ghi bảng Bảng Các mức khoảng biến thiên thông số công nghệ Các thông số Mức Mức sở Mức Khoảng biến thiên Giá trị thực Vq N H 600 10 10 700 30 14 800 50 18 100 20 Giá trị mã hoá X1 X2 X3 -1 -1 -1 0 +1 +1 +1 76 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 52.2019 (2) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết thực nghiệm Ma trận quy hoạch thực nghiệm kết xác định sức căng sợi trung bình thể bảng Trong đó, YS sức căng trung bình sợi (cN) đo tương ứng với phương án thí nghiệm Bảng Ma trận quy hoạch kết thực nghiệm xác định sức căng sợi trung bình N0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Vq 600 800 600 800 600 800 600 800 600 800 700 700 700 700 700 700 700 700 Biến thực N 10 10 50 50 10 10 50 50 30 30 10 50 30 30 30 30 30 30 H 10 10 10 10 18 18 18 18 14 14 14 14 10 18 14 14 14 14 X0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + Biến mã hóa X1 X2 + + + + + + + + + 0 + 0 0 0 0 0 0 X3 + + + + 0 0 + 0 0 Y (cN) 12,35 17,09 21,95 30,40 13,54 21,86 22,42 29,82 16,24 25,71 16,89 28,73 18,88 20,58 22,19 23,03 21,79 23,47 SCIENCE TECHNOLOGY Kết thực nghiệm xử lý với trợ giúp phần mềm NemrodW Sau loại bỏ hệ số khơng có ý nghĩa khỏi mơ hình, phương trình hồi quy thể mối quan hệ sức căng sợi trung bình vào yếu tố xác định theo công thức (3): Yˆ  22,067  3,838X1  5,159X2  0,378X  0,759X2 X3  2,517X 23 thông qua biểu đồ đường đẳng mức thể đồ thị 2D 3D, biểu diễn mối quan hệ cặp thông số công nghệ hàm mục tiêu sở cố định thơng số cịn lại mức mã hóa (hình 2, 3, 4) (3) Với hệ số tương quan bội R2 = 0,98, có mối tương quan cao Chuyển phương trình từ dạng có biến mã hóa dạng có biến thực, vậy: X1  Vq  700 100 ; X2  N  30 H  14 ; X3  20 Thay biểu thức X1, X2, X3 vào phương trình (3) ta nhận mơ hình tốn học cho sức căng sợi trung bình quấn ống: Yˆ S  48,679  0,038Vq  0,391N  4,784H  0,009NH  0,157H2 (4) 3.2 Kiểm tra tính tương thích hàm hồi quy Tính phương sai dư: N S2du   (Yi  Yˆi ) i 1 Nl  37,12  3,09 18  Trong đó: Yi: Các giá trị đo sức căng sợi trung bình phương án (i = ÷ 18); Yˆ i : Các giá trị sức căng sợi tính tốn theo phương trình (3) l: Số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy (l = 6) Tính phương sai tái hiện: S2th  (Yi0  Yi0 )2  1,764  0,588 n0  1 Trong đó: Yi0 : Giá trị sức căng trung bình thí nghiệm lặp tâm kế hoạch Giá trị chuẩn số Fisher là: F S2du S2th  Hình Đồ thị đường đẳng mức 2D, 3D biểu diễn mối quan hệ vận tốc quấn sợi Vq lực ép N sức căng đến sức căng sợi trung bình 3,09  5,26 0,588 Chuẩn số Fisher tra bảng [6] ứng với mức có nghĩa p = 0,05; bậc tự phương sai dư f1 = 12; bậc tự phương sai tái f2 = nhận giá trị: Fp(f1,f2)= F0,05 (12; 3) = 8,7 Vậy F < Fp(f1,f2) Kết luận, phương trình (4) tương thích với thực nghiệm 3.3 Đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến sức căng sợi trình quấn ống Ta thấy, mức độ ảnh hưởng thông số công nghệ đến sức căng sợi trung bình trình quấn ống Số 52.