автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Проектирование и моделирование изделий сферической формы из основовязаного полотна

На правахфукописи

ж

БЕКЕР АНДРЕЙ ИВАНОВИЧ

Проектирование и моделирование изделий сферической формы из основовязаного полотна

Специальность: 05.19.02 Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

2 8 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013 005540291

005540291

рукописи

БЕКЕР АНДРЕИ ИВАНОВИЧ

Проектирование и моделирование изделий сферической формы из основовязаного полотна

Специальность: 05.19.02 Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013

Работа выполнена на кафедре технологии трикотажного производства в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Заваруев Владимир Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Щербаков Виктор Петрович

заведующий кафедрой механической

технологии волокнистых материалов

ФГБОУВПО «Московский

государственный университет дизайна и

технологии»

кандидат технических наук, Николаев Владимир Дмитриевич

исполняющий обязанности заведующего

лабораторией «ЦНИИМАШ»

(Центральный научно-исследовательский

институт машиностроения)

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского.

Защита состоится <с2б» 2013 г. в )О часов на заседании

диссертационного совета Д212.144.06 при «Московском государственном университете дизайна и технологии» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1-.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Автореферат разослан « 2<Р » Ра?мТрЛ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Шустов Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы заключается в разработке методов проектирования и моделирования отражающей поверхности (ОП) сферической антенны из металлического основовязаного сетеполотна для передачи радиосигналов наземным приемным объектам космических систем связи.

Внедрение данной технологической разработки с применением энергосберегающих и информационных технологий позволит улучшить радиосвязь, повысить надежность при эксплуатации и осуществить выпуск мелкосерийного производства.

Автор защищает

1. Метод проектирования ОП антенн сферической формы из металлических сетеполотен.

2. Экспериментальные результаты физико-механических и электрофизических свойств металлических сетеполотен двухгребеночных филейных переплетений.

3. Метод определения деформационных параметров при двухосном растяжении образцов металлических сетеполотен основовязаного переплетения.

4. Результаты системы автоматизированного проектирования лекал и раскладок элементов сферической ОП антенны.

5. Технологический регламент изготовления ОП сферической антенны из металлотрикотажного сетеполотна.

Цель работы и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является разработка технологии изготовления изделий сферической формы технического назначения из металлических сетеполотен.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- анализ современного состояния и развития применения трикотажных металлических сетеполотен;

- анализ патентов и научных трудов по технологии металлических сетеполотен, создание отражающих поверхностей сложноконструктивных форм космических антенн;

экспериментальное исследование деформационных, электрофизических и физико-механических свойств основязаного металлического сетеполотна при двухмерном растяжении;

- создание отражающей сферической поверхности из элементов криволинейной конфигурации при двухосном растяжении сетеполотна;

- проектирование технологии изготовления сферической формы отражающей поверхности на основе формовочных свойств основовязаного металлического сетеполотна;

- разработка швейного соединения элементов сферы с минимальными изменениями структуры и свойств полотна в швах;

- разработка технологического режима изготовления отражающей сферической поверхности с заданным электрическим сопротивлением в промышленных условиях;

- апробация разработанной технологии производства отражающей поверхности сферической антенны;

Методы исследования

Для решения задач были использованы анализы научно-технической и патентной литературы, стандартные и новые методики исследования физико-механических свойств известные из учебной и технической литературы.

При экспериментальных исследованиях структур сетеполотен в условиях двухосного растяжения, измерения электрического сопротивления и получения микрофотографии использовалась программа «Диаморф».

Для расчета конфигурации и площади криволинейных элементов сферической отражающей поверхности предлагается разработанная программа на основе математических пакетов МаЙгЬаЬ.

Для разработки лекал и раскладок криволинейных элементов ОП с учетом двухосных деформаций растяжения использовался программный комплекс системы автоматизированного проектирования лекал и раскладок.

Теоретические исследования основывались на трудах отечественных и зарубежных ученых по технологии и обработке текстильных материалов в трикотажном производстве.

Экспериментальные исследования проводились в технологических лабораториях на кафедре технологии трикотажного производства в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии» с использованием существующих методик и нормативно-технической документации (ГОСТ, ОСТ, ТУ).

