автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Определение рационального строения, технологических параметров выработки высокоплотных тканей на бесчелночных ткацких станках

На правах рукописи

УДК 677.024.324.26 (043.3)

1ДЬЩИЖНА СВЕТЛАНА АЛЕКСАНДРОВНА

Юие

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СТРОЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫРАБОТКИ ВЫСОКОПЛОТНЫХ ТКАНЕЙ НА БЕСЧЕЛНОЧНЫХ ТКАЦКИХ СТАНКАХ

Специальность 05.19.03 "Технология текстильных материалов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1996

- г -

Работа выполнена в Московской государственной текстильной академии им.А.М.Косыгина на кафедре ткачества.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Юхин С.С.

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор, зав. кафедрщМТТМ

Щербаков В.П.,

зав. лабораторией технических тканей АО "Научно-исследовательский институт шелковой промышленности к.т.н. Левакова Н.М.

Ведущая организация - АООТ "ОРЕТЕКС" ткацко-швейное отделение

Защита состоится " / ^ " ¡¿-¿'¿¿-^/ъЛ 1995 г. в /^ часов на заседании диссергацноннег-е - совета К 053.25.02 в Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина по адресу: 117918,Москва, М.Калужская,1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссе^.&циаыного , совета

гС^ __Рсьмин Н. А.

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям параметров строения высокоплотных хлопчатобумажных тканей, выработанных на отечественном бесчелночном оборудовании, с целью проектирования и получения тканей рационального строения, расширения ассортиментных возможностей отечественного технологического оборудования и определения оптимальных технологических параметров выработки высокоплотных тканей.

Исследованы условия и параметры изготовления высокоплотных тканей на пневморапирных ткацких станках АТПР-100-4.

В работе проведен сравнительный анализ существующих методов расчета параметров строения тканей с учетом особенностей строения высокоплотных тканей саржевого переплетения.

Рассмотрены следующие методы определения параметров строения высокоплотных тканей:

- теоретико-экспериментальный метод расчета с учетом параметров заправки ткани на станке;

- метод расчета с использованием нелинейной теории изгиба нитей с учетом силового коэффициента подобия;

- метод расчета на основе нелинейной теории изгиба нитей с учетом силы нормального давления.

Разработаны программы расчета на языках Турбо-Бейсик и Турбо- СИ, с помощью которых определены параметры строения высокоплотных тканей. Теоретические расчеты сравнены с экспериментальными.

В работе исследовано влияние линейной плотности утка и плотности ткани по утку на свойства, строение и условия изготовления высокоплотных тканей. В результате экспериментального исследования установлены математические зависимости параметров строения, свойств и условий изготовления высокоплотных тканей от линейной плотности утка и плотности ткани по утку для выбора ткани рационального строения. Определены характеристики ткани рационального строения.

В работе исследовано влияние заправочных параметров ткацкого станка АТПР-100-4 на свойства, строение и условия изготовления высокоплотных тканей. В результате экспериментального исследования установлены математические зависимости параметров, свойств и

условий изготовления высокоплотных тканей от параметров заправки станка и разработаны оптимальные технологические параметры ее изготовления на станке АТПР-100-4.

Экономический эффект от внедрения результатов работы на АО "Куровской текстиль" составил 30 951,8 тыс. рублей на объем выпуска 2 млн. метров ткани.

Автор защищает:

- программы расчета параметров строения высокоплотных тканей с использованием различных методик;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров строения высокоплотных тканей и проведенный сравнительный анализ этих результатов;

- образец высокоплотной ткани рационального строения;

- результаты экспериментальных исследований влияния линейной плотности утка и плотности ткани по утку на свойства, строение и условия изготовления высокоплотных тканей для выбора ткани рационального строения.

