автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Метод автоматизированных исследований характеристик системы заправки ткацкого станка

9 1 Дел Ыи

На правах рукописи

ТАГИЛЬЦЕВ ЮРИИ ГЕННАДЬЕВИЧ

УДК 677.024.017

МЕТОД АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ЗАПРАВКИ ТКАЦКОГО СТАНКА

Специальность

05.19.03 - Технология текстильных материалов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Кострома - 1988

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Лустгартен Н.В. Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Рудовский П.Н. к.т.н. ст.н.сотр. Шарыгин Ю.Н

Ведущее предприятие -

Костромской научно-исследовательский

институт льняной промышленности

Защита диссертации состоимся декабря 1998 г. в часов

на заседании диссертационного совета

в Костромском государственном технологическом университете по адресу, г. Кострома, ул. Дзержинского, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета

Автореферат разослан "

¿и- ноября 1998 г.

Учёный секрктарь диссертационного со доктор технических наук, профессор

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвяшена вопросам совершенствования гехнологических процессов ткачества на основе расчетов параметров ;канеобразования с применением методов теории автоматических систем.

Предлагается метод расчЭта основных динамических параметров 1атяжения нитей основы на станках с подвижным скалом. Метод включает:

расчёт изменения натяжения нитей основы в процессе ¡евообразования;

расчет изменения натяжения нитей основы в процессе прибоя в [вредней и задней частях зева.

Предложено дифференциальное нелинейное уравнение взаимосвязи :еформации и натяжения в текстильных (льняных и хлопчато-бумажных) итях и разработаны методы определения параметров этого уравнения.

Создан универсальный программно-аппаратный исследовательский омплекс, применимый как для широкого спектра лабораторных стендовых сследованиЯ деформационных характеристик текстильных нитей, так и для сследованиЯ деформационных процессов, происходящих в системе заправки аботаюиего ткацкого станка. Комплекс позволяет значительно повысить роизводительность и эффективность научных и технологических сследованиЯ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ. Внедрение в производство новых технологий, систем ГУТП и АРМ технолога, а также, дальнейшее совершенствование гечественного ткацкого оборудования невозможно без применения моделей эоцесса ткачества, основу которых составляют уравнения взаимосвязи »формации и натяжения в нитях и ткани. Эффективная и малозатратная эдернизация как технологического процесса ткачества, так и самих сацких станков невозможна без глубокого понимания сущности аформационных процессов, происходящих в системе заправки ткацкого :анка.

Настоящая работа направлена на создание универсальной теории юцосса формирования т:*ани и решает одну из множества связанных с ■ям процессом задач.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью диссертационной работы является разви теоретической базы, необходимой для совершенствования технологически процесса тканеобразования, на основе математического моделирова; взаимосвязи деформаций, натяжения и конструктивных параметров ткацк( станка.

В соответствии с обшей целью в работе решены следующие задачи:

1. Разработка универсального программно-аппаратне исследовательского комплекса.

2. Выбор уравнения взаимосвязи деформации и натяжения текстильных нитях и разработка методов определения его параметров.

3. Исследование деформационных характеристик текстильных нитей

4. Создание математической и вычислительной модели работы систе заправки ткацкого станка в процессе зевообразования, базирующейся установленном законе взаимосвязи деформации и натяжения нитей основы информации о конструктивных параметрах станка.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Решение поставленных задач осуществлялось применением экспериментальных и аналитических методов. П теоретических исследованиях использовались методы математическо анализа, теории автоматических систем, теоретической механики, экспериментальных исследованиях применялись методы тензометрии бесконтактного оптического измерения перемещений, положенные в осно создания универсального программно-аппаратного исследовательско комплекса. Вся экспериментальная информация хранилась и обрабатывала' в ЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В диссертационной работе впервые:

предложено нелинейное уравнение взаимосвязи деформации

натяжения для текстильных нитей, отличающееся от известных введение

нелинейности по параметру времени, и способное за счёт этого

достаточной точностью описывать все реологические процессь

протекающие в нитях, в широком диапазоне скоростей и режиме

деформирования; разработаны экспериментально - аналитические метох

определения ого параметров;

дано строгое определение квазистатического натлжекия нитей основы и разработан метод его экспериментально-аналитического определения;

на основе предложенного уравнения взаимосвязи деформации и натяжения разработан метод расчета отклонения натяжения нитей основы от квазистатического натяжения в процессе зевообразования и установлены причины и величина повышения в процессе прибоя натяжения нитей основы в передней части зева по сравнению с натяжэнием з зоне ламели-скало;