Научная новизна работы

- проведены исследования физико-механических и электрофизических свойств металлического сетеполотна при двухосном растяжении;

- разработана программа на основе математических пакетов Ма&САО для расчета криволинейных элементов отражающей поверхности сферической антенны;

- разработана технология проектирования и построения лекал криволинейных элементов ОП сферической антенны из металлического основовязаного сетеполотна плотно облегающего каркас изделия;

разработана способ раскроя металлического основовязаного сетеполотна с использованием САПР лекал и раскладок;

- выполнено моделирование и пошив отражающей сферической поверхности антенны пассивного спутника из металлического сетеполотна.

Практическая значимость и реализация результатов работы

- разработан и апробирован технологический регламент производства ОП сферической антенны из металлического сетеполотна;

- проведенные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволили изготовить криволинейные элементы отражающей сферической поверхности с заданными результатами проектирования;

- определены свойства металлотрикотажного сетеполотна влияющие на формообразование отражающей сферической поверхности антенны и предложены способы их оптимизации;

- предложены способы устранения закручиваемости криволинейных срезов крупногабаритных элементов ОП сферической антенны из металлотрикотажного сетеполотна при настиле, раскрое и пошиве;

- результаты работы в системе автоматизированного проектирования лекал и раскладок используются для лабораторных практикумов, проведения дипломных и курсовых работ для студентов по специальности технология трикотажного производства.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и получили одобрение на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ-2011) - Москва, получен диплом за проект; Международной научно-технической конференции Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (ТЕКСТИЛЬ-2011) - Москва; Всероссийском Международном Форуме «Селигер-2011»; на заседании кафедры технологии трикотажного производства ФГБОУВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Апробация работы проводилась в промышленных условиях на предприятии ФГУП ООО «ПО «Октябрь» (Свердловская область, г.Каменск-Подольский), а также в процессе выполнения экспериментальных работ в ФГБОУВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Достоверность проведенных исследований

Обоснованность и достоверность основных положений и выводов, содержащихся в диссертации, подтверждается патентным поиском, совпадением теоретических положений и экспериментальных исследований, выполненных с применением современных методов и средств исследования.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и тезисы докладов на 2 научных конференциях; получен 1 патент на изобретение; получено 2 патента на полезную модель; опубликованы 2 методических указания к лабораторным работам изданных в РИО МГТУ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа выполнена на 188 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунок, 17 таблиц, 2 приложения, список литературы из 67 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены научная новизна и практическая значимость работы. Сформулированы цели и задачи исследования.

Первая глава диссертационной работы посвящена анализу состояния развития металлических сетеполотен и основам проектирования и моделирования отражающих поверхностей антенн.

В соответствии с техническим заданием и результатами проведенного литературного обзора в качестве материала для отражающей поверхности антенн выбрано основовязаное сетеполотно одинарного двухгребеночного филейного переплетения Атлас-Атлас, металлическая мононить марки «ЭИ708А» 050 мкм.

Одинарное двухгребеночное переплетение четырехрядного атласа представленное на рисунке 1 характеризуется ячеистой структурой образованной закрытыми петлями из металлических мононитей, пробранных в гребенки через одну, что определяет снижение поверхностной плотности. Сетеполотно выработано на однофонтурной основовязаной машине 18 класса. Поверхностная плотность сетеполотна ms =76±5 г/м2, ширина полотна Ш=150см.

Рис. 1. Структура основовязаного металлического сетеполотна

Анализ литературных источников подтвердил актуальность выбранной темы диссертационной работы, научную и практическую значимость.

Вторая глава посвящена исследованиям свойств и структуры металлического основовязаного сетеполотна для проектирования и

моделирования ОП сферической антенны в условиях физико-механических нагрузках.

При исследовании металлического трикотажа при двумерной деформации проводились измерения электрического сопротивления образцов с компьютерным сканированием.

Установлено, что сетеполотно двухгребеночного переплетения при двухосном растяжении в меньшей степени подвержено роспуску структуры при повреждении одиночной нити.

По экспериментальным данным построены зависимости деформаций, растяжения и жесткости металлического основовязаного сетеполотна (рис.2) переплетения атлас-атлас с размерами ячеек 2-4 мм, изготовленного из стальной микропроволоки 050 мкм с никелевым покрытием (не более 0,2 мкм) используемое на частотах до 5 ГГц.

По вертикали По горизонтали

103,3 F, сН/ст

Рис. 2. Диаграмма двумерного растяжения сетеполотна филейного переплетение Атлас-Атлас, марка проволоки «ЭИ708А» 050 мкм

По полученным экспериментальным данным, с применением компьютерной программы «Диаморф», выполнены исследования и построен график зависимости сопротивления К и удельной нагрузки Р в условиях двумерного растяжения деформаций образцов (рис. 3).

