автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Исследование процесса взаимодействия основной нити с галевом и его имитационное моделирование

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОСНОВНОЙ НИТИ С ГАЛЕВОМ И ЕГО ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Специальность - 05.19.03 Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи УЖ 677-487.2.0£4.054.838

СЕКОВАНОВА ЛЮБОВЬ АФАНАСЬЕВНА

Кострома - 1995

/

Работа выполнена в Костромском государственном ордена Трудового Красного Знамени технологическом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Н.В.Лустгартен.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.Л.Маховер, кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.В.Смельский.

Ведущее предприятие

Акционерное Общество "Большая Костромская Льняная Мануфактура"

Л-

" (ШсОщЛхть года в /О часов оИовета Д.063.89.01 при Костромском

Защита состоится на заседании диссертационного государственном технологическом университете по адресу: 156021, г.Кострома, ул.Дзержинского, 17

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан

Ш><£д

_1995 года.

Отзывы по реферату,отпечатанные на бланке учреждения,заверенные печатью,в 2 экземплярах, просим направить в адрес университета.

Ученый секретарь диссертационного

Совета, доктор технических наук, у/, гл

профессор ¡ЦА^ЦЫк Н.В.Лустгартен

АННОТАЦИЯ

Диссертационная píiбoтa посвящена теоретическим и эксперимен-альным исследованиям процесса взаимодействия основной нити с га-?вом ремиз с целью снижения обрывности за счет выбора оптимаяьно-з типо-размера галев и их ориентировки в ремизной раме.

В работе рассмотрены Еопросы определения:

- радиуса закругления внутренней поверхности глазка галева и 1змеров его поперечного сечения, обеспечивающих меньшее разруше-к нити от изгиба-среза;

- поперечной изгибающей силы, действующей на галево.с учетом шачики процесса;

- величины изгиба галева под действием этой силы.

Проведен обобщающий анализ компенсационного смещения глазка шева и перемещения нити относительно глазка.

Разработала адекватная математическая модель исследуемого юцесса, реализованная в виде программы на языке программирования |ЗСАЬ (Версия 7.0), по которой расчитываются суммарные величины 'ти трения, и работы сил трения нити о глазок. Это позволило найти ¡тимальный типо-размер галева для заданной ткани, способствующий тению обрывности льняной основной пряхи на 21%.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АЬЗУЛЗьность. теш^ Проблема производительности ткацких станков и улучшения качества ткани тесно связана с обрывностью основных нитей, которая во многом определяется степенью воздействия на них нитенаправляющих элементов. К таким элементам относятся гале-ва, ламели, бердо, составляквде, совместно с другими элементами, технологическую оснастку ткацкого станка. Как показали исследования, основную долю разрушающих воздействий нити получают в гаяе-вах. Интенсивность разрушающих воздействий зависит от качества поверхности глазка галева и его размеров, от способа крепления гале-ва в ремизной раме за счет изменения величины вертикального зазора между ушком и галевоносителемГ типо-размера галева и.т.д.

Очевидно, что для каждого вида ткани существует такой типо- размер галева, который, в комплексе с другими параметрами, обеспечивает оптимальный процесс ткачества. Однако в отраслевых справочниках и технических условиях на галева (ТУ 17-40-702-84, ТУ 17-40-609-83) рекомендации по выбору типо-размера галев, применительно к виду и линейной плотности пряжи, характеристикам технологического режима ткачества, отсутствуют. Поэтому технологам ткацкого производства выбор типо-размера галев приходится делать.интуитивно.

Отсутствие научно-обоснованной методики выбора вида галева (проволочное или пластинчатое) и его размера является одной из причин, сдерживающих широкое внедрение пластинчатых галев в отечественном производстве. На станках СТВ и АТПР, применяемых в льняной отрасли отечественной текстильной промышленности, традиционно используются проволочные галева. Имеющиеся исследования в ос-

ом отражают один аспект - срок службы галев. Значительно мень-ишмания уделяется процессу взаимодействия нити с галевсм с :и зрения разрушения нитей и их обрывности.

Для разработки методики выбора вида галева и его оптимального »-размера целесообразно применить имитационное моделирование, в >ве которого лежит построение адекватной математической модели юведение машинных экспериментов.