- доказана независимость коэффициента жёсткости нити (н рамках предложенного уравнения взаимосвязи деформации и натяжения) от скоростных характеристик нагружения (деформирования) образца нити, 4то позволяет применять это уравнение для описания широкого диапазона зежимов работы нитей без изменения значения коэффициента жйсткости.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Диссертационная работа

«дполнялась в рамках научного направления вуза "Создание новых >есурсосберегак>щих, экологически чистых технологий производства :екстильных изделий с применением методов автоматизированного |роектирования" и в соответствии с темой № 23-БФ-97 "Разработка 1етодов, технических и программных средств для экспресс-оценивания ехнологической и экономической эффективности производства льняной кани"

Предложенная система математических моделей взаимосвязи деформации натяжения нитей, движений берда, ремиз и скала позволила повысить остоверность расчётных тензограмм, вскрыть причины резкого повышения родприбойного натяжения основы на станках СТБ с подвижным скалом и чтлжеиия в передней части зева по сравнению с натяжением в задней "ти при прибое. Это позволяет моделировать и производить оценку .'.г.ряженносги процесса формирования ткани при различных вариантах строчки станка.

Разработанный универсальный прграммно-'аппаратный исследователь комплекс значительно сокращает затраты времени на проведение на} исследовательских работ, что особенно важно в современных услоЕ требующих быстрой реакции науки на запросы производства.

Разработанные модели при дальнейшем совершенствовании могут £ в общую исследовательскую программу создания АРМ технолога и Г ткачества.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы диссертационной рг доложены и получили положительную оценку:

- на заседаниях кафедры, ткачества КГТУ (1396-1998 г.г.);

- на семинаре "Технология текстильных материалов" КГТУ, 1998 I

- на Международной научно-технической конференции "Совреме наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лё промышленности" (Прогресс-98), Иваново, 1998 г.;

на Международной научно-технической конференции "Актуа/ проблемы переработки льна в современных условиях" (Лён-98), Косте 1998 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано две статьк

ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, глав, общих выводов, списка использованных источников Й^Унаименовг и ¿> приложений. Диссертация изложена наА?-^^* страницах машинопис

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, опреде цель и задачи исследования и методы их решения. Показаны эле* научной новизны и практическая значимость работы.

В первой главе дан аналитический обзор теоретически; экспериментальных работ, посвященных проблемам выбора разл^ моделей взаимосвязи деформации и натяжения в применении к зг расчета натяжения нитей основы в процессе ткачества, эксперимента* методам определения деформационных характаристик нитей и мояелироЕ их деформационного поведения, методам расчёта деформаций и натяг нитей основы. Это позволило в основу теоретических и эксперимента* исследований положить работы Мигушова И.И., Налётова В.В., Никол С.Д., Ямщикова C.B..

текста, содержит у^ рисунок и

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

По результатам многочисленных исследований можно заключить, что вязко-упругие свойства нити играют существенную роль как з относительно быстрых процессах прибоя, так и в относительно медленных процессах зевообразования и в процессах, связанных с установлением квазистатических параметров системы заправки ткацкого станка.

Применение теории нелинейной наследственной вязко-упругости (НВУ) к задачам расчёта динамических изменений натяжения нитей основы в цикле работы станка влечбш ряд принципиальных проблем, связанных с определением параметров уравнений для быстрых процессов, трудностями машинного счёта и невозможностью получения сегодня параметров из результатов экспериментов непосредственно на ткацком станке. В то же время не существует принципиальной разницы между уравнениями теории НВУ и простейшими механико-математическими моделями. Проблема сводится к числу параметров линейных моделей. Уменьшить число параметров, не снижая одновременно точность модели и не сужая диапазон её применимости можно, введя в механико-математическую модель нелинейную вязкость.

В результате анализа состояния вопроса сформулированы задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке экспериментальных методов исследования и стендов:

- комплекса оборудования для исследования деформационных процессов в системе заправки ткацкого станка;

- стенда и методики исследования волновых процессов в текстильных нитях;

- стенда для исследования деформационных характеристик текстильных нитей при импульсном воздействии;

- стенда и методики исследования закономерности распространения импульса деформации через барьер трения.

Все разработанные экспериментальные установки базируются на единой гибкой элементной базе и вместе с программным обеспечением составляют универсальный программно-аппаратный исследовательский комплекс.

В третьей главе представлены результаты экспериментально-гкалктических исследований проблемы описания взаимосвязи деформации и ьатяясэния в текстильных нитях.

На основании анализа проведённых 'ранее исследований за ос принята трёх-элементная модель, имеющая три параметра : * коэффициент вязкости;С1,С2-коэффициенты жёсткости.

Поскольку физический смысл вязкости в текстильных нитях не я введены две постоянные времени : 11=4/01 и Тг=Н/С2. Установлено, что два параметра модели х1гх2 оказываются неустойчивыми. Для устран неустойчивости делается предположение, что Т1=Х:=Т, в результате получено основное уравнение:

„ т <1? _ ¿X.