- экспериментальные данные исследований условий изготовления, параметров строения и свойств высокоплотных тканей и математические зависимости их взаимосвязи с параметрами заправки ткацкого станка;

- оптимальные технологические параметры изготовления высокоплотных тканей на бесчелночных ткацких станках АТПР.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью разработки рекомендаций к технологии изготовления конку-рентноспособных высокоплотных тканей, пользующихся повышенным спросом населения как на внутреннем, так и на внешнем рынке, на отечественном технологическом оборудовании. В настоящий период возможности отечественного технологического оборудования при выработке высокоплотных тканей ограничены, вследствие отсутствия научного подхода к проектированию данных тканей и отсутствия рекомендаций по выработке данных тканей на отечественном технологическом оборудовании. В целях снижения повреждаемости нитей и повышения производительности отечественного технологического оборудования возникает проблема разработки оптимальных технологических

параметров получения высокоплотных тканей и определения характеристик их рационального строения.

Цель данной диссертационной работы - провести сравнительный анализ существующих методик расчета, решающих задачи проектирования тканей, и на этой основе внести коррективы в эти методы с целью достижения оптимальных результатов при проектировании высокоплотных тканей. Также в работе решалась задача исследования с целью оптимизации технологического процесса ткачества высокоплотных тканей.

ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Для решения поставленных в работе задач проведены теоретические и экспериментальные исследования технологических параметров изготовления высокоплотных тканей. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях а/о "Куровской текстиль", а также в лаборатории ткацкого производства кафедры ткачества МГТА.

Научная новизна. При проведении теоретических и экспериментальных исследований автором впервые:

- получены геометрические модели строения высокоплотных тканей и установлена взаимосвязь между заправочными параметрами, натяжением нитей и параметрами строения тканей на основе нелинейной теории изгиба;

- доказана возможность изготовления высокоплотных тканей на отечественном технологическом оборудовании на основе критерия, длительной прочности Вейли;

- разработана формула для расчета уработки нитей на основе геометрической модели высокоплотной ткани саржевого переплетения;

- определены рациональные параметры строения зысокоплотных хлопчатобумажных тканей;

- разработан метод определения жесткости нитей на изгиб с учетом релаксационных процессов на основе использования оптического прибора и скоростной фотосъемки;

- изучено влияние заправочных параметров ткацкого станка АТПР-100-4 на условия изготовления, параметры строения и физико-механические свойства высокоплотных тканей.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- разработаны программы расчета параметров высокоплотных тканей саржевых переплетений на ПЭВМ;

- спроектированы и изготовлены новые высокоплотные ткани рационального строения из хлопчатобумажной пряжи;

- определены зависимости между параметрами заправки бесчелночного ткацкого станка АТПР-100-4 и условиями изготовления, параметрами строения и свойствами высокоплотных тканей;

- определены оптимальные параметры изготовления тканей из хлопчатобумажной пряжи на станке АТПР;

- результаты работы внедрены в производственные условия АО "Ку-ровской текстиль" с экономическим эффектом 30 951,8 тыс. рублей на объем выпуска 2 млн. метров ткани.

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены на научной конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников МГТА /Москва, февраль 1996 г./.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и обьем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, включающего 46 наименований, приложений, представленных на 47 страницах. Работа изложена на 152 страницах, включая таблицы, и содержит 33 рисунка, общий объем диссертации 199 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показана актуальность теш диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, дана ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе дан анализ теоретических и экспериментальных работ отечественных и зарубежных авторов, посвященных вопросам проектирования тканей; оптимизации технологического процесса ткачества.

Из анализа работ установлено, что в настоящее время существует два основных направления в методах проектирования тканей в зависимости от технологических параметров на основе линейной и нелинейной теориях изгиба нитей основы и утка в ткани. Линейная

теория изгиба нити является приближенной и не учитывает сложную конфигурацию нити в ткани. Нелинейная теория изгиба описывает более точно кривую изгиба нити в ткани.

