автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Проектирование технологии кулирного трикотажа из текстильно-металлических нитей

□оз

На правах рукописи

Полякова Татьяна Ивановна

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КУЛИРНОГО ТРИКОТАЖА ИЗ ТЕКСТИЛЬНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НИТЕЙ

Специальность 05 19 02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 ММ» 200В

МОСКВА 2008

003165363

Диссертация выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А Н Косыгина» на кафедре механической технологии волокнистых материалов

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Виктор Петрович Щербаков

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Елена Николаевна Колесникова

кандидат технических наук Нонна Николаевна Школа

Ведущая организация

Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности

Защита состоится «3 » 2008г в У/Р часов на заседании

диссертационного совета Д 212 139 02 в ГОУВГЮ «МГТУ имени А. Н Косыгина» по адресу 119071, г Москва, ул М. Калужская, д 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «МГТУ имени А Н Косыгина»

Автореферат разослан « / 2008г

Ученый секретарь диссертационного совета д т н, профессор

ЮС Шустов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Аннотация

В диссертационной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных с целью проектирования технологии кулирного трикотажа с заданными параметрами петельной структуры из гекстильно-металлической нити на круглочулочном автомате В результате теоретических исследований разработан метод определения жесткости комбинированных нитей при изгибе Рассчитано максимальное натяжение нитей при кулировании Выполнен расчет длины нити в петле с учетом сил, возникающих в местах контакта петель. Определена функция повреждаемости комбинированной нити при вязании на круглочулочном автомате ,

Автор защищает

1 Метод и способ определения жесткости комбинированных нитей при изгибе

2 Расчет натяжения комбинированных нитей в зоне вязания с учетом сосредоточенных сил, возникающих в местах контакта нити и цилиндра

3 Метод расчета длины нити в петле и параметров петлй комбинированных нитей с учетом сил, возникающих в местах контакта петель

4 Исследования долговечности нитей и уточненный расчет параметров долговечности

5 Исследования релаксационных процессов в нитях и метод определения параметров релаксации.

6 Метод определения способности комбинированных нитей к переработке на круглочулочном автомате и уточненный расчет функции повреждаемости

Актуальность темы.

В трикотажном производстве, как и в других отраслях текстильной промышленности, применяются различные виды нитей и пряжи, предназначенные для получения изделий и полотен с заданными свойствами В последнее время повысился интерес к трикотажным полотнам из новых видов нитей (металлических, стеклянных, комбинированных и т д), которые используются для выработки трикотажа технического назначения К таким нитям относятся и комбинированные нити, состоящие из металлических мононитей и химических нитей

В последнее время для выработки технического трикотажа все шире стали использоваться металлические нити Однако переработка таких нитей на

обычном вязальном оборудовании связана со значительными трудностями Из-за малой толщины ликвидация обрывов металлических нитей на трикотажных машинах занимает много времени По этой причине металлические нити малого диаметра практически не могут перерабатываться на трикотажных машинах без дополнительной обработки Решением данной проблемы является создание комбинированных текстильно-металлических нитей, сочетающих в себе свойства текстильных нитей и металлических

Переработка комбинированных нитей на трикотажных машинах связана, в свою очередь, с определенными трудностями, обусловленными специфическими свойствами: текстильно-металлических нитей, которые по сравнению с традиционными текстильными нитями обладают большей жесткостью при изгибе и растяжении Эти свойства вызывают ограничения, связанные с выбором типов переплетений, параметров петельной структуры, ассортимента полотен и изделий. В настоящее время разработана технология вязания полотен большой ширины из таких нитей на основовязальных машинах Для получения трубчатых полотен малого диаметра используются круглочулочные автоматы, для которых такая технология недостаточно научно обоснована

При проектировании технологии трикотажа проводят расчет технологических параметров выработки трикотажного полотна, исходя из свойств полотна и нитей, и определяют способность нити к переработке в данных условиях

Одним из важнейших параметров трикотажного полотна является его поверхностная плотность, которая зависит от длины нити в петле Так как жесткость комбинированных текстильно-металлических нитей значительно отличается от жесткости традиционных текстильных нитей, то вопрос о длине нити в петле требует более глубокого рассмотрения

Второй важнейшей задачей при проектировании технологии является определение надежности протекания процесса, т е способности нити воспринять нагрузки, возникающие при вязании, без разрушения Во время вязания нигь теряет часть своей прочности, так как подвергается различным деформациям и испытывает нагрузки Чтобы определить возможность переработки комбинированной нити на трикотажной машине, необходимо вычислить, исчерпает ли нить в процессе работы весь запас прочности Если эгого не

произойдет, то можно говорить о способности нити к переработке на данной машине

Цель работы и задачи исследования

Целью работы является проектирование технологии выработки кулирного трикотажа из текстильно-металлических нитей, учитывая факторы, влияющие на процесс вязания и особенности свойств используемых при выработке трикотажа нитей.