Р+---=С„-и+г--), . (1

2 Л н

С1 • С2

где коэффициент жёсткости Си =

С1 + С 2 Р - натяжение нити; Л - деформация нити; т - постоянная времени.

Анализ экспериментального материала показал необходимость ввел в уравнение (1) нелинейности, а именно переменной г , зависящей скорости деформирования образца и от времени г = Ф(£, ^. Функци! равна произведению изображений двух функций: Мг (р), выража: зависимость от времени, где р-оператор дифференцирования, и Р выражающей зависимость от скорости деформирования. Таким образом:

г = ЛХ) ,

(2)

X = »г(р) ■ е .

Предложена зависимость X от времени в виде:

X = ---- • е, (3)

Тг • р + 1

где Тг - неизвестный, подлежащий определению параметр. Тг м> назвать постоянной времени задержки или просто - временем заде! (динамической), тогда Х- получает физический смысл "задержан) скорости .

Зависимость т от X выражается в уменьшении х с ростом X. И] словами, чем медленнее протекают деформационные процессы в нити,

большие значения принимает параметр х. Справедливость приведённых качественных положений доказана экспериментально.

С целью минимизации количества неизвестных параметров в уравнениях (1)-(3) выбрана следующая функция зависимости т от X:

* = т! п + Хт • е , (4)

в которой одновременному определению подлежат два параметра г„ и Кг. Параметр может быть определён в независимых экспериментах в

рамках линейной модели (1) с постоянной т при максимальных скоростях деформирования образцов или может быть опущен, если его значение пренебрежимо мало по сравнению с гл.

Обнаружено сильное влияние параметра Тг на дисперсию параметров гя и Кт, и предлагается определять параметр Тг из условия минимума дисперсии параметров гя и Кг .

Проведено экспериментально-аналитическое исследование процесса распространения импульса деформации, близкого по параметрам к импульсам деформации от прибоя, по нити через барьер трения. В экспериментальных исследованиях имитируется барьер трения, создаваемый глазками галев и другими направляющими в зеве ткацкого станка в момент прибоя.

В результате исследований найдена структура модели силы трения при распространении деформации через барьер трения:

Гд(р) = ■ р ■ в + ■ 1+Р2) (5)

где Рд(р) - сила трения; ¿¡^-коэффициент вязкости барьера;

Ктр - коэффициент пропорциональности сухого трения в барьере; К1,Р2 - натяжения нити по обе стороны от барьера; 3- величина проскальзывания нити по барьеру трения; р-оператор дифференцирования. Показана существенность влияния вязкой компоненты трения, если закон взаимосвязи деформации и натяжения в нити определяется уравнением (1).

Получена модель системы нить - барьер трения, позволяющая рассчитывать натяжение до и после барьера при заданном деформирующем соэдойсэвии на нить при условии упругого закрепления конца нити :

¿лр)

---5-, (б)

1 + а1 -р + а2 • р + аг-р

кз = ,с1СТ = 'с*' ,а1 = к1 + — - 2 • г,

Ч> + Чгг Ч " -^т + Ч с„

,1 3 С, • Кгч . Ч • К. ж г

(- + - —-—) ■ Т + ^ Ц + -£ . г) . + а

2 2 Ч_ „ ._ г. V - _Сг 2

- -1 . <■ > ^г - г . к-

1 + с' т с; 1 + Ч

Ч Ч

- г

„ _ ^ ' 2 ^ _ 1 ~ *п- • _ А + ■ * я- _ а»

ьд _ _

^ , «2 - - ^+ Сь •

где С%гСг соответственно коэффициенты жесткости участков нити д: после барьера прения (по модели (1)); Сь- коэффициент жбсткс упругого закрепления нити;

параметр х уравнения принят одинаковым для участков нитей д после барьера.

В четвертой главе разработаны методы параметрической идентификг объектов исследования (нитей и нитей с барьерами трения) в рак моделей (1)-(4) и ¡5),(6), при различных постановках эксперимент Приводятся результаты параметрической идентификации. Эксперименту доказана независимость параметра Сн модели (1) от скоросз характеристик условий эксперимента для всего диапазона исследус скоростей деформации.

И

Пятая глава посвящена разработке модели работы системы заправки кацкого станка типа СТБ в процессе зевообразования, ей качественному сследованию и апробации.

Введено понятие квазистатических уровней, что позволяет оделировать процессы в отклонениях от этих уровней. Квазистатический роввнь деформации системы заправки определяется как уровень еформации системы в момент заступа.

