автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Исследование и разработка автоматизированного метода расчета натяжения основных и уточных нитей на ткацких станках



> ¿Л

г.-

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

имени А.Н.КОСЫГИНА

На правах рукописи

ШИРОВА ЕЛЕНА АЛЕКСЕЕВНА (ОЛ^

УДК 677-024.001.18 (043-3)

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА РАСЧЕТА НАТЯЖЕНИЯ ОСНОВНЫХ И УТОЧНЫХ НИТЕЙ НА ТКАЦКИХ СТАНКАХ

Специальность 05-19-03 - Технология текстильных материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор Николаев Сергей Дмитриевич

(Щши-А, >

Москва

19 9 9

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ • ' 4

ГЛАВА 1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 8

1.1. Анализ литературных источников • 8

1.1.1. Работы по исследованию натяжения и деформации.ни- 8 тей на ткацком станке

1.1.2. Работы по исследованию релаксационных процессов на 12 ткацком станке

1.1. 3. Работы по взаимосвязи технологических параметров и 21

параметров строения ткани

1.2. Теоретическая и экспериментальная базы исследования 27

1.3. задачи исследования 28

Выводы по главе 29

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

НИТЕЙ НА ТКАЦКОМ СТАНКЕ 30

2.1. Взаимосвязь деформации и натяжения основных нитей

за один оборот главного вала ткацкого станка 30

2.2. Взаимосвязь деформации и натяжения основных нитей

по глубине заправки ткацкого станка 36

2.3. Взаимосвязь деформации и натяжения утка на станках различных конструкций 41

2.4. Влияние различных факторов на напряженно-деформированное состояние нитей 49

Выводы по главе . 78

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ИССЛЕДОВАНИЯ

НАТЯЖЕНИЯ ОСНОВНЫХ И УТОЧНЫХ НИТЕЙ 80

3.1. Выбор датчиков для исследования 80

3.2. Исследование натяжения нитей основы на ткацком станке АТПР . 83

3.3. Исследование натяжения нитей основы на ткацком станке СТБ 93

3.4. Исследование натяжения нитей основы на ткацком станке АТ 101

3.5. Исследование натяжения утка на бесчелночном ткацком станке СТБ 110

3.6. Исследование натяжения утка на пневморапирном ткацком станке 118

3-7- Исследование натяжения утка на челночных ткацких

станках AT 122

Выводы по главе 125

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ИССЛЕДОВАНИЯ

СВОЙСТВ И СТРОЕНИЯ ТКАНЕЙ 126

4.1. Определение уработок нитей основы и ткани 126

4.2. Определение полуцикловых характеристик ткани 134 4.3- Исследование стойкости ткани на истирание 148 4.4. Исследование воздухопроницаемости тканей

Выводы по главе 153

ГЛАВА 5- ОПТИМИЗАЦИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНОЙ ТКАНИ НА СТАНКАХ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 158

5.1. Выбор критерия оптимизации 158

5.2. Выбор параметров оптимизации 158 5-3- Влияние технологических параметров на параметры оптимизации 159

Выводы по главе 1б1

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1б2

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 166

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акты о внедрении результатов 175

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Программы расчета параметров напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка 177

ПРИЛОЖЕНИЕ 3- Результаты расчетов коэффициентов регрессии 190 ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Результаты расчетов оптимальных технологических параметров по программе 198

ВВЕДЕНИЕ

Современное состояние отечественной текстильной промышленности иначе, как критическим не назовешь. Многие предприятия; выпускающие ранее высококачественные ткани, не могут сегодня конкурировать с большим количеством товаров, ввозимых из-за рубежа, несмотря на то, что он не очень высокого качества.

В связи с этим резко ухудшилось положение в текстильной промышленности, ухудшились показатели работы отечественных предприятий, обострилась ситуация с использованием квалифицированной рабочей силы. Российским текстильным предприятиям, оснащенным в техническом плане значительно хуже зарубежных, становится все труднее выпускать конкурентноспособную продукцию. Однако, чтобы выжить есть один путь - выпускать текстильные изделия, отвечающие мировому уровню и высокого качества. Чтобы реанимировать текстильную промышленность есть только один путь - путь научно-технического прогресса.

