автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка метода расчета рациональных параметров строения тканей различного переплетения с учетом технологии их изготовления

На правах рукописи

РГБ 01

- 4 ян* т\{)

РАЧЕНКОВА ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СТРОЕНИЯ ТКАНЕЙ РАЗЛИЧНОГО ПЕРЕПЛЕТЕНИЯ С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.19.03 "Технология текстильных материалов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена на кафедре ткачества Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косыгина

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

НИКОЛАЕВ Сергей Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ПАНИН Иван Николаевич кандидат технических наук, доцент ТАРАСОВ Виктор Лукьянович

Ведущая организация - ОАО "Куровской текстиль"

Защита состоится " декабря 2000 года в часов на заседании

•диссертационного совета К053.25.02 в Московском государственном текстильном университете имени А.Н.Косыгина по адресу: 117918, Москва, Малая Калужская, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косышна

Автореферат разослан ." ноября 2000 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Н. А. ОСЬМИН

/

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвящена разработке автоматизированного метода расчета рациональных параметров строения тканей с учетом технологии их изготовления на основе линейной теории изгиба упругих стержней.

Автором предложены новые формулы для расчета параметров строения тканей с учетом объемного расположения в ней нитей основы и утка применительно к широкому ассортименту тканей. Для исследования выбраны 20 тканей различного переплетения.

Разработаны алгоритм и программа расчета по определению необходимых характеристик:

- рациональных параметров строения тканей с учетом технологических параметров их изготовления на ткацком станке и свойств используемых нитей;

- технологических параметров изготовления тканей (натяжение основы и утка) с учетом параметров строения тканей и свойств используемых нитей.

Выявлены факторы, в наибольшей степени влияющие на строение тканей и технологические параметры их изготовления на ткацком станке.

В экспериментальной части работы были подучены данные, подтверждающие корректность разработанного метода расчета. Изучено строение и свойства тканей.

Решена компромиссная задача по определению оптимального заправочного натяжения основы при изготовлении 20 тканей различного переплетения.

Автор защищает:

1. Автоматизированный метод прогнозирования параметров строения и технологических параметров изготовления однослойных тканей на основе линейной теории изгиба упругих нитей с учетом реального расположения нитей в ткани;

2. Оптимальные условия изготовления тканей различного переплетения на ткацком станке;

3. Новое программное обеспечение, с помощью которого можно рассчитать рациональные параметры строения ткани, оптимальные технологические параметры их изготовления на ткацком станке, построить геометрические модели строения тканей.

4. Универсальнаую математическую модель, устанавливающую взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления однослойной ткани различного переплетения, параметрами ее строения, свойствами используемых нитей с учетом пространственного расположения основы и утка в ткани, их сжатия.

5. Экспериментальные математические модели влияния заправочного натяжения основы на параметры строения и свойства ткани, а также условия их изготовления. <

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные технологии во всем мире неразрывно связаны с применением программных средств для обработки и хранения информации. В ткачестве существуют две разновидности программного обеспечения. К первой относятся программы, связанные с проектированием тканей и их переплетений. Ко второй относятся программы, позволяющие рассчитывать параметры строения, их свойства или технологические параметры. Недостатком этих программ является то, что при расчете параметров строения и свойств тканей не учитываются технологические параметры, и., наоборот, при расчете технологических параметров учитываются, как правило, только параметры наладки ткацкого станка

Актуальность нашего исследования заключается в разработке функциональной взаимосвязи между параметрами строения и технологическими параметрами изготовления тканей главного класса, их производных, а также тканей комбинированного класса переплетений и автоматизированных методов прогнозирования параметров строения ткани и технологических параметров их изготовления на ткацких станках.

Целью работы является получение универсальной математической модели, устанавливающей взаимосвязь между параметрами строения однослойных тканей и технологическими параметрами их изготовления, разработке программного обеспечения для расчета любой однослойной ткани.

Для достижения поставленной цели задачами данного исследования являются:

- установление взаимосвязи между технологическими параметрами изготовления тканей, параметрами их строения и свойствами используемых нитей;

- разработка автоматизированного метода расчета рациональных параметров строения ткани по заданным технологическим параметрам с учетом свойств используемых нитей;

- разработка автоматизированного метода расчета натяжения нитей в зависимости от параметров строения тканей с учетом свойств используемых нитей;

- определение экспериментальных математических моделей влияния заправочного натяжения основы на свойства, строения тканей различного переплетения и условия их изготовления;

- оптимизация заправочного натяжения основы при изготовлении тканей различного переплетения.

Методы м средства исследований. Методика исследования включает в себя теоретические и экспериментальные исследования. В работе используются линейная теория упругих стержней, регрессионный анализ, методы численного решения задач на ПЭВМ. При оптимизации решается

компромиссная задача. При проведении экспериментальных исследований использованы теюометрическая установка для измерения натяжения нитей, приборы для определения физико-механических свойств. Для построения геометрических моделей строения тканей использован метод микросрезов.