Для достижения данной цели в работе решены следующие задачи

- определена жесткость комбинированной нити при изгибе,

- проведен сравнительный анализ методов расчета натяжения нитей с учетом их свойств и рассчитано натяжение текстильно-металлических нитей в процессе петлеобразования с учетом их жесткости при изгибе,

- исследована форма нити в трикотажной петле, учитывая влияние жесткости нити при изгибе,

- выполнен расчет параметров петли трикотажа переплетения кулирная гладь, выработанного на круглочулочном автомате,

- проведены экспериментальные исследования по определению долговечности комбинированных и вискозных нитей,

- проведены экспериментальные исследования релаксационных процессов в комбинированных и вискозных нитях;

- определена возможность переработки комбинированных нитей на круглочулочном автомате и рассчитана функции повреждаемости при вязании комбинированных нитей

Методы и средства исследования. При проведении теоретических исследований в работе были использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, сопротивления материалов и нелинейной теории упругой нити Обработка результатов экспериментов, выполненных на стандартных приборах для научных исследований и измерительной аппаратуре, проводилась на ЭВМ с использованием методов математической статистики Расчеты выполнялись на ЭВМ с использованием Пакетов статистических прикладных программ

Научная новизна работы заключается в следующем;

- разработана теория экспериментального определения жесткости упругой нити при изгибе рассмотренный метод основан на нелинейной теории упругой

нити и позволяет найти величину жесткости с использованием данных, полученных при эксперименте,

выполнен расчет натяжения высокомодульных нитей при купировании с учетом их жесткости при изгибе, а также с учетом сосредоточенных реакций, возникающих в местах контакта нити и рабочих органов, выявлено Существенное влияние жесткости нити на форму и натяжение нити в процессе петлеобразования,

- на основе нелинейной механики упругой нити получен метод проектирования кулирного трикотажа, который позволяет приблизить расчеты к реальному состоянию нити при петлеобразовании По этому методу проводились следующйе расчеты'

а) вычисление длины нити в петле;

б) вычисление параметров петли по известной длине нити в пегле;

- проведены исследования по определению долговечности новых комбинированных нитей и вискозных нитей, рассчитаны параметры долговечности,

- проведены исследования релаксационных процессов в комбинированных и вискозных нитях,

- выполнен расчет функции повреждаемости при вязании кулирного трикотажа из комбинированных нитей, определена возможность переработки текстильно-металлических нитей на круглочулочном автомате

Практическая значимость. Результаты, полученные в работе, позволили установить возможность переработки текстильно-металлических нитей на круглочулочных автоматах при соблюдении определенных условий и разработать методику проектирования трикотажных полотен, учитывающую механические свойства нитей

Публикации. По результатам работы опубликовано 6 печатных работ

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, общих выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 46 наименований. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, имеет 46 рисунков, 11 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен сравнительный анализ работ, посвященных двум темам, взаимодействию нити с рабочими органами трикотажных машин и расчету натяжения нити, а также моделированию формы петли и расчету параметров петли

Показано, что многие работы, исследующие движение нити по петлеобразующим органам трикотажных машин, относятся к случаю нерастяжимой гибкой нити Однако механика гибкой нити не описывает ни качественно, ни количественно взаимодействие нити с рабочими органами текстильных машин, когда значительное влияние на форму и натяжение нити оказывает жесткость при изгибе и кручении. В тех же работах, которые рассматривают нить, сопротивляющуюся изгибу, результаты противоречат друг другу, что говорит о необходимости учитывать свойства нитей и реальные явления в них А для этого классической (линейной) трории механики нити недостаточно Поэтому, чтобы полностью описать процесс деформации и изменения, происходящие в нити, необходима нелинейная теория упругой нити.

Изучение литературных источников показало, что большинство моделей петли являются геометрическими Однако задача описания конфигурации петли, не может быть решена в рамках чисто геометрической теории без учета свойств нити, определяющих ее поведение под действием межниточных контактных сил.

Кроме того, свойства комбинированных текстильно-металлических нитей отличаются от свойств традиционных нитей, что необходимо учитывать при проектировании технологии трикотажа и расчете параметров петли Таким образом, возникает необходимость в проведении специальных исследований по возможности переработки комбинированных нитей на обычном вязальном оборудовании

Вторая глава посвящена разработке метода и способа определения жесткости нитей при изгибе Для текстильных нитей, которые обладают жестокостью, значительно меньшей по сравнению с жесткостью элементов конструкций, взаимные перемещения частей нити не малы Это обстоятельство приводит к необходимости специального исследования

Уравнение упругой линии при изгибе под действием распределенной силы q и сосредоточенной силы Р имеет вид

d29 Р11 („ яЛ ql's(a яЛ „ч

—г =--sin 5 + — ~i— £> + — (1)

ds2 Н { 2J Н { 2j к J

Здесь s = где s' ~ текУщая длина дуги упругой линии, 1 - длина нити

Решение дифференциального уравнения (1) будем искать в виде 9 = 3(s)

Координаты концевой точки определяются формулами

i i х, = /fcosS(s)ds, у, = /fsin&(s)ds. (2)

о о

Даны краевые условия: в точке О - 50 = 0 при j = 0 и в точке 1 - кривизна

Щ=опри*=°

Для решения задачи изгиба нитей была составлена программа для системы Matlab/Simulink© Программа решения дифференциального уравнения (2) в виде структурной схемы составлена по общему методу программирования В этой

программе помимо основных выходных функций 9 (i) и — рассчитываются

ds

координаты,.концов изгибаемых нитей х и у в соответствии с выражениями-х= |sin(5)dí, у - Jcos(i9)<fe

Определение жесткости реальной нити заключается

1 в подготовке образца нитей с пластиной на конце,

2 измерении прогиба нитей по рассмотренной модели

3 расчете системы уравнений.