Цель и задачи исследования. Целью работы является снижение /внести льняной пряли за счет применения научно-обоснованной >дики выбора типо-размера галев для заданного артикула ткани.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие ми:

1. Проанализировать зоны и причины обрывов льняных основных ш на ткацких станках СТБ и определить долю обрывности от воз-;твия галев.

2. Провести теоретическое исследование процесса взаимодейс-I основной нити с глазком галева с точки зрения разрушения ее ютирания и изгиба на поверхности глазка.

3. Создать математическую иодель процесса взаимодействия ос-юй нити с глазком галева за цикл тканеобразования и проверить адекватность.

4. Провести машинный эксперимент по определению оптимального э-размера галева для заданного артикула ткани.

5. Провести проверку результатов оптиматизационкого зкепери-га в условиях производства.

^оды^сследований^ Теоретические исследования проводились с ленением методов теоретической механики, сопротивления материа-

лов , теории гибких упругих стержней, дифференциального и интегрального исчислений.

Программная модель исследуемого процесса составлена на языке PASCAL (Версия 7.0).

В экспериментальных исследованиях использовались методы и приборы для оценки разрывной нагрузки нитей, методы идентификации природы обрыва нити, а такке малинный эксперимент и производственная проверка результатов.

Научная новизна работы. В диссертационной работе впервые:

- предложена методика определения критического радиуса закругления поверхности глазка галева и минимальных размеров его поперечного сечения, обеспечивающих меньшие разрушения нити от изгиба-среза;

- теоретически обоснован рациональный способ ориентировки га-лева в ремизной раме, способстующий выравниванию натяжения основной нити до и после ремиз за счет отклонения его в более натянутую часть зева;

- получены математические соотношения, показывающие, что при малом коэффициенте трения нити о глазок возможно перераспределение деформаций в передней и задней ветвях зева только за счет проскальзывания нити, без смещения глазка галева в переднюю часть зева;

- обобщены формулы для вычисления величин компенсационного смещения глазка галева и компенсационного перемещения нити через глазок при зевообразовании и прибое;

- получена формула для расчета поперечной изгибающей силы, действующей на галево, с учетом динамики процесса;

- разработана общая математическая модель процесса взаимо-

<

^йствия основной нити с глазком галева за полный цикл тканеобра->вания.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разра->танная модель и ее программная реализация позволяют,не прибегая натурному эксперименту, получить данные об изменении натяжения в' 1кле тканеобразования, о суммарных величинах пути трения и сил эения основной нити о глазок( в зависимости от типо-размера гале-1).

Полученные рекомендации по выбору типо-размера галев и ориен-яровки их в ремизной раме способствуют снижению обрывности основах нитей и повышен™ производительности ткацких станков.Примене-ле рациональной ориентировки галев привело к повышению производи-зльности станка на 8.9Х, что подтверждено актами производственной роверки и внедрения в ткацком производстве АО " Большая Костромс-ая Льняная Мануфактура".Предложение по рациональной ориентировке злев внедрено на 39 станках СТБ-2-220 (на 12.11.94. )и на 89 стан-ах(на 25.01.95.)

Имитационная модель процесса может быть использована для альнейшей работы по совершенствованию конструктивных параметров и ачества изготовления галев как с точки зрения их воздействия на сновную нить,так и долговечности.

Апробация работы. Основные результаты доложены и получили по-олштельную оценку:

- на международной научно-технической конференции " Проблемы -аэвития текстильной и легкой промышленности в современных услови-х " в г. Иваново, 1992г.

- на международной научно-технической конференции " Современ-:ые тенденции развития технологии и техники текстильного произ-

водства " в г. Иваново, 1993г.

- на международной научной конференции " Новое в технике и технологии текстильной промышленности " в г. Витебске, 1994г.

- на республиканской научно-технической конференции " Пути совершенствования технологии и оборудования в льняной отрасли текстильной промышленности (Лён-94) " в г. Кострома, 1994г.