Вся система заправки описывается структурной схемой, показанной на ис. 2., где с!г1,с1г2-вычисляемые в каждый момент времени значения

Рис.2.

уклонений деформации системы заправки для каждой ветви зева (здесь =.й иетаи), Хт~ отклонение деформации ткани, Хек-отклонение деформации сте!<ы заправки от движения скала, Хн-динамическая составляющая -.формации системы от движения навоя; Хо- отклонения деформаций нитей

основы на участке от опушки ткани до -скала; Toc,То - соответстве: отклонения натяжений нитей основы на участках от скала до навоя и опушки ткани до скала; Woc(p),Wo(p),VT(p),VcK(p) - соответстве передаточные функции участков нитей от скала до навоя, от опушки скала в соответствии с уравнением (1) , передаточная функция тк ¥т(р)=Ст, передаточная функция системы скала, получаемая дифференциального уравнения движения скала; Нск - суммар: приведенный коэффициент вязкого трения системы скала; yl, у2-углы ме: ветвями зева и продолжением линии ткани в зев.

Поскольку все параметры модели (рис.2) рассчитываются отклонениях, численное определение квазистатических уровней требуется.

Истинное положение квазистатических уровней относительно то1 расчётных кривых отклонения натяжения должно совпадать с положен] нулевой линии расчетных кривых. При совмещении расчетных экспериментальных кривых определяется истинное численное значе! квазистатического уровня как уровня нулевой линии расчетных кривых масштабе экспериментальной кривой натяжения.

Структурная схема, показанная на рис.2 после математичеа преобразований и ряда упрощений приводится к структурной cxei представленной на рис.3.

Рис.3.

Передаточные функции Vs(р),Утп(р),Уот(р) имеют вид: Аф)

В р) = 1 + Ы • р + Ь2 • р2, (7)

Ар) = 1 + al • р + а2 ■ р2, 1 + г • р

й п (р) = Кст №;(р) = ifs

1 + icoct • г W(P)

L(p)

Л (р) = 1 + /Л • pf. . • р", L|D) = 1 + Л • р+. . .+16 • р5 .

Ксзффициенты передаточных функций Vs(р) ,¥тп(р) ,¥от(р)вычисляются о эна аениям следующих параметров:

Сн1-коэффициент жёсткости метрового отрезка нитей основы (в рамках одэл1 (1) ) ;

1 - постоянная времени нитей основы (в рамках модели(1)), здесь эстоянная эквивалентная величина;

Ктн=Ст1/Сн1, где Ст1 коэффициент жёсткости метрового отрезка кани вдоль нитей основы в расчёте на одну нить основы;

Чек - эквивалентная масса подвижной системы скала;

-Гек - эквивалентный коэффициент вязкости системы скало-нити снов а;

1 параметров конструктивно-заправочной линии станка.

Параметры Сн1 и х могут быть найдены в независимых стендовых кспгриментах, остальные параметры должны определяться по кст риментальным исследованиям на конкретном станке.

Проведено качественное исследование и апробация полученной эде; и. Выработаны рекомендации по поиску адекватных параметров модели ри . гавестных (экспериментально определённых) натяжении нитей основы, вижпнки скала, движении навоя.

Исследование модели и экспериментальные исследования показали зг7аточность описания суммарного трения в системе скало-кити одним

коэффициентом вязкого трения для всех , фаз движения" скала кром* верхнего положения скала, хотя ошибка модели в этой фазе н-э пре 10 %. В этой фазе существенным становится трение покоя (частный сухого трения), которое приводит к задержке скала в верхнеы пол до момента прибоя. Это приводит к существенному росту прелприб натяжения.

Близость расчётных и экспериментальных тензограк пр зевообразования позволяет завершить моделирование полного пр натяжения нитей основы в цикле работы станка дополнение рас изменением натяжения нитей в процессе прибоя в передней час :и зе! скала.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Состояние текстильного материала на ткацком станке для диапазона скоростей деформирования нитей необходимо рассматрив рамках математических моделей, включающих в себя в качестве однс параметров время.

2. Нелинейная по параметру времени механико-математичес;'.ая г. взаимосвязи деформации и натяжения при равенстве числа ьарак может давать не менее точные описания деформационных прс цесс текстильных нитях, чем уравнения теории наследственно; е упругости. Все параметры предложенной модели имеют физически! см относительно легко определяются при различных условиях ист таш том числе, и по результатам натурных экспериментов на реально» тк станке.

3. Важным свойством предложенной модели взаимосвязи дефс?ма! натяжения является независимость коэффициента жёсткости нит! скоростных характеристик условий испытаний.