Научная новизна. Автором работы впервые:

получена универсальная функциональная взаимосвязь между параметрами строения ткани различного переплетения и технологическими параметрами с учетом пространственного расположения основы и утка в ткани, их сжатия на основе линейной теории изгиба нитей;

- разработана методики расчета рациональных параметров строения ткани в зависимости от свойств используемых нитей, параметров заправки и строения тканей;

- разработана методика расчета оптимального натяжения основы и утка в зависимости от параметров строения ткани, ее параметров заправки на ткацком станке и свойств используемых нитей;

- разработан алгоритм задачи автоматизированного расчета параметров строения и технологических параметров изготовления ткани;

- получены экспериментальные математические модели влияния заправочного натяжения основы на основные параметры строения и свойства тканей различного переплетения.

Практическая ценность работы заключается в:

- разработке программного обеспечения для расчета параметров строения любых однослойных тканей и технологических параметров их изготовления на ткацком станке;

- определении оптимального натяжения основы для получения тканей заданного строения для 20 переплетений;

- получении математических моделей для прогнозирования параметров строения, свойств тканей и условий их изготовления на ткацком станке в зависимости от заправочного натяжения;

Результаты работы внедрены'в учебных технологических лабораториях и в учебном процессе на кафедре ткачества Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косыгина.

Апробация работы.

Основное содержание работы докладывалось и получило одобрение на:

- международных научно-технических конференциях "Прогресс-96", "Прогресс-98", Иваново, 1996 г., 1998 г.,;

- всероссийских научно-технических конференциях "Текстиль-96", "Текстиль-97", "Текстиль-98", Москва, 1996 г., 1997 г., 1998 г.;

- межвузовской научной конференции РосЗИТЛП, Москва, 1998 г.;

заседаниях кафедры ткачества МГТУ имени А.Н.Косыгина, ноябрь 1999 г., октябрь 2000 г.г.

По материалам диссертационной работа опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с выводами, общих выводов и рекомендаций по работе, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 239 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 29 таблиц. Список литературы включает 70 наименований. Приложения представлены на 51 странице.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность. Сформулированы цели и задачи исследования, приведены основные результаты данного исследования.

Первая глава посвящена состоянию вопросы. Работы, относящиеся к теме данного исследования, рассматривались по следующим основным направлениям:

работы, посвященные разработке методов и систем автоматизированного проектирования тканей;

- работы, посвященные разработке методов проектирования тканей;

- работы, посвященные нахождению взаимосвязи технологических параметров и параметров строения тканей;

- работы, посвященные оптимизации технологического процесса ткачества.

Наибольший вклад в решение поставленных задач внесли проф. Николаев С.Д., проф. Мартынова A.A., проф.Юхин С.С., проф. Севостьянов А.Г., проф. Оников Э.А., проф. Власов П.В., проф. Степанов Г.В.

Анализ литературных источников позволил подтвердить актуальность данного исследования и выявить вопросы, требующие решения: необходимо иметь функциональную взаимосвязь между параметрами строения ткани различного переплетения и технологическими параметрами их изготовления на ткацком станке с учетом пространственного расположения нитей друг относительно друга; необходимо иметь компьютерные программы расчета рациональных параметров строения ткани и оптимальных технологических параметров их изготовления на ткацком станке и построения геометрических моделей строения тканей.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям.

Рассмотрим ткань как две системы нитей, переплетенных друг с другом. На рис. 1 изображены геометрические модели строения ткани переплетением саржа 1/4. При выводе формул даны следующие обозначения: Ми - момент изгиба нити, N - сила нормального давления нитей, J-\. -соответственно натяжение основы и утка, Ре,Ру- соответственно плотности ткани по основе и утку, ho,h- соответственно высоты волн изгиба нитей основы и утка, £„,£„- соответственно модули упругости нити по основе и утку, ■/„,/>,- соответственно моменты инерции сечения нити основы и утка.

ги/ь

>14 у

N N

11,50о

оспоиа

Рис. 1. Геометрические модели переплетения саржа V*.

Момент инерции сечения сплошной нити определяется по следующим формулам:

- для круглого сечения 10 = 0 05С, /, = 0.05./,4 ;

- для элипсообразного сечения

где (/,„, -диаметр нити основы и утка в горизонтальном направлении,

с/т, </,„ -диаметр нити основы и утка в вертикальном направлении. Для нахождения взаимосвязи между технологическими параметрами ткачества и параметрами строения ткани, заправленной на станке, использовали общее дифференциальное уравнение изгиба нити. Для переплетения ткани саржа 1/4 решение уравнений принимает следующий вид: 4 N

К =-

5К

р.. у V ^

\

£,Л

97 = 1.6-

250

и

250 -1 5с/„ 1 7-;

(О (2)

(3)

Для нахождения общих зависимостей для тканей главного, производного и комбинированного класса переплетений рассмотрены геометрические модели тканей для 20 переплетений. Отметим, что для' различных видов переплетений различными будут геометрические плотности 10 и 1У Таким образом, универсальные формулы расчета параметров строения и выработки ткани будут следующими:

- общее уравнение для высоты волны изгиба нитей в ткани

• 0 V Рп

N

К

к

(4)

(5)

- отношение высот волн изгиба нитей в ткани

Щл

I-

9,

к,

(6)

- натяжение нитей утка и основы на станке (из (2.26)) р _ ЕС1. -ИГ^Е.!^,

(7)

(8)

\t.-i,- V-кТк

к - соотношение натяжения основной ниги к уточной. Уравнение для расчета геометрических плотностей ткани имеет следующий вид:

где

ЮОД Я,,-/

р,1„

2'<>

/ =-

я,

100Л„ Л

(10)

В диссертации получены значения геометрических плотностей тканей 20 различных переплетений.