Для комбинированной нити, состоящей из двух металлических и двух химических нитей, жесткость при изгибе составляет Н=0,674 сН*мм2

Третья глава посвящена расчету длины нити в петле и параметров петли. Традиционно для определения параметров петли используется геометрический подход 'Но при вязании упругая нить деформируется, к тому же на нее оказывают влияние соседние петли, возникают силы, действующие в местах контакта петель. Поэтому требуется уточненный расчет, учитывающий различные факторы, влияющие на форму и параметры петли

Стремление деформированной при вязании упругой нити восстановить естественную форму приводит к возникновению усилий, действующих в области

контакта смежных петель Результирующей распределенных здесь сил является сила Р, которая, так же как и сила трения между нитями контактирующих петель есть результат взаимодействия двух соприкасающихся петель (рис 1) Направление и величина силы Р неизвестны

п

Рис 1 Силы, действующие в петле

Для вычисления неизвестных Р, I, к,ай,у получена система уравнений

¿Б1па0 =0,707,

I. Г , - I'

Р/2

т/1-кгаи12а о яш2 а * Я '

(4)

2/cos/

2 __<*o _

JVl-ifc2sin2 da- j~J\-k2sm2da

-kcosa0 sin/,

cos/-

A = 2

H sm у

kJPH с

(8)

cosa0 cos у

Вычислив неизвестные, получим длину нити в петле, выражение для которой имеет вид

L = 4

/ +

(«)_¡L_

{2 )2kcosaü4PH

(9)

Теперь перейдем к другой задаче, технологически, возможно, более важной- по заданной длине нити в петле L определить петельный шаг А и высоту петельного ряда В. Воспользуемся первыми четырьмя уравнениями (4) -(7) предыдущей задачи Присоединим к ним выражение (9) для длины L, которое остается в силе в этой новой задаче, а ее численное значение нам известно Но здесь, наряду с неизвестными Р,1,к,ай,у, появляется шестая неизвестная В Если высота петельного ряда реального трикотажа равна В, то для плоской петли

- Вщ

этот параметр определится выражением В =-, где у - угол между

sin^

касательной в точке контакта О и плоскостью полотна

Тогда придем к дополнительному уравнению, замыкающему систему шести уравнений с шестью неизвестными

2к cos а07РЯ

- + 2kcosa0JPHsiny---^-2 2 cos/

= 1.

(10)

cos/

Таким образом, данный метод позволяет вычислить длину нити в петле и параметры петли с большой точностью И, хотя, разница в значениях длины нити в петле по данному методу и по формуле Далидовича на первый взгляд незначительно, следует учитывать, что в чулочном изделии несколько тысяч петель В таком случае разница оказывается существенной

Четвертая глава посвящена сравнительному анализу методов расчета натяжения нитей в зоне кулирования Рассчитаны значения натяжения нитей по этим методам.

Натяжение абсолютно гибкой нити при кулировании можно определить по формуле, полученной JI Эйлером

Теых = ТаеГ , (11)

где - натяжение сбегающей (ведущей) ветви нити, — натяжение набегающей (ведомой) ветви нити, а - угол охвата нитью цилиндра; ft -коэффициент трения нити о поверхность цилиндра

При расчете натяжения гибкой нити считалось, что ее жесткость при изгибе равна нулю Но реальные нити имеют ненулевую жесткость Поэтому возникает необходимость учета жесткости нитей при изгибе в технологических процессах.

Натяжение ведущей ветви упругой нити определяется по формуле

T.^TJ*--- ' (12)

1 0 2(R+rfX '

где Г; - натяжение ведущей ветви нити, сН, Н - жесткость нити при изгибе, сН*мм2

В этом случае натяжение упругой нити при кулировании меньше, чем натяжение гибкой нити Такая разница в значениях объясняется тем что, в данном случае <р - это действительный угол охвата нитью цилиндра, который меньше угла охвата нитью цилиндра в предположении, что нить гибкая

Но при решении данной задачи не учитывалось, что в местах контакта нити и цилиндра возникают сосредоточенные силы, которые влияют на натяжение нити В точке набегания и сбегания нити возникают сосредоточенные силы, которые влияют на натяжение нити при огибании петлеобразующего органа Для решения этого вопроса требуется система уравнений t

Т2 cos г2 = С3е"<^ + , (13)

fi+k2

Н + Нткг [С, + С2е~= дЬщ (1 - cos у,)

(И)

Я+Hmkj+ С2 ] = Лл2ЯГ2(l-cosy2) l+^-(l+cos/2) , (15)

где С,, С2, С, - произвольные постоянные, к2 и т- константы, определяемые свойствами нитей.