В современных условиях научно-технический прогресс в текстильной промышленности связан прежде всего с внедрением и эффективным использованием современного технологического оборудования, повышением скоростного режима работы оборудования, расширением его ассортиментных возможностей, выпуском высококачественных изделий, пользующихся повышенным спросом у населения.

Высокое качество тканей предопределяется прежде всего напряженно-деформированным состоянием нитей основы и утка на ткацком станке. От уровня натяжения основных и уточных нитей и их соотношения зависит строение и свойства вырабатываемых тканей. Глубокие исследования натяжения основных и уточных нитей на ткацких станках различных конструкций позволит разработать рекомендации по стабилизации технологических процессов на ткацких станках, расширить ассортимент вырабатываемых тканей.

Из отечественных ткацких станков, наиболее широко представленных на текстильных предприятиях России, наибольшее внимание следует уделить процессам тканеформирования на челночных

ткацких станках АТ, пневморапирных ткацких станках АТПР, бесчелночных ткацких станках с микропрокладчиками СТБ.

Часто ткань с одними и теми же параметрами заправки, >но выработанная на ткацких станках с различными способами прокладывания утка, имеет'различные строение и свойства. Эти ткани имеют и различный вид. Так, например, сатин или атлас, полученный на станках АТПР, имеет тряпковидный вид.

Рассмотренное выше позволяет утверждать, что комплексное исследование натяжения основных и уточных нитей на ткацких станках различных конструкций и разработка методов расчета натяжения с учетом реальных свойств текстильных материалов является актуальной'задачей, требующей своего решения.

Актуальность данной работы обусловлена высококачественным ассортиментом тканей, выбранных для исследования, которые по своим гигиеническим свойствам намного превышают показатели тканей, полученных из других волокон и нитей.

В связи с этим целью данной диссертационной работы является разработка автоматизированных методов расчета натяжения основных и уточных нитей на ткацких станках различных конструкций и разработка путей стабилизации технологического процесса на основе исследования напряженно-деформированного состояния заправки ткацкого станка.

В связи с этим в диссертации поставлены следующие задачи:

- выбор и обоснование выбора математической модели описания напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацких станках различных конструкций, описывающих процесс в различные промежутки времени;

- разработка методов автоматизированного расчета параметров напряженно-деформированного состояния нитей основы . и утка;

- проведение экспериментальных исследований натяжения основы и утка на ткацких станках различных конструкций для составления математических моделей изменения натяжения нитей;

- сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных натяжения основы и утка и разработка путей стабилизации технологического процесса ткачества;

- определения параметров строения и свойств исследуемых

тканей для- оценки их качества.

Методика исследования включает в себя, теоретические и экспериментальные исследования. В работе используются современная теория вязкоупругости Больдмана-Вольтерра, современные теории планирования и анализа эксперимента, регрессионный анализ, ПЭВМ.

Научная новизна работы заключается в разработке следующих вопросов:

- разработка автоматизированного метода расчета вязкоуп-ругих параметров текстильных нитей на основе обработки данных, полученных на разрывной машине с постоянной скоростью деформирования;

- анализ напряженно-деформированного состояния нитей основы за один цикл работы ткацкого станка, нитей основы по глубине заправки, нитей утка за один оборот главного вала на ткацких станках АТ, АТПР, СТБ на основе получения функциональных зависимостей между напряжением и деформацией нитей с учетом реальных свойств нитей;

- разработка математических моделей влияния основных технологических параметров на изменение натяжения основы и утка на ткацких станках различных конструкций.