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 77 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Đồ thị đường đẳng mức 2D, 3D biểu diễn mối quan hệ vận tốc quấn sợi Vq khoảng cách H đến sức căng sợi trung bình lần, sức căng sợi tăng lên 1,7 lần), thông số Vq (khi tốc độ quấn ống tăng lên 1,33 lần, sức căng sợi tăng lên 1,58 lần), cịn thơng số H có hệ số bậc hai phương trình hồi quy mang dấu âm thể hàm hồi quy mặt đáp lồi có cực đại Mức độ ảnh hưởng ba thông số công nghệ nêu đến sức căng sợi nhận biết thông qua hệ số phương trình hồi quy Các thơng số cơng nghệ tối ưu xác định quan điểm sức căng sợi phải đồng đều, nằm giới hạn cho phép tùy theo yêu cầu công nghệ chất lượng búp sợi đồng thời bảo đảm tốc độ quấn ống cao điều kiện cho phép Trên sở phương trình hồi quy (4), quan điểm nâng cao suất quấn ống với yêu cầu công nghệ Vq= 800m/phút, sức căng sợi trung bình Yˆ T = 25cN, xác định thông số công nghệ tối ưu N = 37cN, H = 10cm KẾT LUẬN Đã xác định mức độ ảnh hưởng đồng thời thông số công nghệ tốc độ quấn ống Vq, lực ép điều tiết sức căng N khoảng cách từ đầu ống sợi đến vị trí đặt khuyết dẫn sợi giảm ba lơng đến sức căng sợi trung bình trình quấn ống H, hàm phi tuyến có dạng (4) Trong ba thông số, lực ép điều tiết sức căng có ảnh hưởng nhiều đến sức căng sợi trung bình, sau tốc độ quấn ống đến khoảng cách từ đầu ống sợi đến vị trí đặt khuyết dẫn sợi H Trên sở mơ hình tốn học cho sức căng sợi điều chỉnh thông số công nghệ tối ưu cần đạt sức căng sợi trung bình theo yêu cầu Đây sở để thiết kế hệ thống tự động điều khiển thông số công nghệ cho sức căng sợi ổn định theo yêu cầu trình quấn ống, để nâng cao suất chất lượng quấn ống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Allan Ormerod, Walter S.Sondhelm, 1995 Weaving Technology and Operations The Textile Institute, ISBN 187081276X [2] J Beran, V.Kracik, L.Tuma, 2001 Simulation of unwinding process of yarn from package, 16th International Conference on Production Research ICPR-16, Praha [3] Trần Minh Nam, 2016 Giáo trình Chuẩn bị dệt NXB Bách khoa Hà Nội [4] Giần Thị Thu Hường, 2009 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến sức căng sợi để nâng cao chất lượng búp sợi hiệu suất máy quấn ống Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [5] Catalog IRO Dynamic Tensiometer Operating Instructions [6] Nguyễn Minh Tuyển, 2005 Quy hoạch thực nghiệm NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hình Đồ thị đường đẳng mức 2D, 3D biểu diễn mối quan hệ lực ép N sức căng khoảng cách H đến sức căng sợi trung bình Từ kết nghiên cứu đồ thị đường đẳng mức ta thấy, ba thông số công nghệ Vq, N H nghiên cứu phạm vi xác định, thông số N ảnh hưởng nhiều đến sức căng sợi trung bình (khi tăng lực ép lên 78 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 52.2019 AUTHORS INFORMATION Gian Thi Thu Huong1, Tran Duc Trung2 Hanoi University of Science and Technology Viet Nam Textile Research Institute - Joint Stock Company ... đại Mức độ ảnh hưởng ba thông số công nghệ nêu đến sức căng sợi nhận biết thông qua hệ số phương trình hồi quy Các thơng số công nghệ tối ưu xác định quan điểm sức căng sợi phải đồng đều, nằm... phương trình (4) tương thích với thực nghiệm 3.3 Đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến sức căng sợi trình quấn ống Ta thấy, mức độ ảnh hưởng thông số công nghệ đến sức căng sợi trung bình trình. .. cho sức căng sợi trung bình thay đổi thơng số cơng nghệ trình quấn ống Căn cứu vào phạm vi điều chỉnh thông số công nghệ máy ống thông thường, vật liệu sợi quấn ống khả cho phép mơ hình máy ống