Натяжение нити, рассчитанное по данному методу, больше значения для упругой нити без учета сосредоточенных сил из-за действия сосредоточенных реакций в местах контакта нити и цилиндра

Таким образом, при определении натяжения нити при кулировании следует учитывать не только жесткость нити, но и возникновение в местах контакта нити и цилиндра сосредоточенных реакций Если пренебречь этими факторами, то расчетное натяжение нити будет отличаться от реального натяжения, что повлечет за собой большие расхождения в значениях различных параметров при проектировании трикотажа, в частности это повлияет на правильную оценку прочности нити при переработке ее на вязальной машине.

В пятой главе определена способность комбинированной нити к переработке на круглочулочном автомате и выполнен уточненный расчет функции повреждаемости

Оценка прочности реальной нити в реальных условиях ее переработки является одной из основных областей приложения механики нити Правильный выбор нити может быть сделан для конкретных условий, при которых происходит формирование трикотажа на машине.

Критерий прочности А. А Ильюшина, основанный на нелинейной теории упругой нити, имеет следующий вид

В основу любого критерия положена долговечность материала, определяемая экспериментально На кафедре механической технологии волокнистых материалов МГТУ имени А. Н. Косыгина был разработан способ и создана установка для измерения времени до разрушения нити на основе испытательной машины Испытание на долговечность комбинированной нити проводилось при 4 уровнях нагрузки (265, 285 и 295 сН) Для каждого уровня было выполнено по 20 повторностей Зажимная длина нити составляла 150 мм

(16)

На основе данных эксперимента с использованием степенной зависимости получены параметры долговечности Ь и В.

В момент времени t напряжение определяется не только мгновенным деформированным состоянием, но и всей историей нагружения Напряжение в силу релаксационных процессов изменяется во времени Наиболее общей из теорий для описания таких релаксационных процессов является наследственная механика Больцмана-Вольтерра

Определение параметров функции влияния и упругих постоянных проводился на основе обработки экспериментальных данных по релаксации напряжений при одноосном растяжении при f (/) = £■„= const Вводится оценочная функция, представляющая собой сумму квадратов отклонений экспериментальных данных от расчетных, предсказанных уравнением

С помощью теории разрушения волокон и нитей Б Колемана была скорректирована функция повреждаемости

Эта формула учитывает закон и историю нагружения, длину участка нагружения, свойства нити.

Была вычислена функция повреждаемости комбинированной при переработке на круглочулочном автомате В кулировании участвуют 2 иглы, длина нити в обеих петлях 6,55 мм При максимальном натяжении нити на второй кулирующей игле 88,2 сН функция повреждаемости составляет 0,106. Эта величина позволяет считать, что нить в процессе петлеобразования исчерпала лишь часть своей прочности, причем не такую значительную, чтобы говорить о разрыве нити

1 Разработан экспериментально-теоретический метод определения жесткости упругой нити при изгибе, основанный на нелинейной теории упругой нити Получено уравнение равновесия упругой нити под действием

(17)

(/ V*

(18)

Общие выводы

распределенной и сосредоточенной сил Для проверки теории использованы упругие материалы, жесткость которых известна При испытании нить нагружается «мертвым» грузом, что позволяет получить высокую точность и надежность результатов эксперимента, недоступные другим методам Проведен сравнительный анализ различных методов расчета натяжения нити при переработке ее на трикотажной машине, выявлены причины различий в значениях натяжений, определяемых по этим методам Получены уравнения для расчета натяжения упругой нити с учетом сосредоточенных сил, влияющих на напряженно-деформированное состояние нити при вязании. Выполнен расчет натяжения текстильно-металлической нити при кулировании в условиях переработки ее на круглочулочном автомате по различным методам

Показана эффективность теории взаимодействия упругой нити с рабочими органами машин, учитывающей сосредоточенные реакции и силы трения максимальное натяжение по этой теории почти вдвое превышает значение натяжения, определенного по существующей теории сопротивляющейся изгибу нити

Проведено моделирование формы трикотажной петли, полученной из упругой нити, что является одним из этапов приближения расчетов нити к ее реальному состоянию Этот метод, основанный на нелинейной теории упругой нити, имеет преимущество перед распространенным в текстильной технологии геометрическим подходом он учитывает реальные свойства нити, а также силы, возникающие в местах контакта петель Проведен анализ отдельных участков петли, показано, что форма элементов петли выражается в эллиптических функциях Получены уравнения и формулы Впервые в технологии трикотажа на аналитическом уровне решен вопрос определения по известной длине нити в петле / параметров петли петельного шага А и высоты петельного ряда В Выполнен расчет параметров петли, полученной из вискозной нити при вязании на круглочулочном автомате

На основе нелинейной наследственной теории вязкоупругосш применительно к текстильным материалам использована и развита теория длительной прочности А. А. Ильюшина Для оценки длительной прочности нити при произвольном нагружении получена и вычислена функция

повреждаемости Результаты расчета показывают, что нить при вязании на круглочулочном автомате исчерпала лишь часть своей прочности - 0,34, в отличие от значения ресурса нити, равного 0,8, вычисленного по одной из классических теорий прочности.