Практическая ценность работы заключается в разработке следующих вопросов:

- разработка автоматизированного метода расчета параметров напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка для нахождения путей стабилизации технологического процесса ткачества;

- получение регрессионных зависимостей влияния основных технологических параметров на натяжение нитей, свойства и строение вырабатываемых тканей, что дает возможность прогнозировать условия протекания технологического процесса и качество тканей;

- получении статистики данных изменения натяжения основных и уточных нитей; .

- разработке оптимальных технологических параметров из-готовления^ исследуемых тканей.

В данной диссертационной работе автор защищает:

- методику расчета параметров напряженно-деформированно-

го состояния нитей основы и утка на станках различных конструкций на основе наследственной теории вязкоупругости Боль-цмана-Вол^терра; . >

- математические модели влияния основных технологических параметров на натяжение основных и уточных нитей, параметры строения и свойства вырабатываемых тканей;

- оптимальные технологические параметры изготовления тканей; -

- рекомендации по стабилизации технологического процесса ткачества при изготовлении хлопчатобумажных тканей на ткацких станках различных конструкций.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ .ВОПРОСА .

1.1.Анализ литературных источников.

1.1.1 Работы по исследованиям натяжения и деформации нитей на ткацком станке . ■

Большой вклад в изучение взаимосвязи напряжений и деформаций текстильных нитей был сделан такими выдающимися материаловедами нашей страны, как Кукин Г.Н. .Соловьев А.Н. , Кра-гельский И.В. и рядом других. Их основополагающие работы относятся к периоду 50—60-х годов. Однако изучением этой проблемы в 60—70-е годы занимались ученые-технологи и проектировщики текстильного оборудования .

В работах,. направленных на решение технологических задач, исследование ,как правило , протекает по следующей схеме: выбор математической модели перерабатываемого объекта (нити, ткани), разработка методов определения ее параметров , использование выбранной модели с конкретными параметрами в математической модели технологического процесса. Выбор модели и определение параметров нитей , тканей или полотен преследует здесь вспомогательную цель ,но ,подчас , результаты полученные исследователями в этой части работы ,становятся не менее значимы, чем сама работа.

К этой группе ученых-технологов, сделавших большой вклад изучение взаимосвязи напряжений и деформаций следует отнести Гордеева В.А. и последователей его школы. Им был сделан важный шаг в решении задач технологического процесса образования ткани на ткацком станке на основе модели нити , работающей в пределах линейных упругих деформаций. В своих работах проф. Гордеев В.А. [9-10] разрабатывает целый ряд важнейших вопросов, в частности вопросы динамики работы упругой системы заправки, как называет ее Гордеев В.А., и механизмов , воздействующих на нее , при. выработке обычных и специальных тканей. Автор отмечает на циклический характер изменения натяжения основы. Продольная деформация растяжения ,возникающая вследствие процесса

зевообразования, прибоя уточной нити к опушке ткани , отвода наработанной ткани и сматывания основы с навоя в рабочей зоне ткацкого станка .вызывает изменение натяжения основы . Причем Гордеев В.А. 'считает ,что изменение натяжения основы происходит пропорционально изменению ее деформации. . Он предложил в качестве характеристики упругих свойств текстильных материалов принимать коэффициенты жесткости нитей основы и ткани, которые определялись с помощью тензоциклографа в условиях кратковременных деформаций. Гордеев В.А., рассматривал.вопросы динамики механизмов отпуска основы с учетом движения подвижной системы скало и навоя. Для определения натяжения расчетным путем он предложил использовать тригонометрические полиномы. В последних работах проф. Гордеев В.А. и его ученики разработали ряд технологий специального назначения. Несмотря на то ,что проф. Гордеевым В.А. не учтен ряд реальных факторов (неоднородность по ширине и глубине заправки,. вязкоупругие свойства используемых нитей), его теория находит широкое применение при исследованиях технологического процесса ткачества и дает приближенную картину работы заправки ткацкого станка. Использование современных ткацких станков.,работающих на повышенных скоростях, требует учета отмеченных допущений. В работах проф. Ефремова Е.Д. и его учеников [15-22] получены достаточно простые формулы расчета натяжения и деформации нитей при прибое и при зево-образовании с учетом геометрии заправки ткацкого станка. Однако, как и проф. Гордеев В.А., он предлагает использование теории жесткости. Следует отметить, что использование коэффициента жесткости при расчетах дает приближенную картину изменения натяжения и деформации нити на ткацком станке. Это связано с тем, что коэффициент жесткости изменяется, и в довольно больших пределах при изменении нагрузки и с течением времени. Характер изменения нагрузки при экспериментальном определении коэффициента жесткости отличается от реальной нагрузки нитей на ткацком станке, что искажает получаемые результаты.