Поэтому, в заключении главы ставится задача: используя положительный опыт предыдущих исследований провести сравнительный анализ методов прогнозирования параметров строения тканей с использованием нелинейной теории изгиба; исследовать условия изготовления, параметры строения и свойства высокоплотных тканей и дать рекомендации по выработке данных тканей на бесчелночных ткацких станках АТПР; провести оптимизацию технологического процесса т!сачества высокоплотных тканей с учетом различных методов.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям. В данной главе диссертационной работы рассмотрены 3 основных направления, которые с нашей точки зрения более полно отражают особенности строения высокоплотных тканей. Прсведен сравнительный анализ этих методов проектирования тканей. Нелинейная теория наиболее полно отражает конфигурацию нитей в ткани, поэтому в работе рассматривались только методы, учитывающие нелинейный изгиб нитей.

Первый метод, рассмотренный в работе разработан с использованием геометрической модели строения и учитывает заправочные параметры ткацкого станка. Этот метод позволяет определить точную длину нити в раппорте переплетения как сумму длины нити в основном и уточном перекрытиях, за счет чего учитывается нелинейная конфигурация нити. Формулы для расчета параметров строения тканей - высот волн изгиба и уработок нитей основы и утка - выведены с использованием геометрической модели ткани переплетения саржа 2\2, в данной работе эта методика применена с учетом геометрической модели высокоплотной ткани из хлопчатобумажной пряжи переплетения саржа 1\3. Основными формулами для расчета являются: 100-1?у/Ру

ао=

1-

ау=

1—

1уг • (Ку-Ьо) +/[100 ■ 1?у/Ру- 1уг • (IV з 2+ (Ьо • 1о)2 100 • 1?о/Ро

1оГ• (¡^у)^100-Ро/Ро-1оГ-(КоЧу)]2+(11у.1у)2

100

(1.1)

100

(1.2)

1 /г 100-Ио т2 г ЮО-Ис ^

ЬУ= - У--1оГ'(Но^у) ---1оГ(Ко^у) (1.3)

Ьо= do+dy-hy (1.4)

где ао, ау - уработка нитей основы и утка;

Ьо, Ьу - высоты волн изгиба нитей основы и утка;

1?о, йу - раппорты переплетения по основе и утку;

Ро, Ру - плотности ткани по основе и утку;

Ъ-о. - характеристики переплетения;

с10, ау - диаметры нитей основы и утка;

ДоГ»1уГ- длина нити в основном и уточном перекрытиях;

Ыб, 1ф - параметры заправки ткани на станке.

Второй и третий методы основаны на точном решении дифференциального уравнения изгиба нити с использованием силового анализа. В обоих методах рассматриваются следующие силы:

- силы натяжения нитей основы и утка при прибое,

- и силы нормального давления, действующие в ткани.

Во втором методе учитывается изменение конфигурации нити в ткани через четыре одинаковых участка продольно-поперечного изгиба нити.

Во втором методе дифференциальное уравнение изгиба нити решается с использованием безразмерных коэффициентов подобия, рассчитанных Поповым Е.П. и примененных проф. Николаевым С.Д. Задача подбора параметров решается через равенство силового коэффициента подобия и разницы между полным и неполным эллиптическими интегралами 1-го рода.

В третьем методе подбор параметров производился черев значения силы нормального давления, рассчитанной двумя методами.

Расчетные формулы для 2 и 3 метода выведены для полотняного переплетения. Их возможно использовать и для главных переплетений, поскольку отклонение расчетных и экспериментальных значений для высокоплотных тканей незначительно.

В использованные методики внесены некоторые изменения, которые позволяют более точно определять параметры строения в/п тканей с учетом исследуемого переплетения - саржа 1/3 -• и учетом' вязкоупругой природы нитей.