Полученные зависимости позволяют рассчитывать параметры строения и изготовления любых однослойных тканей.

Ниже представлены формулы для расчета параметров строения и изготовления ткани с учетом пространственного расположения нитей в элементе ткани.

Условный диаметр нитей основы и утка с учетом смятия.

0.002\Е1>с1о(/еп>. - 2)1епу ---

Я,

с/'

- + 0,0021 Е4*тт„.

(11)

О.ООНЕ^Меп-гуеп, = ^ +--— + 0-00 2\Е/уптту,

(12)

(13)

(14)

где 1еп0, 1епу - среднее количество нитей основы и утка в перекрытии,

Бтт0, л//??/??. - наличие симметрии относительно нитей основы и утка (может быть только 1 или 0).

Момент инерции эллипсообразного сечения нитей основы и утка.

если сС < и < , то /„=о.о

если > <Уоя и > с1'уг, то 10 = 0.05«-

Геометрические плотности ткани по основе и утку.

2>.

г

ЮОЛ Л-/

о о

Рх

1.

Яу

2Х

100Д, /Су-^

р 1 I >!

>>' >

(1-0.0007£Х);

(1 - 0.0007Е^п^).

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

где п„„ пп. - среднее число смены нитями основы и утка своего положения относительно нитей противоположной системы в предыдущем разрезе.

Следует отметить, что величина диаметра нитей основы и утка - с]0 и с/у- в формулах расчета высоты волны изгиба следует заменить на и а в формулах расчета уработки - на г/, и <1'п.

В практике ткачества приходится решать два типа задач.

- по технологическим параметрам при определенных свойствах и характеристиках нитей и параметрах заправки ткацкого станка необходимо прогнозировать параметры строения тканей;

- по параметрам строения ткани и при определенных свойствах и характеристиках нитей и параметрах заправки необходимо прогнозировать технологические условия изготовления тканей.

При первой задаче порядок расчета следующий:

- определение диаметров нитей основы и утка;

- определение момента инерции круглого сечения нитей основы и

утка;

- расчет геометрических плотностей ткани по основе и утку;

-определение фазы строения ткани;

-расчетвысот волн изгиба нитей утка и основы;

- расчет урабогок нитей основы и утка в ткани.

При второй задаче порядок расчета следующий:

- расчет диаметров нитей основы и утка;

- определение моментов инерции круглого сечения нитей основы и

утка;

- определение фазы строения ткани;

- определение высот волн изгиба нити утка и основы;

- расчет урабогок нитей основы и утка;

- расчет натяжение нитей основы и утка на станке.

Для автоматизации расчетов разработаны алгоритм и программы расчета рациональных параметров строения ткани и технологических параметров их изготовления на языке программирования С-н-.

^Расчеты, выполненные по приведенным формулам, позволили установить, что:

- наибольшую высоту волны изгиба нитей имеют ткани с более длинными перекрытиями, при этом ткани главных переплетений имеют большую высоту волны изгиба нитей в ткани, чем производных;

- наибольшую величину уработки нитей имеют ткани с большим количеством смены положения нити на противоположное и, при прочих одинаковых характеристиках строения, с большей длиной перекрытия;

- наибольшую величину заправочного натяжения нитей основы на станке имеют ткани с большим количеством смены положения нити на противоположное, ткани, имеющие квадратное строение и ткани с более длинными основными перекрытиями при прочих равных условиях;

- при увеличении натяжения нитей основы на станке высота волны изгиба нитей утка и уработка нитей утка увеличиваются, а высота волны изгиба ниги основы, уработка нитей основы и порядок фазы строения ткани уменьшаются;

- при увеличении натяжения нитей утка на станке высота волны изгиба нитей основы, уработка нитей основы и порядок фазы строения ткани увеличиваются, а высота волны изгиба нити основы, уработка нитей утка уменьшаются;

- при увеличении линейной плотности нитей основы высота волны изгиба нитей основы и утка, уработка нитей основы и утка, а также порядок фазы строения ткани увеличиваются;

- при увеличении линейной плотности нитей утка высота волны изгиба нитей основы и утка и уработка нитей основы и утка увеличиваются, а порядок фазы строения ткани уменьшается;

- при увеличении плотности ткани по основе высота волны изгиба нитей основы, уработка нитей основы и утка, а также порядок фазы строения ткани увеличиваются, а высота волны изгиба нитей утка уменьшается;

- при увеличении плотности ткани по утку высота волны изгиба нитей утка и уработка нитей основы и утка увеличиваются, а высота волны изгиба нитей основы и порядок фазы строения ткани уменьшаются.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям. Были определены основные параметры строения тканей и их физико-механические свойства. Получены математические модели влияния заправочного натяжения основных нитей на свойства тканей, параметры их строения и условия изготовления на ткацком станке.