к, им

-г ; - •

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 -По вертикали По горизонтали р cf-[/cm

Рис. 3. График зависимости сопротивления Я и удельной нагрузки Г в условиях двумерного растяжения деформаций образцов

Третья глава посвящена проектированию, построению и моделированию криволинейных элементов (лепестков) одинаковой конфигурации и размеров для формирования отражающей сферической поверхности с учетом конструктивных требований.

Для получения объемной формы ОП антенны предусматривается использование криволинейных элементов (лепестков) одинаковой конфигурации и размеров в количестве 16 лепестков задающих профиль рабочей поверхности (рис. 4).

При конструирование изделий сферической поверхности решаются вопросы с использованием метода начертательной геометрии, где кроме изгибания учитывают растяжимость полотна влияющего на поверхностное электрическое сопротивление (рис. 4, рис. 5).

Конфигурация и размеры элемента сферы определяются по формулам

7i = Rx cos(<Pi)

У; = R X SinO?);) + Sy

Xi = nX cos (I) - е*

AS i = (AY-2 + Д Xi2)1'2

Были разработаны две действующих модели (уменьшенные образцы) сферы диаметром 1м и 2,16м (рис. 8).

По результатам двухмерной деформации найдена закономерность между деформацией сетеполотна и кривизной формы срезов лепестков, получены коэффициенты укорачивания и зауживание элементов (лепестков), разработан способ надевания на каркас ОП сферы из основовязаного металлического сетеполотна, апробированы раскройно-швейная технология и другие результаты для производства базового объекта (ОП сферы антенны) диаметром 2,96м (рис. 8).

Для определения размеров криволинейной формы лепестка (рис.5) отражающей поверхности сферической антенны разработана программа.

200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250

-40 -20 0 20 40

Х,СМ

Рис. 5. Элемент 1/16 развертки сферы диаметром (D) 296 см. На рисунке показан «лепесток» с размерами для равновесного состояния -пунктирные линии для растянутого состояния сетеполотна

Таблица 1

Размерные данные развертки Va лепестка сферы диаметр (D) 296 см

№ У,см(без поправки на растяжимость) Х,см(без поправки на растяжимость) Y,cm(c поправкой на растяжимость) Х,см(с поправкой на растяжимость)

1 0 28.8734 0 26.8522

2 21.1314 28.5795 21.2582 26.5789

3 42.2467 27.7038 42.5002 25.7645

4 63.3312 26.2641 63.7112 24.4256

5 84.3724 24.2898 84.8786 22.5895

6 105.3614 21.8210 105.9935 20.2936

7 126.2934 18.9080 127.0512 17.5845

8 147.1684 15.6101 148.0514 14.5174

9 167.9908 11.9944 168.9987 11.1548

10 188.7694 8.1346 189.9020 7.5651

11 209.5165 4.1091 210.7736 3.8215

12 230.2474 0.0000 231.6288 0.0000

Для построения и размножения по приращениям криволинейных элементов ОП с учетом величин относительных деформаций растяжения металлических сетеполотен использовался программный комплекс системы автоматизированного проектирования раскладок и лекал. Программа размножения лекал выводит построение требуемых размеров на основе данных размеров деталей, соответствующих приращений, вводимых вручную и посчитанных с использованием компьютерной программы расчета развертки шара (таблица 1).

Каждая исходная точка вводится последовательно с учетом алгоритма ввода точек. В дальнейшем каждая исходная точка последовательно соединяется на чертеже прямой линией (точки 12-0-1) или кривой (сплайн -точки от 1 до 12) (рис. 6).

© 0, & - I Ч Ц

0 | « * Ч » ш « ; «ю

¡12

Рис. 6. Исходные точки четвертинки лепестка (диаметр шара 296см)

Параметрическое описание отдельных элементов конструкции позволяет в дальнейшем вносить изменения в значения размерных признаков и прибавок ОП сферической антенны и таким образом получать лекала изделий заданного размера из металлотрикотажного сетеполотна.

Полученные криволинейные лекала отражающей сферической поверхности раскладывают на сетеполотне таким образом, чтобы получить рациональный расход раскраиваемого полотна и проследить расположение лекал в раскладке (рис. 7).