4. Предложенная модель взаимосвязи деформации и натя: является универсальной в смысле возможности определения её па^ам' для всего диапазона скоростей деформирования, возникающих в гро! ткачества, и возможности учёта в рамках одной модели всего сш реологических явлений, протекающих в нитях основы на ра( от; ткацком станке. Созданная на её основе модель работы системы ; ап; ткацкого станка типа СТБ учитывает все виды реологических прс хе<

протекающих в нитях основы, и доказывает их существенность в процессе формирования натяжения нитей основы в цикле работы станка.

5. Пренебрежение реологическими процессами в нитях основы не позволяет однозначно и независимо от режима деформирования нитей определять коэффициенты жёсткости нитей основы и системы заправки, тогда как правильный учет этих процессов стабилизирует параметр жйсткости и делает его универсальным.

6. Созданная модель работы системы заправки ткацкого станка в процессе зевообразования позволила дать строгое определение квазистатического натяжения нитей основы, как натяжения соответствующего нулю модели при совмещении и совпадении модельного и экспериментального (фактического) графиков натяжения.

7. Установлено, что причина резкого подъёма предприбойного натяжения на станках с подвижным скалом типа СТБ - это обусловленная силами сухого трения задержка скала в верхнем положении до момента прибоя.

8. Выявлена причина превышения (30-40%) натяжения нитей основы в передней части зева по сравнению с натяжением у скала, которая заключается в совместном действии двух факторов: аязкой компоненты трения и реологического процесса в нити основы.

9. Созданный программно-аппаратный исследовательский комплекс позволяет значительно ускорить и повысить точность и достоверность научно-исследовательских работ по совершенствованию оборудования и процессов тканеобразования.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Тагильцев Ю.Г. К вопросу о моделировании натяжения нитей основы при тканеобразовании. // Современные технологии текстильной промышленности (Текстиль-97): тез. докл. Междунар. науч.-техн. конференции./МГТА.-Москва, 1997.

2. Тагильцев КЗ.Г. Установка для исследования нелинейных волновых свойств нитей./ сб. статей "Сборник научных трудов молодьк учёных КГТУ"./КГТУ.- Кострома, 1997.-С. 56-58.

3. Тагильцев Ю.Г. О моделировании волновых процессов в текстильных нитях.// Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы

текстильной и лёгкой промышленности <Прогресс-98): тез. д Междунар. науч.-техн. конференции./ИГТА.-Иваново, 1998,- С. 135-136

4. Тагильцев Ю.г. Метод исследования волноеых свойств текстил нитей.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-1998, В

5. Тагильцев Ю.Г. . Экспериментальное исследование некот параметров процесса прибоя на станке СТБ.// Актуальные проб переработки льна в современных условиях (Лбн-98): тез. докл. Между науч.-техн. конференции./КГТУ.-Кострома, 1998.- С.71.

Автореферат Тагильцев Ю.Г.

Подписано в печать 16.11.98г. Заказ285.Тираж100.КГТУ.

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Соатаянж вопроса расчёта я прогнозирования натяженжя основы ткацкого станка м постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. Разработка методов я установок для к<швряйввнталышх исследований

2.1. Описание измерительной системы для экспериментов на станке СТБ.

2.2. Стенд для изучения закономерности распространения продольной деформации по текстильным нитям при импульсном деформирующем воздействии.

2.3. Стенд для изучения закона взаимосвязи деформации и натяжения в ниши при импульсном деформирующем и смешанном деформационно-силовом воздействиях близких по характеристикам к реальному импульсу деформации нитей основы в процессе прибоя

2.4. Экспериментальный стенд для изучения закономерностей распространения деформации по нити при наличии барьера трения при импульсном воздействии.

ГЛАВА 3. Эхссдодошенгально - аналитические наследования : поиск структур основных модельнму уравнений.

3.1. Выбор структуры уравнения взаимосвязи деформации и натяжения.

3.2. Выбор зависимости х.

3.3. Модельное уравнение для расчета волновых процессов.

3.4. Модель системы ^нить - галево" при условии бесконечной скорости распространения деформации.

ГЛАВА 4. Апробация моделей ж идрамеаротеекая идентификация. 89 4 л. Параметрическая идентификация по модели волновых процессов.

4.2. Определение параметров модели (3.3) с переменной т по результатам экспериментов с короткими нитями.

4.3. Определение параметров модели барьера трения

ГЛАВА 5» РлсчЛт нлтхатлхя основы я цикле работы станка СТБ при вирабоажв ткшим полотняного переплетения

5.1. Методика обработки результатов экспериментальных исследований на станке СТБ.

5.2. Модель работы системы заправки станка СТВ в процессе зевообразования,

5.3. Исследование модели "Зев-о".

5.4. Апробация модели л,ЗЕВ-0".