При испытании свойств тканей использовались стандартные методы и приборы. При определении параметров строения использовался метод микросрезов ткани. При исследовании натяжения нитей использована тензометрическая установка с использованием датчиков омического сопротивления.

Экспериментальные исследования параметров строения ткани дали хорошую сходимость с расчетными данными. Это свидетельствует об эффективности используемого нами метода.

При обработке экспериментальных данных использованы современные ПЭВМ.

Были исследованы 20 однослойных тканей различного переплетения. Анализ экспериментальных данных позволил установить, что:

- заправочное натяжение основы в значительной степени определяет строение тканей, при его увеличении уработка основных нитей уменьшается, а уработка уточных нитей увеличивается, при этом порядок фазы строения ткани уменьшается;

- наибольшее натяжение основы имеют ткани с большим количеством пересечений основных и уточных нитей в раппорте переплетения;

- при увеличении заправочного натяжения основных нитей: разрывная нагрузка полосок ткани как в направлении основы, так и в направлении утка сначала увеличивается, а потом уменьшается; аналогично изменяется и прочность ткани на раздирание и стойкость ткани к истиранию;

воздухопроницаемость ткани увеличивается; толщина ткани уменьшается.

Четвертая глава посвящена оптимизации технологического процесса изготовления 20 тканей различного.переплетения. Оптимизирован основной технологический параметр - заправочное натяжение основы.

На практике чаще всего приходится учитывать несколько выходных параметров. Иногда их число довольно велико. Так при выработке тканей приходится учитывать физико-механические, технологические, экономические, художественно-эстетические и другие параметры.

В работе в качестве критериев оптимизации выбраны: уработка основных нитей в ткани - Yj, уработка уточных нитей в ткани - Yj, воздухопроницаемость ткани - Y3.

В экспериментальной части получены регрессионные уравнения влияния заправочного натяжения основных нитей на выходные параметры исследуемых тканей Анализ ассортимента тканей, выпускаемого в хлопчатобумажной отрасли, а также расчетных значений уработок нитей в тканях различного переплетения позволил установить необходимые уровни критериев оптимизации, которые даны в таблице1.

При нахождении оптимальных параметров решалась компромиссная задача. Решение проводилось на ПЭВМ, использовалась стандартная программа Eureka. Оптимальное заправочное натяжение основы при изготовлении тканей различного переплетения представлено в таблице 2.

Установка оптимального заправочного натяжения основных нитей обеспечивает выполнение тех критериев оптимизации, которые были заданы выше. Ткани, изготовленные при оптимальном заправочном натяжении, имеют необходимые физико-механические свойства и рациональные параметры строения.

Таблица 1

Вид переплетения . • , - а„. % : ■ . • ач Г» . W, дмУм3с . F», с H .

Полотняное Y1 <5.8 Y2 < 6.4 Y3 - max 28 < X <40

Репс основный 5/5 Y1 <2.2 Y2 <2.5 Y3 - max 27 <X < 39

Репс уточный 5/5 Y1 <3.2 Y2 < 3.3 Y3 - max 28 < X < 32

Полурепс основный 4/1 Y1 <2.5 Y2 < 5.3 Y3 - max 30 < X < 38

Полурепс уточный 4/1 Y1 <6.7 Y2 < 2.6 Y3 - max 20 < X < 24

Просвечивающее ( полотно и репс основный 3/3) Y1 <6.7 Y2< 5.5 Y3 - max 21 <X<29

Саржа 1/4 Y1 <3.1 Y2 < 4.3 Y3 - max 31 <X<47

Саржа 2/3 Y1 <1.8 Y2 < 3.9 Y3 - max 43 < X < 59

Саржа 3/2 Y1 <2.4 Y2 < 2.6 Y3 - max 28 < X < 40

Обратносдвинугая саржа 1/4 Y1 <3.5 Y2<3.5 Y3 - max 32 < X < 48

Квадраты на базе саржа 1/4 Y1 <4.2 Y2 < 4.4 Y3 - max 26 < X < 38

Вафельное на базе саржа 1/5 Y1 <4.5 Y2 < 3.8 Y3 - max 26 <X < 34

Атлас 5/3 Y1 <30 Y2 < 4.9 Y3 - max 35 < X < 47

Сатин 5/3 Y1 <2.8 Y2 < 5.5 Y3 - max 38 <X <54

Полосы: атлас 6 и сатин 4 Y1 <2.9 Y2 < 5 .6 Y3 - max 34 < X < 46

Полосы: сатин 6 и атлас 4 Y1 <3.0 Y2 < 5 .6 Y3 - max 28 < X < 48

Квадраты на базе сатин 5/3 YI <3.1 Y2 < 7.1 Y3 - màx 46 < X < 62

Креп методом добавления перекрытий на полотно Y1 <6.0 Y2 < 6.8 Y3 - max 30 < X < 38

Креп негативным способом на базе саржа 3/2 Y1 <3.2 Y2 < 4.4 Y3 - max 32 < X < 44

Креп методом вращения на базе саржа 2/3 Y1 < 1.3 Y2< 1.6 Y3 - max 30 < X < 42

Таблица 2

\ Вид переплетения - ' - , а,. Ч . а- % W, дм3/м2с ' Fo, сН ;

Полотняное 5,1 6,3 290,5 36,8

Репс основный 5/5 1,8 2,4 989,6 36,2

Репс уточный 5/5 3,0 3,2 806,9 29,7

Полурепс основный 4/1 2,4 4,8 931,3 ' 33,7

Полурепс уточный 4/1 6,4 2,5 967,0 22,8

Просвечивающее(полотно и репс основный 3/3) 6,5 5,0 1174,0 24,8

Саржа % 2,9 3,8 573,7 37,5 .