Рис. 7. Раскладка лекал

Предлагаемая методика апробирована и позволяет рекомендовать минусовые припуски к размерам лекал для выкраивания «лепестков» сетеполотна из стальной микропроволоки марки «ЭИ708А» 05Омкм с уменьшением по ширине на 10-12% и по длине на 4-6%

Четвертая глава посвящена разработке технологии пошива радиоотражающей сферической поверхности из металлотрикотажного сетеполотна, проведены исследование строения, свойств и испытания ниточных стежков и строчек. Разработан технологический режим, позволяющий осуществить изготовление ОП сферической антенны.

При проведении испытаний выявлено, что комплексные нити и штапельные волокна «Аримид» и «Пион» обладают хорошими текстильными свойствами, высокой устойчивостью к знакопеременным нагрузкам, имеют низкую усадку при повышенных температурах, устойчивы к радиационному облучению, а также радиоопрозрачны. Отличительной особенностью волокнистых материалов указанного типа является высокая адгезия к различным связующим, резиносмесям и металлическим покрытиям.

По результатам испытаний разрывной нагрузки и разрывного удлинения наилучшие показатели дали полиимидные швейные нитки «Аримид» линейной плотностью 29,4 текс (крутка 155 кр/м). Данные нитки рекомендованы к использованию.

Проведены полуцикловые и многоцикловые испытания двухниточных и трехниточных швов с использованием швейной нитки «Аримид» 29,4текс на металлотрикотажном сетеполотне. По экспериментальным результатам рекомендован к использованию стежок трехниточный стачивающе-обметочный цепной. Швы, выполненные такими строчками обеспечивают прочное соединение деталей, обладают большой растяжимостью и предохраняют срезы от осыпания. Использование стачивающе-обметочных швов позволяет решить вопросы прочности и эластичности соединений деталей сферической оболочки.

В процессе стежкообразования для предотвращения и уменьшения появления прокола, прорубание иглой сшиваемого материала с размером сторон ячеек 2-4 мм, закручиваемостью криволинейных краев крупногабаритных лекал лепестков был подобран номер иглы 90 (тип иглы 27Б) и выбрана стачечная машина с механизмом роликового транспортера и расправителем кромок сетеполотна.

Разработан способ настила и раскроя крупногабаритных криволинейных элементов ОП из металлотрикотажного сетеполотна, находящихся под постоянным двухосным натяжением, что дает положительное решение в вопросе точности кроя и борьбы с закручиваемостью краев сетеполотна.

Настилание сетеполотна осуществляется по способу - взгиб, «лицо к лицу». На поверхность настилочного стола раскатывается сетеполотно; его складывают взгиб по ширине; расправляют края сетеполотна, устраняя перекосы; устанавливают грузы, удерживающие полотно в расправленном виде; вручную цветной ниткой сшивают края полотна по длине.

Отличительной особенностью является размещение лекал на поверхности стола снизу, под сетеполотном сквозь которое благодаря ячейкам, хорошо видна конфигурация лекало. Такое размещение лекал позволяет выполнить «обмеловку» в нашем случае скрепить сетеполотно и лекало ручным способом наметывания швейной х/б ниткой по контуру лекало на расстоянии 1-2 см от края с шагом стежка 2,5-3 см.

Внешние срезы 1 и 16-го лепестка после краеобметывания соединяются между собой на расстоянии 20 см от вершин. На участках выше и ниже от средней линии (экватор) к краям лепестков с изнанки, вручную, пришиваются легко-распускающей строчкой две молнии, длиной 100-120 см. Застегнутые молнии образуют замкнутую поверхность оболочки. На «полюса» сферы вшиваются монтажные металлические кольца вручную с подгибкой концов лепестков до 2 см швейной ниткой «Аримид» 56Текс х2.

Рис. 8. Фото моделей сферы диаметром 2,96м (слева) и 1м (справа)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведены и изучены патентно-информационные исследования и научно-техническая литература, посвященная вопросам проектирования и создания отражающих поверхностей антенн различных форм из металлических сетеполотен. Установлено, что в настоящее время не существует единой технологии создания ОП из металлотрикотажного сетеполотна.

2. В результате проведенного литературного обзора, установлено, что из всех материалов, применяемых в качестве отражающей поверхности, наиболее перспективными являются металлические основовязаные сетеполотна филейного переплетения Атлас-Атлас.

3. В качестве материала для отражающей сферической поверхности выбрано основовязаное металлическое сетеполотно одинарного двухгребеночного филейного переплетения Атлас-Атлас, марка мононити «ЭИ708А» 050 мкм.