5.5. Моделирование натяжения нитей основы в процессе прибоя.

В современных условиях особо« значение приобретает способность текстильного производства (в частности - ткацкого) быстро реагировать на запросы рынка. Для этого необходима научно-техническая база, которая позволяла бы в кратчайшие сроки проводить необходимые исследования и разрабатывать новые требуемые технологические режимы ткачества. Создание такой базы невозможно без глубокого понимания сущности процессов тканеобразования. В свою очередь, понимание этих процессов должно базироваться на описании взаимосвязи деформации и натяжения в текстильной нити, взаимодействия нити с различного рода направляющими, взаимодействия нитей между собой и др.,

В настоящий момент отсутствует общепринятая классическая теория тканеобразования. нет также единого мнения о том, какой закон взаимосвязи деформации и натяжения в текстильных нитях следует применять в расчётах параметров процесса тканеобразования. Фундаментальное понятие коэффициента жесткости нити и системы заправки до сих пор не получило однозначного определения, так как оно зависит всякий раз от принимаемой модели взаимосвязи деформации и натяжения (ВДК).

Настоящая работа посвящена выбору и обоснованию закона ВДН и разработке автоматизированной методики определения основных характеристик и параметров работы системы заправки ткацкого станка.

АКТУАП ЬНОСТ Ь. Внедрение в производство новых технологий, систем АСУТП и АРМ технолога, а также, дальнейшее совершенствование отечественного ткацкого оборудования невозможно без применения моделей процесса ткачества, основу которых составляют уравнения взаимосвязи деформации и натяжения в нитях и ткани» Эффективная и малозатратная модернизация как технологического процесса ткачества, так и самих ткацких станков невозможна без глубокого понимания сущности деформационных процессов, происходящих в системе заправки ткацкого станка.

Настоящая работа направлена на создание универсальной теории процесса формирования ткани и решает одну из множества связанных с этим процессом задач.

ЦЕЛЬ^ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью диссертационной работы является развитие теоретической базы, необходимой для совершенствования технологического процесса тканеобразования, на основе математического моделирования взаимосвязи деформаций, натяжения и конструктивных параметров ткацкого станка,

В соответствии с общей целью в работе решены следующие задачи:

1. Разработка универсального программно^аппаратного исследовательского комплекса.

2. Выбор уравнения взаимосвязи деформации и натяжения в текстильных нитях и разработка методов определения его параметров.

3, Исследование деформационных характеристик текстильных нитей .

4, Создание математической и вычислительной модели работы системы заправки ткацкого станка в процессе эевообразования, базирующейся на установленном законе взаимосвязи деформации и натяжения нитей основы и информации о конструктивных параметрах станка.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Решение поставленных задач осуществлялось с применением экспериментальных и аналитических методов. При теоретических исследованиях использовались методы математического анализа, теории автоматических систем, теоретической механики. В экспериментальных исследованиях применялись методы тензометрии и бесконтактного оптического измерения перемещений, положенные в основу создания универсального программно-аппаратного исследовательского комплекса. Вся экспериментальная информация хранилась и обрабатывалась в ЭВМ,

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В диссертационной работе впервые:

- предложено нелинейное уравнение взаимосвязи деформации и натяжения для текстильных нитей, отличающееся от известных введением нелинейности по параметру времени, и способное за счёт этого с достаточной точностью описывать все реологические процессы, протекающие в нитях, в широком диапазоне скоростей и режимов деформирования; разработаны экспериментально аналитические методы определения его параметров;

- дано строгое определение квазистатического натяжения нитей основы и разработан метод его экспериментально^аналитического определения;

- на основе предложенного уравнения взаимосвязи деформации и натяжения разработан метод расчёта отклонения натяжения нитей основы от квазистатического натяжения в процессе зевообразования и установлены причины и величина повышения в процессе прибоя натяжения нитей основы в передней части зева по сравнению с натяжением в зоне ламели-скало;

- доказана независимость коэффициента жесткости нити (в рамках предложенного уравнения взаимосвязи деформации и натяжения) от скоростных характеристик нагружения (деформирования) образца нити, что позволяет применять это уравнение для описания широкого диапазона режимов работы нитей без изменения значения коэффициента жёсткости.

П Р АКТ ИЧ ЕС КАЯ ЗНАЧ ИМОСТ Ь РАБОТ Ы. Диссертационная работа выполнялась в рамках научного направления вуза "Создание новых ресурсосберегающих, экологически чистых технологий производства текстильных изделий с применением методов автоматизированного проектирования" и в соответствии с темой № 23-БФ-97 "Разработка методов, технических и программных средств для экспресс-оценивания технологической и экономической эффективности производства льняной ткани"

Предложенная система математических моделей взаимосвязи деформации и натяжения нитей, движений берда, ремиз и скала позволила повысить достоверность расчётных тензограмм, вскрыть причины резкого повышения предприбойного натяжения основы на станках СТБ с подвижным скалом и натяжения в передней части зева по сравнению с натяжением в задней части при прибое. Это позволяет моделировать и производить оценку напряжённости процесса формирования ткани при различных вариантах настройки станка.