Выведена формула для расчета уработки на основе геометричес-

кой модели строения ткани, которая использована во втором методе. В третий метод добавлена стандартная формула для расчета уработ-ки, поскольку этот метод позволяет определить длину нити в раппорте переплетения и длину раппорта. Формула для расчета силы нормального давления нитей преобразована с учетом нелинейного изгиба нитей.

Авторами методов расчета параметров строения тканей на основе нелинейной теории изгиба нити использовались расчетные значения жесткости нитей на изгиб. В данной работе для определения из-гибной жесткости нитей использовалась принятая методика, которая учитывает изменение изгибной жесткости во времени. Применялось значение изгибной жесткости при интервале времени равном времени формирования элемента ткани в процессе прибоя.

Основными формулами для расчета параметров строения высокоплотных тканей с использованием нелинейной теории изгиба и учетом силового коэффициента подобия являются:

г2 2 л

11=1 — к-соэф-соэт—{Е(к)-Е(к,|?)- 1Ьз1пч (1.5)

1-в в J

ао=

1 -

0

400/Ру

2 Ито2+(200/РуКНу )2

■100

(1.6)

ау=

1 -

400/Ро

2 |/Ьу^+ (200/Ро • Кно )2

•100

(1.7)

где И - высота волны изгиба нитей основы, утка;

1 - длина нити основы в ткани за рассматриваемый раппорт переплетения.

Е=Е(к)-Е(к,ф) - разница между полным и неполным эллиптическими интегралами 2-го рода, к и <р - параметр и угол эллиптического интеграла,

се - угол между силами натяжения и нормального давления.

Основными формулами для расчета параметров строения высокоплотных тканей с использованием нелинейной теории изгиба и учетом силы нормального давления являются:

1=(Z/R1N2)-F

lo=(2/R142) • (sintx[F-2E]-2k'CosdCOsq>)

h =(2/R1X2) ■ (cosatF-2E]-2k-slnacosii) a=(l-lo/l)-100

■ P=h-C12-G/lo3+A(l/lo-l/l)]

где R - равнодействующая сил натяжения T и нормального давления Р.

По рассмотренным методикам составлены программы расчета на ПЭВМ. При использовании программ были спроектированны ткани с различными Ру и Ту. Сравнительный анализ расчетных данных показывает, что имеется совпадение данных, небольшое отклонение в полученных различными методами значения параметров строения высокоплотных тканей появляются за счет особенностей используемых методик.

В третьей главе приведены математические методы и средства исследований. Для нахождения математической зависимости между параметрами заправки станка - заправочным натяжением, величинами угла заступа и выноса зева - и условиями изготовления, параметрами строения и свойствами высокоплотных тканей, а также для определения оптимальных технологических параметров ткачества высокоплотных тканей на станке АТПР испольвовался сокращенный факторный эксперимент по матрицу Бокса (В-3).

Условия изготовления ткани на станке оценивались величиной натяжения нитей основы и утка в процессе ткачества, которое измерялось методом электротензометрии.

Параметры строения ткани исследовались по фотографиям микросрезов ткани вдоль основы и утка. Также уработка нитей основы и утка определялась методом распрямления. Показатели физико-механических свойств нитей и ткани определялись по существующим стандартным методикам.

Запись осцилограмм разрыва нитей основы и утка проводилась на приборе испытания прочности FP-10/1 "Fritz Hechert".

В четвертой главе в данной главе диссертационной работы представлены экспериментальные исследования влияния факторов -линейной плотности нитей утка и плотности ткани по утку - на ус-

ловия изготовления, свойства и строение ткани для определения рациональных параметров строения ткани и сравнения результатов теоретических и экспериментальных исследований параметров строения тканей. Исследовались образцы тканей с различными изменениями входных факторов:

- Ру = 170; 190; 210 Н/ДМ;

- Ту = 25,0; 36,0; 50,0; 71,4 текс.

Остальные характеристики ткани оставались неизменными: линейная плотность основы Т0=36 текс, плотность по основе Р0=336 н/дм, переплетение ткани саржа 1/3.