4. Проведены экспериментальные исследования свойств и структуры металлотрикотажного сетеполотна переплетения атлас-атлас с размерами ячеек 2-4 мм, изготовленного из стальной микропроволоки 050 мкм с никелевым покрытием (не более 0,2 мкм) используемое на частотах до 5 ГГц для проектирования ОП сферической антенны в условиях физико-механических нагрузках.

5. Получены данные о распределении деформаций растяжения в процессе использования металлотрикотажного сетеполотна, которые позволяют судить о поведении сетеполотна в реальных условиях эксплуатации отражающей сферической поверхности, что в свою очередь дает возможность обоснованно подойти к разработке конструкции и технологии изготовления ОП антенны.

6. Выявлено, что на практике для получения сферической поверхности из основовязаного металлического сетеполотна необходимо получить так называемые условные развертки неразвертывающихся поверхностей, где кроме изгибания учитывают растяжимость сетеполотна влияющего на поверхностное электрическое сопротивление.

7. На основе проведенного анализа и экспериментальных исследований формирования объемной формы ОП сферической антенны без складок, прогибов и перекосов, предусматривается формирование поверхностей из криволинейных элементов (лепестков) одинаковой конфигурации и размеров задающей профиль рабочей поверхности.

8. Разработана программа для расчета криволинейных элементов отражающей поверхности сферической антенны. По результатам расчётов характеристики развертки сферы строятся 16 лепестков с одинаковой конфигурацией и размерами обеспечивающие плотное, без морщин и складок формирование заданной поверхности из основовязаного металлического сетеполотна, где длина одного лепестка равна 4,6 м, ширина на линии экватора 0,6 м, масса 80г и диаметр ОП 2,96м.

9. Разработана методика построения и размножения, по приращениям, криволинейных элементов ОП с учетом величин относительных деформаций растяжения металлических сетеполотен с использованием программного комплекса системы автоматизированного проектирования раскладок и лекал. Предлагаемая методика апробирована и позволяет рекомендовать минусовые припуски к размерам лекал для выкраивания «лепестков» сетеполотна из стальной микропроволоки марки «ЭИ708А» 05Омкм с уменьшением по ширине на 10-12% и по длине на 4-6%.

10. Исследованы модели-макеты ОП сферической антенны с целью улучшения работы, отладки и устранения дефектов при проектировании исходной радиоотражающей сферической поверхности.

11. Проведены экспериментальные исследования и анализ строения и свойств ниточных стежков и строчек. По результатам испытаний выбраны нитки «Аримид» линейной плотностью 29,4 текс (крутка 155 кр/м) с использованием трехниточного стачивающе-обметочного цепного стежка, позволяющие решить вопросы прочности и эластичности соединений деталей отражающей сферической поверхности.

12. Разработан технологический регламент изготовления ОП сферической антенны из металлотрикотажного сетеполотна, позволяющий наладить выпуск мелкосерийного производства.

13. Разработанная технология подтверждена созданием реальной конструкции ОП сферической антенны из металлотрикотажного сетеполотна в промышленных условиях на предприятии ФГУП ООО «ПО «Октябрь».

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

А.И. Бекер, О.Ф. Беляев, В.Н. Викторов, В.А. Заваруев. Проектирование трикотажных сферических поверхностей. // Химические волокна, №6, 2012 г. - стр. 55-56.

А.И. Бекер, В.Н. Викторов, В.А. Заваруев. Пассивный спутник. // Сборник докладов III Международной научно-практической конференции «НТТМ - путь к обществу, основанному на знаниях», 2011 г., - стр. 166-167.

А.И. Бекер, С.Н. Борисова, В.Н. Викторов, М.А. Кондрашина. Кулирный одинарный трикотаж платированного переплетения. Патент на изобретение №2403329. Опубл. 10.11.2010 г.

А.И. Бекер, В.Н. Викторов, В.А. Заваруев, Т.В. Филичева. Цельновязаная выточка. Патент на полезную модель №113741. Опубл.

27.02.2012 г.

А.И. Бекер, В.В. Боровков, В.Н. Викторов, Т.В. Филичева. Патент на полезную модель «Кружевное трикотажное полотно». Решение о выдаче от

05.07.2013 г. Заявка №2013117908/12(026471).

А.И. Бекер, В.Н. Викторов, В.А. Заваруев. Проектирование и моделирование трикотажных изделий сложных форм с использованием

САПР лекал и раскладок. // Селигер-2011. Научные статьи делегатов инновационного форума, 2011 г. — стр. 5-24.

А.И. Бекер, В.Н. Викторов, В.А. Заваруев. Пассивный спутник. // Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ - 2011), 2011 г. Тезисы докладов, стр. 87-88.