6 Разработана теория, создана испытательная установка и проведены эксперименты по определению долговечности вискозных и комбинированных нитей Испытания осуществлены на установке, созданной на кафедре МТВМ МГТУ имени А Н Косыгина на базе разрывной машины РР-100/1

7 Получены статистические характеристики долговечности вискозной и комбинированной нитей На основе теории длительной прочности уточнены параметры долговечности нити

8 Проведены экспериментальные исследования релаксационных процессов в вискозных и комбинированных нитях. Рассчитаны упругие постоянные и реологические параметры релаксации комбинированной нити по методу прямого определения параметров ядра интегрального уравнения релаксации, основанному на численных методах оптимизации (метод деформируемого многогранника)

9 Определена способность и нити к переработке на трикотажной машине, выполнен расчет функции повреждаемости комбинированной нити на круглочулочном автомате Результаты расчета показывают, что комбинированная нить в процессе петлеобразования исчерпала лишь часть своей прочности, причем не такую значительную, чтобы говорить о разрыве нити

Основное содержание работы отражено в публикациях

1 В П Щербаков, И Б Цыганов, О Ю. Дмитриев, Т И Полякова Теория, методика, результаты определения жесткости нити при изгибе //Известия ВУЗов Технология текстильной промышленности —2006, №4, с 104-109

2 Т И Полякова, В П Щербаков Изгиб нити при больших перемещениях //Сборник материалов международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2006) - Иваново, 2006, с 33-34

3 Т. И Полякова, В П Щербаков Теория определения жесткости нити при изгибе //Сборник материалов всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки 2006) - С-П , 2006, с 74-75

4. В П Щербаков, И Б. Цыганов, Т И Полякова Теоретические основы экспериментального определения жесткости нити при изгибе //Сборник статей международной научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль -2006) - М , 2006, с 30

5 Т И Полякова, В П Щербаков Теория и расчет жесткости нити при изгибе // Сборник научных трудов аспирантов. М, МГТУ имени А Н Косыгина, 2006, с 27-32

6 В П Щербаков, И. Б. Цыганов, О Ю Дмитриев, Т. И Полякова Теоретические основы экспериментального определения жесткости нити при изгибе //Химические волокна, 2007, №4, с 19-21

Подписано в печать 28 02 08 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ Услпечл 1,0 Заказ 96 Тираж 80 МГТУ им АН Косыгина, 119071, Москва,ул Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Работы, посвященные взаимодействию нити с рабочими органами трикотажных машин и расчету натяжения нити.

1.2. Работы, посвященные моделированию формы петли и расчету параметров петли.

Выводы по главе 1.

Глава 2.

РАСЧЕТ ЖЕСТКОСТИ КОМБИНИРОВАННЫХ

НИТЕЙ.

2.1. Определение жесткости упругой нити при изгибе.

2.2. Расчет жесткости текстильно-металлической нити.

Выводы по главе 2.

Глава 3.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМЫ, РАСЧЕТ ДЛИНЫ НИТИ В ТРИКОТАЖНОЙ ПЕТЛЕ.

3.1. Расчет параметров петли с учетом контактных сил.

3.2. Расчет параметров петли различных участков чулочного изделия.

Выводы по главе 3.

Глава 4.

РАСЧЕТ НАТЯЖЕНИЯ НИТЕЙ В ПРОЦЕССЕ ПЕТЛЕОБРАЗОВАНИЯ.

4.1. Расчет натяжения при купировании гибкой нити.

4.2. Расчет натяжения при кулировании упругой нити.

4.3. Расчет натяжения при кулировании упругой нити с учетом сосредоточенных реакций.

Выводы по главе 4.

Глава 5.

ПРОЧНОСТЬ И ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ НИТИ В УСЛОВИЯХ ВЯЗАНИЯ НА ЧУЛОЧНОМ АВТОМАТЕ.

5.1. Прочность нити.

5.2. Определение долговечности нитей.

5.3. Определение функции повреждаемости.

5.4. Определение параметров релаксации.

5.5. Определение функции повреждаемости комбинированной нити при переработке на круглочулочном автомате.

Выводы по главе 5.

В трикотажном производстве, как и в других отраслях текстильной промышленности, применяются различные виды нитей и пряжи, предназначенные для получения изделий и полотен с заданными свойствами. В последнее время повысился интерес к трикотажным полотнам из новых видов нитей (металлических, стеклянных, комбинированных и т.д.), которые используются для выработки трикотажа технического назначения. К таким нитям относятся и комбинированные нити, состоящие из металлических мононитей и химических нитей.

Для выработки технического трикотажа все шире стали использоваться металлические нити. Однако переработка таких нитей на обычном вязальном оборудовании/ связана со значительными трудностями. Из-за малой толщины ликвидация обрывов металлических нитей на трикотажных машинах занимает много времени. По этой причине металлические нити малого диаметра практически не могут перерабатываться! на трикотажных машинах без дополнительной обработки. Решением данной проблемы является создание комбинированных текстильно-металлических нитей, сочетающих в себе свойства текстильных нитей и металлических.