Саржа 2/3 1,7 3,4 659,9 49,9

Саржа 3/2 2,3 2,2 702,1 32,0

Обратносдвинугая саржа 1/4 3,3 3,0 1204,5 39,1

Квадраты на базе саржа 1/4 4,1 3,7 1163,9 30,4

Вафельное на базе саржа 1/5 . 4,4 s 3,7 993,0 29,2

Атлас 5/3 2,9 4,4 1004,8 39,3

Сатин 5/3 2,5 5,3 . 993,8 48,2 ■

Полосы: атлас 6 и сатин 4 2,7 5,2 953,0 40,5

Полосы: сатин 6 и атлас 4 2,9 4,5 1124,9 35,7

Квадраты на базе сатин 5/3 2,9 6,7 1286,0 54,0

Креп методом добавления перекрытий на полотнян. 5,8 6,2 839,3 33,1

Креп негативным способом на базе саржа 3/2 3,0 4,2 1018,2 39,1

Креп методом вращения на базе саржа 2/3 1,2 1,5 889,4 38,0

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

1. На основе линейной теории изгиба упругих стержней и решения основного дифференциального уравнения изгиба нитей основы и утка в ткани получены функциональная взаимосвязь между параметрами строения тканей и технологическими параметрами их изготовления на ткацком станке с учетом пространственного расположения основных и уточных нитей в ткани для 20 переплетений. »

2. Разработанный метод расчета рациональных параметров строения тканей позволяет учитывать технологические параметры их изготовления и свойства используемых нитей.

3. Разработанный метод расчета оптимальных технологических параметров изготовления ткани на ткацком станке позволяет учитывать параметры строения тканей и свойства используемых нитей.

4. Проанализированы основные функциональные зависимости между технологическими параметрами изготовления тканей и параметрами их строения на основе линейной теории изгиба нитей для тканей 20 переплетений; выявлено влияние различных факторов на строение ткани и натяжение нитей в процессе их переработки на ткацком станке.

5. Установлено, что порядок фазы строения ткани увеличивается с уменьшением заправочного натяжения основы, линейной плотности основы, модуля упругости утка, плотности, ткани по основе, с увеличением натяжения утка, плотности ткани по утку, линейной плотности утка, модуля упругости по основе.

6. Разработаны алгоритм и программа расчета технологических параметров изготовления тканей и параметров их строения, позволяющий строить любые мелкоузорчатые переплетения, производить расчет их параметров и записывать данные в табличном виде отдельным файлом.

7. Полученные экспериментальные математические модели влияния заправочного натяжения основы при изготовлении тканей 20 различных переплетений на строение, свойства и условия изготовления тканей позволяют прогнозировать их качество и получать . рациональное строение при оптимальных технологических условиях.

8. Проведенный эксперимент по исследованию строения, свойств и условий изготовления тканей подтвердил корректность разработанных нами

методов расчета рациональных параметров строения тканей и оптимальных технологических параметров их изготовления на ткацком станке.

9. Экспериментальные исследования позволили набрать статистику данных, необходимых для эффективного использования разработанного нами метода.

10. Определено оптимальное заправочное натяжение основных нитей при изготовлении 20 тканей различного переплетения, обеспечивающее рациональное строение тканей (заданные уработки нитей) и необходимые гигиенические свойства тканей (воздухопроницаемость).

11. Результаты работы апробированы и внедрены в учебных технологических лабораториях Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косыгина.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для прогнозирования рациональных параметров строения тканей различного переплетения и технологических параметров их изготовления необходимо использовать разработанный метод на основе функциональной взаимосвязи на основе линейной теории упругих стержней с учетом пространственного расположения нитей в элементе ткани.

2. Для прогнозирования физико-механических свойств тканей различного переплетения и условий их изготовления на ткацком станке необходимо использовать полученные экспериментальные математические модели.

3. Для расчета рациональных параметров строения тканей различного переплетения и рационального- строения целесообразно использовать разработанное программное обеспечение для современных вычислительных машин.

4. Для снижения напряженности заправок и улучшения условий изготовления тканей необходимо устанавливать определенное в работе заправочное натяжение основных нитей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Николаев С.Д., Юхин С.С., Раченкова О.М. Взаимосвязь технологических параметров и параметров строения ажурных тканей. Вестник МГТА, 1995. - с.39-45.

2. Николаев С.Д., Раченкова О.М., Ляхова Е.В. Взаимосвязь технологических параметров строения тканей комбинированного класса переплетений. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Прогресс-96», Иваново, ИГТА. - с.99-100.

3. Николаев С.Д., Раченкова О.М. Компьютерное моделирование геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-96», МГТА имени А.Н. Косыгина. - с.94-95.