Подписано в печать Об. 11.13 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0

Формат бумаги 60x84/16 Заказ № 160-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДТ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РИО МГУДТ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

04201 451 905 / / На правах рукописи

Бекер Андрей Иванович

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ИЗ ОСНОВОВЯЗАНОГО ПОЛОТНА

Специальность: 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных

материалов и сырья

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, ^профессор Заваруев В.А.

Москва 2013

Содержание

Введение..............................................................................4

1. Основы проектирования и формообразования трикотажных изделий технического назначения...............................................................10

1.1. Состояние и тенденции развития применения трикотажных металлических сетеполотен..............................................................10

1.2. Требования предъявляемые к металлотрикотажным сетеполотнам для отражающих поверхностей антенн................................................15

1.3. Основы проектирования и моделирования сферических отражающих поверхностей антенн из металлических сетеполотен...........23

Выводы...............................................................................34

2. Исследование и анализ механических свойств металлического трикотажного сетеполотна.............................................................36

2.2. Деформация двухосного растяжения.....................................36

2.3. Влияние макроструктуры сетеполотна на формообразование.......42

2.3. Закручиваемость..........................................................................46

2.4. Исследование разрывных характеристик металлического сетеполотна................................................................................52

2.5. Метод исследования электрофизических свойств металлотрикотажного сетеполотна.....................................................56

Выводы...............................................................................61

3. Проектирование и моделирование сферической отражающей поверхности...............................................................................62

3.1 .Технические требования к изготовлению радиоотражающей сферической поверхности антенны..................................................62

3.2. Проектирование и построение лекал сферической поверхности..................................................................................64

3.3. Моделирование отражающей сферической поверхности антенны из металлического сетеполотна...........................................................73

3.3.1. Методы моделирования и проектирования лекал.................78

Выводы...............................................................................98

4. Разработка технологии изготовления радиоотражающей сферической поверхности из металлотрикотажного сетеполотна...............................100

4.1.Применение швейных ниток технического назначения..............100

4.2. Анализ строения ниточных швов и строчек............................109

4.3. Свойства швейных строчек................................................116

4.4. Испытании ниточных швов, образованных на металлическом трикотажном сетеполотне.............................................................128

4.5. Исследование условий процесса стежкообразования при пошиве металл отрикотажного сетеполотна и выбор швейного оборудования........138

4.6. Особенности технологии раскроя металлического сетеполотна и маркировка лепестков сферы..........................................................147

Выводы.............................................................................150

Выводы по работе.................................................................151

Список литературы...............................................................153

Приложение 1.....................................................................160

Приложение 2.....................................................................181

Введение

Появление новых видов текстильного сырья, а также разработка новых петельных структур сетеполотна основовязаных переплетений позволяют изготавливать трикотажные полотна технического назначения.

Применение металлотрикотажных полотен, в частности сетеполотен из металлической проволоки различного состава и диаметра, в различных областях техники обусловлено проявлением уникальных физико-механических свойств, присущих их петельной структуре в сочетании со свойствами нитей. Петельная структура сетеполотна обеспечивает хорошую растяжимость, формоустойчивость, эластичность, упругость, прочность в условиях высоких температур и разных нагрузок.

Металлический трикотаж с успехом применяется во многих отраслях техники в качестве фильтров, защитной спецодежды для рабочих горячих цехов, пожарных экранирующих штор, защитной облицовки приборов и оборудования [1].

Широкое применение металлический трикотаж нашел в космических исследованиях и авиационной технике, в частности, в качестве материала отражающих поверхностей космических самораскрывающихся и наземных антенн связи.

Из анализа литературных источников [2, 3, 4] следует, что отражающие поверхности антенн могут быть получены из сетеполотен тканых или трикотажных структур, выполненных из монопроволоки или металлизированных нитей, а также из тонкой металлизированной пленки. Данные материалы закрепляются на поверхности каркаса антенны, создавая отражающую поверхность.

Современные тенденции развития космических систем связи потребовали создания высокоэффективных антенн чувствительность и разрешающая способность, которых зависит от диаметра излучающих или принимающих излучение поверхности антенн.

Проблему создания ОП трансформируемых наземных и космических антенн можно условно разделить на две части. Первая - выбор материала электропроводных нитей обладающих электрофизическими и физико-механическими характеристиками, позволяющими реализовать радиотехнические и механические требования к материалу ОП. Вторая -проектирование и моделирование отражающей поверхности с учетом конструктивных особенностей каркаса трансформируемых антенн, позволяющее обеспечить создание цельной, а в некоторых случаях замкнутой конструкции задающей профиль рабочей поверхности.