Однако переработка комбинированных нитей на трикотажных машинах связана, в свою очередь, с определенными трудностями; обусловленными специфическими свойствами текстильно-металлических нитей; которые по сравнению с традиционными текстильными нитями, обладают большей жесткостью при изгибе и растяжении. Эти свойства вызывают ограничения; связанные с выбором типов переплетений, параметров петельной структуры, ассортимента полотен и изделий; В настоящее время разработана технология вязания полотен большой ширины из таких нитей на основовязальных машинах. Для получения трубчатых полотен малого диаметра используются круглочулочные автоматы, для которых такая технология недостаточно научно обоснована.

При проектировании технологии трикотажа проводят расчет технологических параметров выработки трикотажного полотна, исходя из свойств полотна и нитей, и определяют способность нити к переработке в данных условиях.

Одним из важнейших параметров трикотажного полотна является его поверхностная плотность, которая зависит от длины нити в петле. Так как жесткость комбинированных текстильно-металлических нитей значительно отличается от жесткости традиционных текстильных нитей,< то вопрос о длине нити в петле требует более глубокого рассмотрения.

Второй важнейшей задачей при проектировании технологии является определение надежности протекания процесса, т.е. способности нити воспринять нагрузки, возникающие при вязании; без разрушения. Во время вязания нить теряет часть своей прочности, так как подвергается различным деформациям. Чтобы определить возможность переработки комбинированной нити на трикотажной машине, необходимо вычислить, исчерпает ли нить в процессе работы весь запас прочности. Если этого не произойдет, то можно говорить о способности нити к переработке на данной машине.

Цель диссертационной работы: спроектировать технологию выработки кулирного трикотажа из текстильно-металлических нитей', учитывая-факторы, влияющие на процесс вязания и особенности свойств нитей, используемых для получения трикотажа.

В соответствии с данной целью были поставлены следующие конкретные задачи:

- определить жесткость комбинированной нити при изгибе;

- провести сравнительный анализ методов расчета натяжения нитей с учетом их свойств и рассчитать натяжения текстильно-металлических нитей в процессе петлеобразования с учетом их жесткости при изгибе;

- исследовать форму нити в трикотажной петле, учитывая влияние жесткости нити при изгибе;

- выполнить расчет параметров петли трикотажа переплетения кулирная гладь, выработанного на круглочулочном автомате;

- провести экспериментальные исследования по определению долговечности комбинированных и вискозных нитей;

- провести экспериментальные исследования релаксационных процессов в комбинированных и вискозных нитях;

- вычислить функцию повреждаемости при вязании комбинированных нитей и оценить возможность переработки таких нитей на круглочулочном автомате.

Методы и средства исследования. При проведении теоретических исследований в работе были использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, сопротивления материалов и нелинейной теории упругой нити. Обработка результатов экспериментов, выполненных на стандартных приборах для научных исследований и измерительной аппаратуре, проводилась на ЭВМ с использованием методов математической статистики. Расчеты выполнялись на ЭВМ с использованием пакетов статистических прикладных программ.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- разработана теория экспериментального определения жесткости упругой нити при изгибе: рассмотренный метод основан на нелинейной теории упругой нити и позволяет найти величину жесткости с использованием данных, полученных при эксперименте; выполнен расчет натяжения высокомодульных нитей при кулировании с учетом их жесткости при изгибе, а также с учетом сосредоточенных сил, возникающих в местах контакта нити и рабочих органов; выявлено существенное влияние жесткости нити на форму и натяжение нити в процессе петлеобразования;

- на основе нелинейной механики упругой нити получен метод проектирования кулирного трикотажа, который позволяет приблизить расчеты к реальному состоянию нити при петлеобразовании. По этому методу проведены впервые в теории и практике технологии трикотажного производства следующие расчеты: а) вычисление длины нити в петле; б) вычисление параметров петли по известной длине нити в петле;

- проведены исследования по определению долговечности новых комбинированных нитей и вискозных нитей; рассчитаны параметры долговечности;

- проведены исследования релаксационных процессов в комбинированных и вискозных нитях;

- выполнен расчет функции повреждаемости при вязании кулирного трикотажа из комбинированных нитей, определена возможность переработки текстильно-металлических нитей на круглочулочном автомате.

Практическая значимость. Результаты, полученные в работе, позволили установить возможность переработки текстильно-металлических нитей на круглочулочных автоматах при соблюдении определенных условий и разработать методику проектирования трикотажных полотен, учитывающую механические свойства нитей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:

- на заседаниях кафедры механической технологии текстильных материалов МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005 - 2007 г.;

- на всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности»

ТЕКСТИЛЬ-2007), 27-28 ноября 2007г.