Разработанный универсальный прграммно-аппаратный исследовательский комплекс значительно сокращает затраты времени на проведение научно-исследовательских работ, что особенно важно в современных условиях, требующих быстрой реакции науки на запросы производства.

Разработанные модели при дальнейшем совершенствовании могут войти в общую исследовательскую программу создания АРМ технолога и АСУТП ткачества.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку:

- на заседаниях кафедры ткачества КГТУ (1996-1998 г.г.); на семинаре "Технология текстильных материалов" КГТУ,

1998г.?

- на Международной научно-технической конференции "Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности" (Прогресс-98), Иваново, 1998 г.;

- на Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях" (Лён-98), Кострома, 1998 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано две статьи.

ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников (35 наименований) и 3 приложений- Диссертация изложена на 200 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок и 8 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Состояние текстильного материала на ткацком станке для всего диапазона скоростей деформирования нитей необходимо рассматривать в рамках математических моделей, включающих в себя в качестве одного из параметров время.

2. Нелинейная по параметру времени механико-математическая модель взаимосвязи деформации и натяжения при равенстве числа параметров может давать не менее точные описания деформационных процессов в текстильных нитях, чем уравнения теории наследственной вязко-упругости. Все параметры предложенной модели имеют физический смысл и относительно легко определяются при различных условиях испытаний, в том числе, и по результатам натурных экспериментов на реальном ткацком станке.

3. Важным свойством предложенной модели взаимосвязи деформации и натяжения является независимость коэффициента жёсткости нити от скоростных характеристик условий испытаний.

4. Предложенная модель взаимосвязи деформации и натяжения является универсальной в смысле возможности определения ев параметров для всего диапазона скоростей деформирования, возникающих в процессе ткачества, и возможности учёта в рамках одной модели всего спектра реологических явлений, протекающих в нитях основы на работающем ткацком станке. Созданная на её основе модель работы системы заправки ткацкого станка типа СТБ учитывает все виды реологических процессов, протекающих в нитях основы, и доказывает их существенность в процессе формирования натяжения нитей основы в цикле работы станка.

5. Пренебрежение реологическими процессами в нитях основы не позволяет однозначно и независимо от режима деформирования нитей определять коэффициенты жёсткости нитей основы и системы заправки, тогда как правильный учёт этих процессов стабилизирует параметр жёсткости и делает его универсальным.

6. Созданная модель работы системы заправки ткацкого станка в процессе зевообразования позволила дать строгое определение квазистатического натяжения нитей основы, как натяжения соответствующего нулю модели при совмещении и совпадении модельного и экспериментального (фактического) графиков натяжения.

7. Установлено, что причина резкого подъёма предприбойного натяжения на станках с подвижным скалом типа СТБ - это обусловленная силами сухого трения задержка скала в верхнем положении до момента прибоя.

8. Выявлена причина превышения (30-40%) натяжения нитей основы в передней части зева по сравнению с натяжением у скала, которая заключается в совместном действии двух факторов: вязкой компоненты трения и реологического процесса в нити основы.

9. Созданный программно-аппаратный исследовательский комплекс позволяет значительно ускорить и повысить точность и достоверность научно-исследовательских работ по совершенствованию оборудования и процессов тканеобразования.

1. Васильченко В.Н. Исследование процесса прибоя утка.-М.:Гизлегпром,1959.

2. Васильченко В*Н. Прибой уточной нити.-М.: Легпромбытиздат, 1993, 191 с.

3. Глотова Т.М, Моделирование работы основного регулятора и оптимизация его настройки. : Дис. .канд. техн. наук.-Кострома,КТИ,1983.

4. Гордеев В. А- Динамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков.-М.:Лёгкая индустрия.-1965.

5. Гордеев В.А.,Волков П.В, Ткачество.-М.Лёгкая и пишевая промышленность ,1984.

6. Ефремов Е.д. Деформация упругой системы заправки на ткацком станке: Учебное пособие,-Иваново: ИХТИ, 1979,-73с.

7. Ефремов Д.Е.,Ефремов Е.Д. Деформация и натяжение основной нити вследствие зевообразования и прибоя//Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1988,N4,-С.41-44. б. Ефремов Е.Д., Ефремов Д.е., Пашкова Г.Ф., Шутова С*А. Взаимодействие основной нити с галевом ремизки. // Изв.вузов Технология текстильной промышленности 1987. »5.