Актуальность работы заключается в разработке методов проектирования и моделирования отражающей поверхности (ОП) сферической антенны из металлического основовязаного сетеполотна для передачи радиосигналов наземным приемным объектам космических систем связи.

Внедрение данной технологической разработки с применением энергосберегающих и информационных технологий позволит улучшить радиосвязь, повысить надежность при эксплуатации и осуществить выпуск мелкосерийного производства.

Автор защищает

1. Метод проектирования ОП антенн сферической формы из металлических сетеполотен.

2. Экспериментальные результаты физико-механических и электрофизических свойств металлических сетеполотен двухгребеночных филейных переплетений.

3. Метод определения деформационных параметров при двухосном растяжении образцов металлических сетеполотен основовязаного переплетения.

4. Результаты системы автоматизированного проектирования лекал и раскладок элементов сферической ОП антенны.

5. Технологический регламент изготовления ОП сферической антенны из металлотрикотажного сетеполотна.

Цель работы и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является разработка технологии изготовления ОП антенны сферической формы из металлических сетеполотен.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- анализ современного состояния и развития применения трикотажных металлических сетеполотен;

- анализ патентов и научных трудов по технологии металлических сетеполотен, создание отражающих поверхностей сложноконструктивных форм космических антенн;

экспериментальное исследование деформационных, электрофизических и физико-механических свойств основязаного металлического сетеполотна при двухмерном растяжении;

- создание отражающей сферической поверхности из элементов криволинейной конфигурации при двухосном растяжении сетеполотна;

- проектирование технологии изготовления сферической формы отражающей поверхности на основе формовочных свойств основовязаного металлического сетеполотна;

- разработка швейного соединения элементов сферы с минимальными изменениями структуры и свойств полотна в швах;

- разработка технологического режима изготовления отражающей сферической поверхности с заданным электрическим сопротивлением в промышленных условиях;

- апробация разработанной технологии производства отражающей поверхности сферической антенны;

Методы исследования

Для решения задач были использованы анализы научно-технической и патентной литературы, стандартные и новые методики исследования физико-механических свойств известные из учебной и технической литературы.

При экспериментальных исследованиях структур сетеполотен в условиях двухосного растяжения, измерения электрического сопротивления и получения микрофотографии использовалась программа «Диаморф».

Для расчета формы и площади криволинейных элементов сферической отражающей поверхности предлагается разработанная программа на основе математических пакетов МаШЬаЬ.

Для разработки лекал и раскладок криволинейных элементов ОП с учетом двухосных деформаций растяжения использовался программный комплекс системы автоматизированного проектирования лекал и раскладок.

Теоретические исследования основывались на трудах отечественных и зарубежных ученых по технологии и обработке текстильных материалов в трикотажном производстве.

Экспериментальные исследования проводились в технологических лабораториях на кафедре технологии трикотажного производства в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии» с использованием существующих методик и нормативно-технической документации (ГОСТ, ОСТ, ТУ).

Научная новизна работы

проведены исследования и получены результаты физико-механических и электрофизических свойств металлического сетеполотна при двухосном растяжении;

- разработана программа на основе математических пакетов МаШСАБ для расчета криволинейных элементов отражающей поверхности сферической антенны;

- разработана технология проектирования и построения лекал криволинейных элементов ОП сферической антенны из металлического основовязаного сетеполотна плотно облегающего каркас изделия;

разработан способ раскроя металлического основовязаного сетеполотна с использованием САПР лекал и раскладок;

- выполнено моделирование и пошив отражающей сферической поверхности антенны пассивного спутника из металлического сетеполотна.

Практическая значимость и реализация результатов работы

- разработан и апробирован технологический регламент производства ОП сферической антенны из металлического сетеполотна;

- проведенные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволили изготовить криволинейные элементы отражающей сферической поверхности с заданными результатами проектирования;

- определены свойства металлотрикотажного сетеполотна влияющие на формообразование отражающей сферической поверхности антенны и предложены способы их оптимизации;

- предложены способы устранения закручиваемости криволинейных срезов крупногабаритных элементов ОП сферической антенны из металлотрикотажного сетеполотна при настиле, раскрое и пошиве;

- результаты работы в системе автоматизированного проектирования лекал и раскладок используются для лабораторных практикумов, проведения дипломных и курсовых работ для студентов по специальности технология трикотажного производства.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и получили одобрение на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ-2011) - Москва, получен диплом за проект; Международной научно-технической конференции Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (ТЕКСТИЛЬ-2011)- Москва;

Всероссийском Международном Форуме «Селигер-2011»; на заседании кафедры технологии трикотажного производства ФГБОУВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Апробация работы проводилась в промышленных условиях на предприятии ФГУП ООО «ПО «Октябрь» (Свердловская область, г.Каменск-Подольский), а также в процессе выполнения экспериментальных работ в ФГБОУВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа выполнена на 184 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунок, 17 таблиц, 1 приложение, список литературы из 67 наименований.