Установлены математические зависимости между входными и выходными факторами, которые носят линейный характер. Даны рекомендации по выбору ткани рационального строения с различным изменением факторов в исследуемой области.

В заключении главы проведен сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных параметров строения высокоплотных тканей. Дан анализ экспериментальных данных. Сделаны выводы о достоинствах и недостатках используемых методов, о сопоставимости полученных результатов. Установлено, что использование нелинейной теории изгиба дает результаты, близкие к реальным.

Образец ткани рационального строения имеет следующие характеристики: линейная плотность основы 36 текс, утка 50 текс, плотность по основе 336 н/дм, по утку 170 н/дм, поверхностная плотность 223 г/м2, переплетение ткани саржа 1/3.

В пятой главе представлены экспериментальные исследования по определению влияния заправочных параметров ткацкого станка АТПР-100-4 на условия изготовления, параметры строения и свойства высокоплотной ткани рационального строения.

В результате экспериментального исследования установлены математические зависимости свойств и условий изготовления высокоплотных тканей от параметров заправки ткацкого станка АТПР-100-4: заправочного натяжения основы Xi, угла заступа Xz, выноса зева

х3.

Оптимальные технологические параметры ткачества должны обеспечить лучшее сочетание показателей свойств и условий изготовления высокоплотных тканей. Поэтому в качестве критериев оптимизации был принят комплекс показателей:

- повреждаемость нитей основы Р —»• min;

- поверхностная плотность, г/м2 217,3 < Мм2 < 219,4;

- уработка по основе, % 9,8 < ао < 10,2;

- уработка по утку , % 2,0 < ау < 2,3.

При этих значениях критериев оптимизации ткань имеет рациональное строение и процесс ткачества менее напряжен.

Уравнения регрессии критериев оптимизации имеют следующий

вид:

Уи=0,11-0,011X1-0,002X2+0,001X3-0, ОИХ1Х2+О, ОО5Х1Х3+0,04X2X3-

+0,010Х1г+0,002Х22+0,005Хз2 Ут=9,98-0,158X1+0,09Х2+0,О18Х3-О,О81Х1Х2-О,235Х1Х3-О,01Х2Х3--0,213Х12+0,153Х22+0,698Хз2;

УК2=2,21-0,012X1-0,013Х2-0,04Хз-0,004X1X2-0,О1Х1Х3+О,002X2X3--0,051X12-0,106Х22-0,075Хэ2;

^Я3=218,12-0,293X1+0,18Х2-0,31Хз-0,29Х1Х2-0,84Х1Хз+0,354Х2Хз+ +1,925Х12+0,255Х22-5,92Хз2,

где Yfi - повреждаемость нитей основы; У{?1~ уработка нитей основы; Уяг- уработка нитей утка; Урз" поверхностная плотность ткани. В настоящей работе с целью устранение ошибки проведено сравнение методов оптимизации. Рассматривались:

- математические методы 1 - решения системы уравнений с учетом ограничений входных и выходных факторов и 2 - метод Вознесенского;

- графические методы наложения 3-х мерных поверхностей и 2-х мерных сечений поверхностей критериев оптимизации с исключением незначимого входного фактора.

Данные исследования позволяют сделать вывод о том, что при решение компромиссной задачи оптимизации различными методами получаются приблизительно одинаковые результаты.

В результате решения компромиссной задачи с учетом одновременно 4 критериев оптимизации графическими и математическими методами установлены оптимальные параметры ткачества при - выработке

высокошютных тканей на ткацком станке АТПР-100-4:

- заправочное натяжение Р3 = 31,4 сн/нить;

- угол заступа « = 29-30°;

- величина выноса зева 1г = 350 мм.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Анализ литературных источников по теме диссертационной работы показал, что существует необходимость в разработке подходов к прогнозированию параметров строения высокоплотных тканей; исследовать условия изготовления, параметры строения и свойства высокоплотных тканей; определить характеристики ткани рационального строения; провести различными методами оптимизацию технологического процесса ткачества высокоплотных тканей при выработке их на ткацких станках АТПР.