4. Раченкова О.М. Особенности построения геометрических моделей строения тканей. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-97», МГТА имени А.Н. Косыгина. - с.123.

5. Николаев С.Д., Раченкова О.М., Сидоренко Н.К., Авилочкина H.A. Разработка метода установления функциональной зависимости • между параметрами строения тканей и их технологическими параметрами. Сборник научных трудов, выполненных по итогам конкурса грантов МГТА, 1997. - с.3-6.

6. Раченкова О.М., Николаев С.Д. Компьютерное моделирование геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Тезисы докладов научной конференции РосЗИТЛП, 1998. - с. 102.

7. Николаев С.Д., Раченкова О.М. Компьютерное моделирование геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Ж. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности 1998 №4 -с.42-44.

8. Раченкова О.М., Авилочкина H.A., Никишин В.Б., Николаев С.Д. Разработка геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Прогресс-98», Иваново, ИГТА. - с. 138.

9. Раченкова О.М., Никишин В.Б. Исследование натяжения основных нитей на ткацком станке. Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции «Тексиль-98», МГТА имени АН. Косыгина -с.77-78.

ИД №01809 от 17.05.2000

Подписано в печать 22.11. 2000 Сдано в производство 23.11. 2000 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1, 0 Уч.-изд.л. 0,75 Заказ 531 Тираж 80

Электронный набор МГТУ, 117918, Москва, Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Работы, посвященные разработке методов и систем автоматизированного проектирования тканей.

1.2. Работы, посвященные разработке методов проектирования.

1.3. Работы, посвященные нахождению взаимосвязи технологических параметров и параметров строения ткани.

1.4. Работы, посвященные оптимизации технологического процесса ткачества.

Задачи исследования.

Выводы по главе.

Глава 2. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СТРОЕНИЯ ТКАНИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ.

2.1. Взаимосвязь технологических параметров изготовления ткани и параметров ее строения.

2.1.1. Вывод и анализ функциональной взаимосвязи между технологическими параметрами изготовления тканей и параметрами их строения на основе линейной теории изгиба нитей.

2.1.2. Вывод универсальных формул взаимосвязи между технологическими параметрами изготовления тканей и параметрами их строения.

2.1.3. Нахождение параметров строения и изготовления ткани с учетом пространственного расположения нитей в элементе ткани.

2.2. Разработка метода расчета рациональных параметров строения ткани и технологических параметров ее изготовления.

2.2.1. Метод прогнозирования технологических параметров ткани по параметрам строения и изготовления ткани.

2.2.2. Метод прогнозирования параметров изготовления ткани по технологическим параметрам и параметрам строения ткани.

2.3. Разработка алгоритма и программы расчета рациональных параметров строения ткани и технологических параметров ее изготовления.

2.4. Влияние вида переплетения на параметры строения и технологические параметры изготовления ткани.

2.5. Влияние технологических параметров на параметры строения ткани и различных параметров строения на технологические параметры изготовления ткани.

Выводы по главе.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЛИЯНИЯ НАТЯЖЕНИЯ НА СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ТКАНЕЙ РАЗЛИЧНОГО ПЕРЕПЛЕТЕНИЯ.

3.1. Выбор измерительной аппаратуры.

3.2. Методика проведения эксперимента.

3.3. Исследование натяжения нитей основы при изготовлении тканей различного переплетения.

3.4. Влияние натяжения основы на строение вырабатываемых тканей.

3.5. Влияние натяжения основы на свойства вырабатываемых тканей.

3.6. Влияние вида переплетения на расположение нитей основы и утка в ткани.

Выводы по главе.

Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ЗАПАРАВОЧНОГО НАТЯЖЕНИЯ ОСНОВНЫХ НИТЕЙ.

4.1. Выбор критериев оптимизации.

4.2. Влияние технологических параметров на параметры оптимизации.

Выводы по главе.

Реформы последних десяти - пятнадцати лет в нашей стране были направлены на изменение политической доктрины и развитие рыночной экономики. Построение новых форм взаимодействия межу государством, предприятием и потребителем привели к жесткой конкуренции со стороны зарубежного производителя, что способствовало «утечке» капитала из страны. Чтобы заполнить образовавшийся дефицит экономики, государство начало вводить новые налоги и поднимать налоговые ставки, что привело к разорению еще большего количества предприятий. Помимо этого, критическое положение в текстильной промышленности обострилось развалом Союза, так как сырье, составляющее до 90% себестоимости конечного продукта пришлось закупать за валюту в бывших союзных республиках. Кроме того, многие предприятия текстильной промышленности, в частности ткацкие фабрики, на момент начавшихся преобразований были оснащены устаревшим оборудованием, что не позволило составить достойную конкуренцию нахлынувшему из-за рубежа современному и качественному товару.

Однако, в последнее время начались сдвиги, связанные с политико-экономическими преобразованиями в России. В частности, рассматриваются законопроекты по снижению налогового бремени отечественного производителя за счет пополнения бюджета из других источников, в частности за счет упразднения теневой экономики и контроля за доходами и расходами частных граждан. Помимо этого, ведется активная пропаганда отечественной продукции, всегда выгодно отличавшейся от зарубежных аналогов применением при изготовлении натурального сырья.