У7

9. Кудряшова Н.И., Кудряшов б. А. Высокоскоростное растяжение текстильных материалов.-М.: Лёгкая индустрия, 1974.

10. Кукин г.н.,Соловьёв А.Н.,Текстильное материаловедение.-М. : Легпромбытиздат, 198Э,

11. Лапшин В. Б. Датчик для измерения натяжения одиночной нити.//Текстильная промышленность.-1995. №12.

12* лустгартен Н.В* Разработка методов оптимизации и стабилизации технологического режима процесса образования ткани: Дис.докт. техн. наук.

Кострома,1983.

13. Лустгартен Н.Б., Пыханова Т.в., Садовская О.Б. Изменение натяжения основы по глубине заправки ткацкого станка.//Изв. вузов,Технология текстильной промышленности.^1993.-»4.С.35-38„

14.Мигушов И.И. Механика текстильной нити и ткани.-М.:Лёгкая индустрия,1980.

15. Молчанов М.Н. Машинные методы решения прикладных задач. Дифференциальные уравнения/ Киев¡Наук.думка, 1988.-344с.

16. мортон В.М., Хёрл Д.В.С. Механические свойства текстильных волокон.-М.:Лёгкая индустрия,1971.

17. Налётов В.В. Определение скорости распространения упругой деформации в текстильных нитях. - " Технология текстильной промышленности 1976, N 4, с. 19-22,

18. Налётов Б.В. Исследования и методы проектирования механизмов дополнительного перемещения основы на ткацких станках: Дис.- канд.техн.наук.-Кострома:KTИ, 1975.

19. Николаев С.Д. Использование наследственной теории вязкоупругости при исследований натяжения основных нитей по глубине заправки ткацкого станка./Сб. науч. трудов "Разработка и совершенствование технологии и оборудования ткацкого производства". - Иваново, 1988. С.44-50.

20. Проталинский С.Е., Букина C.B., Сторц Т.П», Кулемкин Ю. В. Моделирование силового воздействия ткани на шпарутку.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1996,N6.-С,51-53.

21. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы: Учеб, пособие для вузов.-М.: Наука. , 1989.-432с.

22. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности.-М:Лёгкая индустрия, 1980. С.392.

23. Севостьянов А.Г., Севостьянов п.А. Моделирование технологических процессов (в текстильной промышленности).-М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984. С.304.

24.Сталевич A.M. Исследование упругорелаксационных свойств синтетических волокон технического назначения.:Дис. .Докт, техн. наук. -л.:1973. 25- Фурычева М.С. Разработка метода прогнозирования ряда технологических параметров процесса формирования ткани на основе теории нелинейной наследственной вязкоупругости. Дис. .канд. техн. наук. -КГТУ, 1997-26. Шосланд Я. О методах испытания длинномерных текстильных изделий на растяжение при кратковременной импульсной нагрузке.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1996, N 3, с. 105-106. 27- Ямщиков C.B. Развитие теории формирования ткани и методов прогнозирования технологических параметров процесса ткачества: Дис.докт.техн.наук,

Кострома,1997.

28. ямщиков с.в. Исследование вибрационного прибоя утка и методы проектирования тканеформирующих механизмов вибрационного типа: Дис.канд.техн,наук.

Кострома:КТИ,1978. 2Э. Ямщиков C.B. Взаимосвязь напряжений и деформаций в нитях и ткани для деформации растяжения- //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-1995.-№ 3. С. 35-39, » 4. С.36-41„ 30. Ямщиков C.B. Деформация нитей основы на ткацком станке с подпружиненной скальной системой.//Изв. вузов.

Технология текстильной промышленности.-1995.-N» 5. С.32

35.

31. Ямщиков C.B. Смещение опушки ткани в глубину зева на ткацком станке, работающем в стационарном режиме. //Изв.вузов. технология текстильной промышленности.-1996,N1.-С.31-34.

32-Ямщиков C.B., Власов П.В. Взаимосвязь напряжений и деформаций в текстильных нитях при кратковременных нагружениях./ЦНИИТЭИлегпром "Хлопчатобумажная промышленность"', обзорн. инф., 1990, № 11, 71с.

33. Ямщиков C.B., Плаксин Анализ релаксационных процессов упругой системы заправки ткацкого станка.// изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1992,N1.-С.42-45.

34. Ямщиков C.B. Крутикова В.Р. К вопросу деформации ткани при зевообраэовании.//Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1991,N5.-С.47-50.

35. Ямщиков C.B. Крутикова В.Р. Определение числа сдвигаемых уточин в зоне формирования ткани.//Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1994,Кб.-С.37-40.