2. Разработанные геометрические модели строения хлопчатобумажной высокоплотной ткани позволяют при помощи трех геометрических методов рассчитать параметры строения этой ткани в зависимости от технологических параметров ткачества.

3. Применение методик прогнозирования параметров строения к высокоплотным тканям позволило доказать возможность, изготовления тканей на современном отечественном оборудовании.

4. Разработаны программы расчета параметров строения высокоплотных хлопчатобумажных тканей и проведен их расчет.

5. Установлено влияние факторов - линейной плотности нити утка и плотности ткани по утку - на параметры изготовления, свойства и строение высокоплотных хлопчатобумажных тканей, . с помощью которого определяются характеристики ткани рационального строения.

6. Проведено сравнение данных экспериментальных и теоретических исследований параметров строения высокоплотных тканей. Установлено, что с помощью исследуемых методов возможно предсказывать параметры строения высокоплотных тканей главных переплетений, предвидеть необходимый расход сырья и спроектировать ткань рационального строения.

7. В результате экспериментального исследования свойств, строения и условий изготовления высокошютных тканей на станке

АГОР-100-4 установлены математические зависимости условий изготовления, параметров строения и свойств высокоплотных тканей от параметров заправки ткацкого станка.

8. Разработаны оптимальные технологические параметры изготовления высокоплотных тканей на ткацком станке АТПР-100-4, позволившие снизить повреждаемость нитей основы в процессе ткачества:

- заправочное натяжение F3 = 31,4 сН/нить;

- угол заступа а = 29-30°;

- величина выноса зева 12 = 350 мм.

9. В результате внедрения оптимальных технологических параметров заправки ткацкого станка АТПР-100-4 при выработке высокоплотных тканей на АО "Куровской текстиль" получен экономический эффект 30 млн. 952 тыс. рублей на объем выпуска 2 млн. метров ткани.

Рекомендации по работе.

1. При расчетах параметров строения высокоплотных тканей целесообразно использовать нелинейную теорию изгиба нити в ткани с учетом изменений и добавлений, предложенных в работе.

2. С целью проектирования рационального строения новых образцов тканей рекомендуется использовать разработанные программы расчета параметров строения тканей.

3. При изготовлении высокоплотных тканей на пневморапирном ткацком станке рекомендуется устанавливать следующие технологические параметры:

- заправочное натяжение F3 = 31,4 сН/нить •,

- угол заступа л = 29-30°;

- величина выноса зева lz = 350 мм.

Основное содержание работы отражено в публикациях:

1. Юхин С.С., Цыцилина С.А.

Оптимизация технологического процесса ткачества высокоплотных тканей. - Деп. в ЦНИИТЭИлегпром. - 24.11.95 N 3634-лп;

2. Юхин С.С., Цыцилина С.А.

Исследования влияния факторов на параметры изготовления, свойства и строение высокоплотных тканей. - Деп. в ЦНИИТЭИлегпром. - 24.11.95 N 3634-лп;

3. Юхин С.С., Цыцилина С.А. Сравнительный анализ методов ней. - "Известия Вузов", № 5

4. Юхин С.С., Цыцилина С.А. Определение влияния факторов ния и свойства высокоплотных конф., М.: МГТА, 5-6 февраля

расчета параметров строения тка-, 1996 г.

на параметры строения, изготовле-тканей. - Всерос. науч.-техн. 1996 года./тез. докл./.

. ЛР Л 020753 от 04.03.93

Подписано в печать 07.10.96 Сдано в производство 09.10.96 Формат бум. 60x84/16 Бумага мной. Усл.печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 0,75 Заказ 229 Тираж 80

Электронный набор ЮТА, 117918, Малая Калужская, I