Поэтому, на данном этапе развития ткацкого производства особо остро стоит задача выработки ассортимента тканей, отвечающих тенденциям моды и, в то же время, предусматривающего экономный расход

- 6 сырья. Ее решение достигается посредствам применения программных средств на этапе проектирования параметров строения ткани и технологических параметров ее изготовления.

Современные технологии во всем мире неразрывно связаны с применением программных средств для обработки и хранения информации. Проведенный анализ литературных источников показал, что на данный момент в нашей стране существует две разновидности программного обеспечения. К первому относятся программы, реализующие потребности дессинатора. Это построение рисунка переплетения и заправочный расчет ткани. Вторая разновидность программ позволяет рассчитывать параметры строения или свойства ткани. Как правило, эти программы являются результатом научных разработок. Общим недостатком таких программ является их ограниченность количеством заведенных переплетений. Очевидна необходимость написания программ, позволяющих рассчитывать заданные величины для любых переплетений.

Актуальность исследования заключается в разработке функциональной взаимосвязи между параметрами строения и технологическими параметрами изготовления тканей главного класса, их производных, а также тканей комбинированного класса переплетений и автоматизированных методов прогнозирования параметров строения ткани и технологических параметров их изготовления на ткацких станках.

Целью данной диссертационной работы является получение универсальной математической модели, устанавливающей взаимосвязь между параметрами строения однослойных тканей и технологическими параметрами их изготовления, разработке программного обеспечения для расчета любой однослойной ткани.

Научная новизна работы заключается в: - получении универсальной функциональной взаимосвязи между параметрами строения ткани и технологическими параметрами ее изготовления

- 7 с учетом пространственного расположения основы и утка в ткани, их сжатия на основе линейной теории изгиба нитей;

- разработке методики расчета рациональных параметров строения ткани в зависимости от свойств используемых нитей, параметров заправки и строения тканей;

- разработке методики расчета оптимального натяжения основы и утка в зависимости от параметров строения ткани, ее параметров заправки на ткацкий станок и свойств используемых нитей;

- разработке алгоритма задачи автоматизированного расчета параметров строения и технологических параметров изготовления ткани.

Практическая ценность работы заключается в:

- разработке программного обеспечения для расчета параметров строения любых однослойных тканей и технологических параметров их изготовления на ткацком станке;

- определении оптимального натяжения основы для получения тканей заданного строения для 20 переплетений;

- получении математических моделей для прогнозирования параметров строения, свойств тканей и условий их изготовления на ткацком станке в зависимости от заправочного натяжения.

Автор защищает:

1. Универсальную функциональную зависимость между параметрами строения ткани и технологическими параметрами с учетом пространственного расположения основы и утка в ткани, их сжатия на основе линейной теории изгиба нитей.

2. Математические модели для прогнозирования параметров строения, свойств тканей и условий их изготовления на ткацком станке в зависимости от заправочного натяжения для 20 переплетений.

- 8

3. Методику расчета рациональных параметров строения ткани в зависимости от свойств используемых нитей.

4. Методику расчета оптимального натяжения основы и утка в зависимости от параметров строения ткани, ее параметров заправки на ткацкий станок и свойств используемых нитей.

5. Алгоритм задачи автоматизированного построения рисунка переплетения любой однослойной ткни и расчета ее параметров строения и технологических параметров изготовления.

6. Рекомендации по установлению оптимального заправочного натяжения при выработке тканей заданного строения для 20 переплетений.

- 9

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

1. Выведены основные функциональные зависимости между технологическими параметрами изготовления тканей и параметрами их строения на основе линейной теории изгиба нитей для ткани переплетением саржа 1/4.

2. Проанализированы основные функциональные зависимости между технологическими параметрами изготовления тканей и параметрами их строения на основе линейной теории изгиба нитей для тканей 20 переплетений.

3. Разработаны универсальные формулы для расчета функциональных зависимостей между технологическими параметрами изготовления тканей и параметрами их строения на основе линейной теории изгиба нитей с учетом реального расположения нитей в ткани для любых однослойных тканей мелкоузорчатого строения.

4. Разработан метод проектирования технологических параметров ткани по параметрам строения и изготовления ткани.

5. Разработан метод проектирования параметров изготовления ткани по технологическим параметрам и параметрам строения ткани.

6. Разработан алгоритм программы расчета технологических параметров изготовления тканей и параметров их строения, позволяющий строить любые мелкоузорчатые переплетения, производить расчет их параметров и записывать данные в табличном виде отдельным файлом.

7. Проанализирована зависимость параметров строения тканей и технологических параметров их изготовления от вида переплетения.

- 179

8. Проанализирована зависимость параметров строения тканей от технологических параметров их изготовления.

9. Проанализирована зависимость технологических параметров изготовления тканей от параметров их строения.

10. Выбраны оборудование, измерительная аппаратура, а также средства и методики исследования и приведена матрица планирования эксперимента, позволяющие проводить экспериментальные исследования с необходимой достоверностью полученных результатов.

11. Проведен эксперимент, исследующий строение и физико-механические свойства тканей и позволяющий сделать вывод о верности теоретических разработок и пригодности тканей к использованию.