- на заседаниях кафедры ткачества КГТУ ,1992-95г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы представлено в б публикациях.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, б глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.Диссертация изложена на /^^страницах машинописного текста ,содержит 30 рисунков, 33 таблиц и 3 фотографии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении содержится обоснование актуальности работы, сформулированы основная цель, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе дан анализ разрушающих воздействий на основную нить в процессе ткачества. Рассмотрены работы Николаева С. Л., So-лоторевского Л.Т., Богзы А.Д., Любимова В.А., Ступиикова А.Н., Weinsdorf er Н..Lange д. и др. Установлено, что истирающие воздействия, которым подвергаются основные нити в комплексе с другими воздействиями, играют решающую роль в снижении прочности нитей и определяют уровень обрывности. При этом наиболее интенсивное разрушение основных нитей происходит в глазках галев ремиз, о чем свидетельствуют работы Frontczak 1.и Миловидова H.H.

Интенсивность разрушающих воздействий галев на основную нить зависит от их конструктивных параметров, качества поверхности кон-

<та с нитью, величины пути трения нити через глазок. Вопрос о шчии и величине пути трения рассматривался в работах Гордеева Власова П.В. и Розанова Ф.М., Ефремова Е.Д., Алексеева К.Г. Ф. Работы этих авторов явились исходной базой для построения «анионной модели процесса взаимодействия основной нити с гале-

А.

На основе анализа состояния вопроса в заключение первой главы эрмулированы основные выводы и задачи исследования.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям причин эывности хлопчатобумажных и льняных основных нитей и определению сери прочности ими после взаимодействия с галевами. Установлено, 5 наибольшая доля обрывов падает на переднюю часть зева и зону ¿из. Суммарная доля обрывов в этих зонах по трем видам тканей ;тавила соответственно 69,2%, 77,6%, 69,5%. На основе идентифи-дии природы обрыва, причины их ранжируются следующим образом: гирание, слабое место, срез нити, закрещенностъ, пороки пряжи и звязывание узлов. Полагая, что обрывы по причине "истирание" и табое место", относящиеся к передней части зева и зоне ремиз, бактеризуют воздействие галев на нить, получено: по причине раз-пения основы галевами произошло 37,8%, 59,7%, 44,6% соответс-;нно для рассматриваемых видов тканей. После взаимодействие с ювами прочность хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 29 сс снизилась на 5,31%, льняной пряжи 41,7 текс - на 10,97%.

В третьей главе проведен теоретический анализ процесса взаи-¡ействия основной нити с галевом в период зевообразования и при-I с учетом динамики процесса.

Он включает:

- исследование зависимости разрушения волокон нити при изгибе

на поверхности глазка галева от радиуса закругления этой поверхности и от толщины глазка;

- анализ натяжений в передней и задней ветвях зева;

- исследование влияния величины коэффициента трения нити о глазок на смещение галева нитью;

- определение компенсационного смещения глазка галева с учетом прибоя уточной нити к опушке ткани и компенсационного переме-нения нити относительно глазка с учетом одновременного смещения глазка галева;

- анаяиз возможности отклонения галева в более натянутую часть зева в зависимости от ориентировки его в ремизной раме;

- определение поперечной изгибавшей силы , действующей на га-лево, с учетом динамики процесса;

- обоснование применения методов теории сопротивления материалов для вычисления величины прогиба галева под действием попереч-'ной изгибающей силы после выбора горизонтального зазора между ушками и галевовосителем.

Четвёртая глава посвящена разработке математической модели исследуемого процесса. Процесс представлен как последовательная смена состояний системы тканеобразования за период одного оборота главного вала с шагом 1°. За выходные параметры приняты суммарный путь трения и суммарная работа сил трения при проскальзывании нити через глазок. К управляемым входным параметрам отнесены:

- заправочное натяжение;

- длины передней и задней частей зева;

- максимальная высота верхнего полузева;

- коэффициенты жесткости метровых отрезков основы и ткани;

- линейная плотность пряжи и разрывное удлинеие волокна;

- величина прибойной полоски;

- коэффициент трения нити о глазок;

- мах галева;

- высота глазка галева;

- величина горизонтального зазора между ушками и галевоноси-телем;

- размеры поперечного сечения галева;

- момент заступа;

- углы поворота главного вала, за которые происходит движение и выстой ремиз;

- частота вращения главного вала.