Глава 1. Основы проектирования и формообразования трикотажных изделий технического назначения 1,1. Состояние и тенденции развития применения трикотажных металлических сетеполотен

Среди разнообразных видов технического трикотажа в наше время получила развитие технология трикотажа, вырабатываемого из металлических нитей различного состава и диаметров.

Перспективы развития космической связи связано с созданием антенн различных конструкций. Современные тенденции развития космических систем связи потребовали создания высокоэффективных сферических антенн, виде пассивных спутников.

Из многообразия описанных в литературе материалов, используемых в качестве отражающих поверхностей складных антенн, можно выделить трикотажные сетчатые материалы из металлических нитей (мононити, комплексной нити, пряжи). Металлические сетеполотна не теряют отражающей способности после многократного складывания.

Из анализа зарубежных литературных источников можно сделать вывод о том, что отражающие поверхности (ОП) космических складных параболических антенн обычно выполняются в виде сетеполотен из молибденовой микропроволоки диаметром 30 мкм, покрытой слоем золота

[5].

Текущие разработки с трикотажным сетеполотном из металлических нитей могут использоваться для работы антенн на частотах до 40 ГГц.

В отечественной практике теоретические и экспериментальные исследования по созданию материалов для ОП антенн были начаты на кафедре технологии трикотажного производства Московского текстильного института в 1973 году и проводятся до настоящего времени под руководством д.т.н. профессора Л.А. Кудрявина.

Результатом проведенных исследований на первом этапе было создание технологии изготовления металлических трикотажных сетеполотен кулирных и основовязаных структур.

К отражательной поверхности (ОП) антенн космических систем связи предъявляются специфические эксплуатационные требования, важнейшими из которых являются:

- гибкость и эластичность для обеспечения складывания и развертывания антенны при минимальных усилиях силового каркаса;

- отсутствие складок и заминов при складывании и развертывании каркаса антенны.

Следует отметить, что металлические нити, пригодные для переработки на вязальных машинах, обладают большим контактным сопротивлением между элементами структуры, что увеличивает сопротивление сетки, уменьшает отражающую способность этих материалов и вынуждает делать покрытия из никеля, золота и других материалов для уменьшения контактных сопротивлений [5].

Для материала ОП могут использоваться сетеполотна кулирных и основовязаных переплетений.

Трикотаж кулирных переплетений имеет ограниченный размер ячей и повышенную распускаемость при повреждении нитей. Основовязаный трикотаж позволяет получать сетеполотна сохраняя при растяжении стабильность заданных размеров. Этот трикотаж практически не распускается при локальных повреждениях нити в элементах петельной структуры.

При увеличении размеров сторон ячеек в диапазоне 10...40 мм практически отсутствует сминаемость сетеполотна, выработанного из стальной микропроволоки диаметром 50 мкм. С применением металлических нитей из микропроволок диаметром 15...20 мкм сминаемость практически отсутствует даже на сетеполотнах с минимальным размером ячей.

Космические и наземные антенны работают в широком диапазоне длин волн и частот. Существует зависимость между длиной электромагнитной волны и размером стороны ячейки металлотрикотажного сетеполотна ОП антенны. Размер стороны ячейки можно принимать как А/(10...20), где X -длина волны.

В качестве исходного материала при выработке металлических сетеполотен использовались стальные, вольфрамовые, молибденовые, медные и другие нити диаметрами 30...90 мкм. Металлические сетеполотна вырабатывались на серийных трикотажных машинах зарубежного и отечественного производства. Значительные изменения были внесены в конструкцию сновального оборудования, а также механизмов подачи нити на кулирных машинах.

Для проектирования оптимальной структуры сетеполотен с минимальными размерами ячей разработана компьютерная методика оценки геометрических размеров и формы ячеек в раппорте переплетения, позволяющая количественно и качественно оценив