Фундаментальные исследования по совершенствованию технологического процесса ткачества проведены д. т. н.Букаевым П.Т. [3-5]. Эти. исследования проведены для хлопчатобумажной промышленности . Букаевым П.Т. получены зависимости по определению натяжения и деформации нити основы за цикл работы ткацкого

станка. С учетом теорий скорости прибоя, избыточного натяжения контактной зоны проведены комплексные исследования импульса прибойного натяжения.„Выведенный интеграл дает возможность определить суммарное прибойное натяжение, оказывающее влияние на процесс прибоя и характеризующее его. С точки зрения наследственной теории вязкоупругости полимеров объясняется причина появления пусковых полос на тканях и высказывается и предложение об устранении их. Однако, использование в качестве релаксационных функций влияния функций, не учитывающих поведение текстильных материалов в промежутки времени, близкие к нулю, не позволяет делать точные расчеты, а позволяет только выяснить направленность изучаемого явления.

В работах Аносова В.Н., Мигушова И.И.. [38-42] проблемы создания новых способов формирования ткани на ткацких станках и разработка новых конструкций механизмов ,их осуществляющих решались на основе модели вязкоупругой линейной и нелинейной нити без учета релаксации. О наличии релаксационных процессов, происходящих на ткацком станке свидетельствуют работы проф.Ми-лашюса В.М. [43], проф. Власова П. В. [7-8], Качеишвили Е. А. [24-25], проф.Щербакова В.П. [86-91], проф.Кукина Г.Н. и проф. Соловьева А.Н. [27-29], проф.Склянникова В.П. [57-58], Тйранова В.Г. [79-83] Сталевича A.M. [60-76]. Эти релаксационные процессы в значительной степени предопределяют условия поведения нитей на ткацких станках. Однако, в большинстве исследований выбраны функции влияния при изучении релаксации и аст-рингации усилий, при ползучести и обратном восстановлении деформации, не учитывающие реальное поведение текстильных материалов при малом и большом времени. Исключение составляют проф.Щербакова В.П., который для исследования напряженно-деформированного состояния нитей на трикотажных машинах использует слабосингулярное ядро Ржаницына А.Р. и его резольвенту, полученную Колтуновым М.А. Эти функции дают реальную картину напряженно-деформированного состояния нитей в любой отрезок времени.

Большой интерес представляют исследования релаксационных процессов в тканях в работах проф.Милашюса В.М. [43]. Им впервые в ткачестве проведены фундаментальные исследования в этой области и предложены формулы, устанавливающие взаимосвязь тех-

нологических параметров ткачества и параметров строения вырабатываемых тканей. Большая заслуга в изучении напряженно-деформированного состояния нитейк основы и утка принадлежит проф.Николаеву С.Д. [44-47]. Для получения тканей заданного строения им разработаны , с учетом вязкоупругих свойств в текстильных материалах, теоретические основы прогнозирования технологического процесса ткачества. Большая ценность работы состоит в том ,что разработаны достаточно простые методы определения параметров уравнений состояния текстильных нитей для основных видов деформаций : растяжения ,сжатия ,смятия и изгиба. Создан метод расчета натяжения и деформации основы и утка по глубине и ширине заправки в основные моменты тканеформиро-вания в любой момент времени с учетом вязкоупругих свойств нитей. В основу описания рела