Проведено математическое описание (формализация) реального процесса с необходимой степенью приближения к действительности, построены моделирующий алгоритм и его програмная реализация на языке PASCAL (версия 7.0).

Адекватность полученной модели оценивалась по экспериментальным значениям пути трения и отклонения глазка галева, полученным I.Frontczak, по экспериментам с разной ориентировкой галев. С целью проверки адекватности реагирования программной модели на вариацию входных параметров, проведены расчеты суммарных величин пути трения и работы сил трения в зависимости от изменения заправочного натяжения, частоты вращения главного вала, величины прибойной полоски, жесткости пряжи .величины выноса зева и др. Машинный эксперимент показал, что полученные зависимости суммарных величин пути трения и работы сил трения от перечисленных входных параметров вполне согласуются с существующими в практике ткачества представлениями ,а также с описанными в научных публикациях результатами теоретических и экспериментальных исследований.

В пятой_главе изложена методика проведения оптимизационного

машинного эксперимента.

В качестве целевой функции принята суммарная работа сил трения при перемещении нити через глазок галева. В качестве факторов - тип галева, размеры поперечного сечения, величина горизонтального зазора между ушком и галевоносителем, зависящая от ориентировки галева в ремизнбй раме и размеров ушка. Уровни перечисленных факторов определялись в соответствии с типо-размерами галев, выпускаемых Костромским игольно-планочным заводом "Красная маевка".

Принят полный классический план эксперимента в диалоговом режиме оптимизации путем сравнения и анализа значений выходных параметров.

Оптимизационный машинный эксперимент по заказу АО БКЛМ проведен для ткани обр. 553, вырабатываемой из оческовой пряки 96 текс в основе и льняной 46 текс - в утке.

Для данной ткани и заданного технологического режима наилучшим сочетанием является проволочное галево диаметром 0,5 мм., тип II (впаянный стыковой глазок) или тип III (впаянный цельноформованный глазок) и ориентировкой по I варианту.

В шестой главе приведены результаты производственной проверки и внедрения результатов исследования.

Производственная проверка в цехах ткацкого производства АО БКЛМ проведена по следующим направлениям:

- эффективность от внедрения рациональной ориентировки галев в ремизном приборе;

- влияние типа-размера галев на обрывность основных нитей.

Установлено, что использование рекомендуемой ориентировки

взамен существующей на льнокомбинате снижает обрывность основных

- io -

нитей на 21-232, что подтверждено актом производственной проверки.

Результатом внедрения рациональной ориентировки галев на 39 станках явилось увеличение производительности ткацкого станка на 3,9%, что подтверждено соответствующим актом АО ВКЛМ.

Производственная проверка гачёв четырех типо-размеров, установленных в равном количестве в одном ремизном приборе, проведена на двух станках СТВ-216 при выработке ткани обр. 553. Наблюдения проведены за период срабатывания четырех навоев на первом станке и двух - на втором. Объем контроля составил 1316 пог. м. ткани с общим числом обрывов 1013, что свидетельствует о статистической надежности результатов.

Получено, что наибольшая обрывность в зонах с проволочными галевами диаметром сечения 0,34 мм и витым глазком (тип1), затем -с пластинчатыми галевами размерами поперечного сечения 0,4 х 2.6мм Наименьшее количество обрывов произошло в зонах с проволочными га-левши диаметром 0,5 мм (тип II), что подтверждает результаты оптимизационного эксперимента.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1.В результате эспериментальных исследований потери прочности и уровня обрывности льняной пряхи установлено, что наибольшие разрушающие воздействия основные нити получают в галевах.

2. Анализ соответствия нормативной документации на галева требованиям технологии ткачества показал, что рекомендаций по выбору типо-размера галев для заданного вида ткани там не приводится.