По материалам диссертации опубликована статья в журнале «Известия Вузов. Технология текстильной промышленности», статья в «Сборнике научных трудов аспирантов», статья в журнале «Химические волокна» и тезисы докладов на 3 научных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, общих выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 46 наименований. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, имеет 46 рисунков, 11 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Разработан экспериментально-теоретический метод определения жесткости упругой нити при изгибе, основанный на нелинейной теории упругой нити. Получено уравнение равновесия упругой нити под действием распределенной и сосредоточенной сил. Для проверки теории использованы упругие материалы, жесткость которых известна. При испытании нить нагружается «мертвым» грузом, что позволяет получить высокую4 точность и надежность результатов эксперимента, недоступные другим методам.

Проведен сравнительный- анализ различных методов расчета натяжения нити при переработке ее на трикотажной машине, выявлены причины различий в значениях натяжений, определяемых по этим методам.

Получены уравнения для расчета натяжения упругой нити с учетом сосредоточенных сил, влияющих на напряженно-деформированное состояние нити при вязании. Выполнен расчет натяжения текстильно-металлической нити при кулировании в условиях переработки ее на круглочулочном автомате по различным методам. Показана эффективность теории взаимодействия упругой нити с рабочими органами машин, учитывающей сосредоточенные реакции и силы трения: максимальное натяжение, по этой теории почти вдвое превышает значение натяжения, определенного по существующей теории сопротивляющейся изгибу нити.

Проведено моделирование формы трикотажной петли, полученной из упругой нити, что является одним из этапов приближения расчетов нити к ее реальному состоянию. Этот метод, основанный на нелинейной теории упругой нити, имеет преимущество перед распространенным в текстильной технологии геометрическим подходом: он учитывает реальные свойства нити, а также силы, возникающие в местах контакта петель.

4. Проведен анализ отдельных участков петли; показано, что форма элементов петли выражается в эллиптических функциях. Получены уравнения и формулы. Впервые в технологии трикотажа на аналитическом уровне решен вопрос определения по известной длине нити в петле / параметров петли: петельного шага А и высоты петельного ряда В. Выполнен расчет параметров петли, полученной из вискозной нити при вязании на круглочулочном автомате.

5. На основе нелинейной наследственной теории вязкоупругости применительно к текстильным материалам использована и развита теория длительной прочности А. А. Ильюшина. Для оценки длительной прочности нити при произвольном нагружении получена и вычислена функция повреждаемости. Результаты расчета показывают, что нить при вязании на круглочулочном автомате исчерпала лишь часть своей прочности - 0,34, в отличие от значения ресурса нити, равного 0,8, вычисленного по одной из классических теорий прочности.

6. Разработана теория, создана испытательная установка и проведены эксперименты по определению долговечности вискозных и комбинированных нитей. Испытания осуществлены на установке, созданной на кафедре МТВМ МГТУ имени А. Н. Косыгина на базе разрывной машины FP -100/1.

7. Получены статистические характеристики долговечности вискозной и комбинированной нитей. На основе теории длительной прочности уточнены параметры долговечности нити.

8. Проведены экспериментальные исследования релаксационных процессов в вискозных и комбинированных нитях. Рассчитаны упругие постоянные и реологические параметры релаксации комбинированной нити по методу прямого определения параметров ядра интегрального уравнения релаксации, основанному на численных методах оптимизации (метод деформируемого многогранника).

9. Определена способность и нити к переработке на трикотажной машине, выполнен расчет функции повреждаемости комбинированной нити на круглочулочном автомате. Результаты расчета показывают, что комбинированная нить в процессе петлеобразования исчерпала лишь часть своей прочности, причем не такую значительную, чтобы говорить о разрыве нити.

1. Минаков А.П. Основы механики нити. Научно-исследовательские труды Московского текстильного института, 1941, т. 9, выпуск 1, с. 188.

2. Алексеев Н.И. Статика и установившееся движение гибкой нити. — М.: Легкая индустрия, 1970. 268 с.

3. Щедров B.C. Основы механики гибкой нити. -М.: Машгиз, 1961. -172 с.

4. Якубовский Ю.В., Живов B.C., Коритысский Я.И., Мигушов И.И. Основы механики нити. М.: Легкая индустрия, 1973. - 273 с.

5. Меркин Д. Р. Введение в механику гибкой нити. М., Наука, 1980.

6. Щербаков В.П. Научные основы переработки нитей в трикотажном производстве. Дисс. на соиск. учен. степ. д. т. н. М., 1983. — 331 с.

7. Огибалов П. М., Рабинович А. Л., Федотов Н. М. О силах взаимодействия между тросом и шкивом. Прикладная математика и механика, 1939. Т. III, в.З.-С. 113-123.

8. Полухин В. П. и др. Зависимость натяжения нити от радиуса кривизны огибаемого контура / Полухин В. П., Зак И. С., Никифоров В. М.

9. Технология текстильной промышленности. Изв. Вузов, 1963, № 6, с. 83-88.

10. Рагоза И. В., Шерман П. П. Исследование прохождения нити по стержням малого диаметра. — Технология текстильной промышленности. Изв. Вузов, 1968, № 1, с. 88-93.

11. Ефремов Е. Д. Влияние толщины нити и геометрических параметров рабочих органов машины на натяжение нити. Технология текстильной промышленности. Изв. Вузов, 1958, № 6, с. 63-67.

12. Каган В.М. Взаимодействие нити с рабочими органами текстильных машин. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 119 с.