3. На основе теоретического анатиза процесса взаимодействия основной нити с глазком галева при зевообразовании и прибое:

- предложена методика определения критического радиуса зак-

*

ругления поверхности глазка галева и минимальных размеров его поперечного сечения, обеспечивающих меньшее разрушение нити от изгиба-среза;

- установлено, что при малом коэффициенте трения нити о глазок возмоашо перераспределение деформации в передней и задней ветвях зева только за счет проскальзывания нити без смещения глазка в переднюю часть зева;

- на основе методики проф. Ефремова Е.Д. разработана формула для.вычисления компенсационного смещения глазка гачева, учитывающая величину перемещения опушки ткани при прибое;

- обобщена на случай смещения главка галева формула для вычисления пути трения Алексеева К.

- получена формула для, расчета поперечной изгибающей силы, действующей на галево, с учетом динамики процесса;

- обсновано ивспользование методов теории сопротивления материалов для вычисления величины прогиба галева, что позволяет упростить расчеты при сохранении точности вычислений.

4. Разработана адекватная математическая модель процесса взаимодействия основной нити с галевом и ее прогр'амная реализация, позволяющая получить данные об изменении натяжения в цикле ткане-образования, величинах суммарного пути трения и суммарной работы сил трения для заданного вида ткани, различных технологических режимов и типа-размеров галев.

5. В результате машинного эксперимента установлено, что суммарный путь трения и суммарная работа сил трения:

- уменьшаются при увеличении горизонтального зазора между уш-,ком и галевоносителем;

- увеличиваются с увеличением величины прибойной полоски.

Установлено также,что с увеличением заправочного натяжения уммарный путь трения уменьшается,а суммарная работа сил трения величивается.Увеличение частоты вращения главного вала от 20 мин-1 до 300 мин-1 практически не влияет на величину суммарного ути трения и незначительно увеличивает суммарную работу сил тре-ия.При дальнейшем увеличении частоты вращения главного вала оба арачетра увеличиваются,причём для жёстких галев - более значи-ельно.

6. На основе оптимизационного эксперимента определен опти-альный типо-размер галева для ткани обр.553: галево из ремизной роволоки диаметром 0,5 мм (тип II или III).

Правильность выбора типо-размера и ориентировки галева подт-ерждены производственной проверкой в условиях ткацкого производс-ва АО БКЛМ.

7. Рекомендации по рациональной ориентировке галев, способс-вующие снижению обрывности и повышению производительности станка а 8,9%, внедрены в ткацком производстве АО БКЛМ.

8. Имитационная модель процесса взаимодействия основной нити с алевом может в дальнейшем совершенствоваться в направлении учёта ибрации станка, разнонатянутости зева.изгибкой жёсткости и нерав-емерности пряжи по линейной плотности .чистоты обработки поверх-ости глазка, изменений технологических режимов ткачества в более ироком диапазоне и т.д.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1.Лустгартен Н.В. .Секованова Л.А. К вопросу о выборе ти-о-размера галев.//Изв.вузов.Технология текстильной промышленнос-И.-1992.- N 2.-с.42...45.

2.Лустгартен Н.В. .Секованова Л. А.Влияние ориентировки галеь на обрывность.//Изв.вузов.Технология текстильной промышленности.-1993.- N 2.-с.26...30.

3. Секованова Л.А.Об аналитической зависимости между величине прибойной полоски и путём трения нити в глазке галева ремиг ки.//Тезисы научно-технической конференции "Проблемы развит» текстильной и лёгкой промышленности в современных условиях".-Ивг ново.-1992.- с.111...112.

4.Секованова Л.А. К выбору оптимальных размеров поперечно! сечения галева.//Тезисы научно-технической конференции "Совреме! ные тенденции развития технологии и техники текстильного прои; водства".-Иваново.-1993.-с.55...56. ■

5.Секованова Л. А. Результаты производственной проверки рацис нальной ориентировки галев в ремизке.//Тезисы международной науч! конференции "Новое в технике и технологии текстильной промышле! ности".-Витебск.-1994.-с.26.

6.Секованова Л. А. О влиянии коэффициента трения нити на см* щение галева.//Тезисы республиканской научно-технической конфере) ции "Пути совершенствования технологии и оборудования в льняж отрасли текстильной промьшленностиШн-94)".- Кострома.-1994.-е..

Подписано в печать /. {{. Ротапринт. Тираж 100 экз.Заказ £ Костромской государственный ордена Трудового Красного знамени технологический университет.