13. Мигушов И.И. Некоторые вопросы статики и динамики механических систем с упругими нитями в текстильных машинах. Дисс. на соиск. учен. степ. к. т. н. М., 1969. - 247 с.

14. Сурков К.С. Влияние жесткости нити на ее натяжение при взаимодействии с петлеобразующими органами трикотажных машин. М.: изд. ЛГУ, 1974.-107 с.

15. Рагоза И.В. Протягивание упругой на изгиб нерастяжимой связи по цилиндрической поверхности. Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1967, № 1, с. 124 - 131.

16. Мигушов И.И. Механика текстильной нити и ткани. М.: Легкая индустрия, 1980. - 159 с.

17. Wei М., Rongjuan Chen. An Improved Capstan Equation for Nonflexible Fibers and Yarns. Textile Res. J., 1998, № 68(7), p. 487-492.

18. Щербаков В.П. Натяжение комплексной нити при движении по поверхности с трением. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1982, № 1, с. 83 - 87.

19. Шалов И.И., Далидович А.С., Кудрявин Л.А. Технология трикотажного производства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. -296 с.

20. Tompkins E. The sciens of knitting. — London, New York: John Wiley and sons, 1914.-330 pp.

21. Leaf G.A.V. Glaskin A. The Geometry of a Plain Knitted Loop. J. Tekt. Inst. 46T587 1955.

22. Труевцев А. В. Прикладная механика трикотажа, С.-Пб, 2007. 89 с.

23. Postle R., Munden D.L. Analysis of the Dry-Relaxed Knitted-Loop Configuration. J. Text. Inst., vol.58, № 8, 1967.

24. Шалов И. И. Усадка трикотажа. М.: Гизлегпром, 1958.- 178 с.

25. Spencer D. Knitting technology. Oxford: Pergamon Press, 1989. - 357 pp.

26. Цитович И. Г. Технологическое обеспечение качества и эффективности процессов вязания поперечновязаного трикотажа. — М.: Легпром-бытиздат, 1992. 240 с.

27. Knapton J. J. F., Ahrens F. J., Ingenthron W. W., Fong W. The dimensional properties of knitted wool fabrics. Part I: Textile Research Journal-, 1968, Vol. 38, №10, p. 999-1012.

28. Цитович И. Г., Сенчило И. И., Орбеладзе Е. Ю. Проектирование е технологическое обеспечение качества при выработке полотен кулир-ными переплетениями. // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1997, № 1, с. 72 75.

29. Конопасек М. Метод исследования петельной структуры трикотажа. // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1968, № 1, с. 81 -87.

30. De Jong S., Postle R. A general energy analysis of fabric mechanics using optimal control theory. // Textile Research Journal, 1978, Vol. 48, № 3, p. 376-379.

31. De Jong S., Postle R. An introduction to the study of fabric mechanics using optimal control theory. // Textile Institute and Industry, 1977, № 11, p. 376-379.

32. Кудрявин JI.А. Основы теории строения, свойств и процессов выработки сетеизделий трикотажных переплетений. Автореферат дисс. на соиск. учен. степ. д. т. н. М., 1975.

33. Заваруев В.А. Исследование особенностей переработки металлических мононитей на вязальных машинах с целью получения полотен технического назначения. Дисс. на соиск. учен. степ. к. т. н. — М., 1980.-305 с.

34. Боровков В.В. Разработка системы автоматизированного проектирования трикотажа технического назначения. Дисс. на соиск. учен. степ, к. т. н.-М., 1999.-273 с.

35. Лазаренко В. М., Фрейдман Н. Е. Описание изобретения к авторскому свидетельству № 684470/28. Прибор для определения жесткости тканей и других текстильных материалов. Бюллетень изобретений, 1960, №10.

36. Цитович И. Г., Каган В. М., Пиотровский А. М. Описание изобретения к авторскому свидетельству № 4437811/12. Прибор для определения жесткости тканей и других текстильных материалов. Бюллетень изобретений, 1991, №13.

37. Оуэн Дж. Д. Применение методов одиночного и двойного маятника Села для измерения жесткости одиночного волокна. — Тесктильный институт, 1965, № 56, с. 329-339.

38. Попов Е. П. Теория и расчет гибких упругих стержней. М.: Наука, 1986.-296 с.

39. Щербаков В. П. Прикладная механика нити. М.: РИО МГТУ имени А. Н. Косыгина, 2001. 301 с.

40. Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. М., 1965, т. 1,2.

41. Кудрявин JI. А. Основы проектирования трикотажного производства с элементами САПР. М.: Легпромбытиздат, 1989. 288 с.

42. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. М., Наука, 1979.

43. Москвитин В. В. Сопротивление вязкоупругих материалов. М.: Наука, 1972.-328 с.

44. Ильюшин А. А., Победря Б. Е. Основы математической теории термо-вязкоупругости. М.: Наука, 1970. - 280 с.

45. В. D. Coleman, Statistics and Time Dependence of Mechanical Breakdown in Fibres, Journal of applied Physics, vol. 29, №6, 1958, p.p. 968-983.