12. На основе проведенного эксперимента представлены данные, полученные в результате исследования микросрезов ткани, проведен анализ полученных характеристик и проведен расчет коэффициентов, влияющих на расположение нитей в ткани.

13. В результате оптимизации установлены оптимальные параметры выработки хлопчатобумажных тканей малой плотности для 20 переплетений.

- 180

РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Выведенные математические модели позволяют прогнозировать параметры строения, свойства тканей и условия их изготовления на ткацком станке в зависимости от заправочного натяжения для 20 переплетений.

2. Разработанные методики расчета оптимального натяжения основы и утка в зависимости от параметров строения ткани, ее параметров заправки на ткацкий станок и свойств используемых нитей может быть рекомендована при проектировании однослойных тканей и подборе оборудования для их выработки.

3. Разработанная программа PFS.exe позволяет решать задачи построения рисунка переплетения любой однослойной ткни и расчета ее параметров строения и технологических параметров изготовления автоматизированным способом.

4. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили составить рекомендации по установлению оптимального заправочного натяжения при выработке тканей заданного строения для 20 переплетений.

1. Сурнина Н.Ф. Проектирование ткани по заданным параметрам.-М.:1973.-142с.

2. Кальченко А.И., Муратова Г.И. Автоматизированная технология проектирования хлопчатобумажных тканей.-М.:ЦНИИТЭИлегпром, 1991, 27с.

3. Белов В.В., Воробьев Е.М., Шаталов В.Е. Теория графов, М.: -Высшая школа, 1976, 392с.

4. Алексеев К.Г. Основы расчета параметров строения и формирования тканей. М.: Легкая индустрия, 1973, 168с.

5. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. М.: -Легкая индустрия, 1980, 392с.

6. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

7. Мартынова A.A., Черникина Л.А. Лабораторный практикум по строению тканей. Учебное пособие для высших учебных заведений текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1976, 296с.

8. Кукин Г.Н., Соловьев A.A., Кобляков А.И. Текстильное материаловедение (текстильные полотна и изделия): Учебник для ВУЗов. М.: Легпромиздат, 1992, 272с.

9. Николаев С.Д., Власов П.В., Сумарукова Р.И., Юхин С.С. Теория процессов,. Технология и оборудование ткацкого производства. -М.: Легпромиздат, 1995, 256с.

10. Диссертации и авторефераты.

11. Литовченко А.Г. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ткани из комбинированных нитей. Дис. к.т.н. М, 1995. - 195с.

12. Мартынова A.A. К вопросу проектирования технических тканей из химических волокон по прочности на раздирание: Дис.к.т.н. М., 1964. - 151с.

13. Юхина Е.А. Определение оптимальных параметров строения и условий изготовления хлопколавсановых тканей: Дис.к.т.н. М., 1984. - 171с.

14. Васильев A.B. Создание оптимального строения ткани для рабочей одежды и технология ее изготовления: Дис.к.т.н. М., 1985. - 192с.

15. Левакова Н.М. Определение оптимальных параметров строения и условий изготовления ситовых тканей: Дис.к.т.н. М., 1989. - 194с.

16. Фирсов A.B. Разработка метода проектирования рисунков мелкоузорчатых переплетений и его реализация на ПЭВМ: Дис.к.т.н. М., 1995. - 113с.

17. Меркулов A.B. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ворсовых тканей: Дис.к.т.н. М., 1997 -224с.

18. Васильчикова Н.Д. Проектирование строения и свойств меланжевых тканей из лавсановискозной пряжи: Дис.к.т.н. Л., 1968.

19. Оников Э.А. Непрерывный процесс тканеобразования: условия эффективности, параметры и опытная реализация: Дис.д.т.н. М., 1981. - 462с.- 183

20. Примаченко Б.М. Разработка путей оптимизации процесса прибоя уточной нити на ткацких станках: Автореф. Дис.к.т.н. Л., ЛИТЛП1985. 18с.

21. Юхин С.С. Разработка оптимальных технологических параметров выработки полутораслойной хлопчатобумажной ткани на бесчелночных ткацких станках: Дис.к.т.н. М., 1986. - 193с.

22. Степанов Г.В. Создание и технология получения технических тканей для производства композитных материалов: Автореф. Дис.д.т.н. -Иваново, 1985. 76с.

23. Николаев С.Д. Научные основы прогнозирования технологического процесса ткачества для получения тканей заданного строения: Дис.д.т.н. М., 1989. - 469с.

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

25. Щербаков В.П. Научные основы переработки нитей в трикотажном производстве: Дис.д.т.н. М., 1984. - 324с.

26. Милашюс В.М. Исследование релаксационных свойств тканей: Дис.д.т.н. Каунас, 1974. - 327с.

27. Новиков Н.Г. О строении ткани и о проектировании ее с помощью геометрического метода. М.: Текстильная промышленность, 1946.

28. Власов П.В. Нормализация процесса ткачества. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 346с.

29. Шеверинова Л.Н. Определение оптимальных параметров строения и условий изготовления тканей из нитей новых структур: Дис.к.т.н. -М., 1991.

30. Артеменко Б.Ф. Исследование процесса зевообразования на станках СТБ-2-330 с жаккардовыми машинами: Дис.к.т.н. М., 1978.- 216с.- 184

31. Ничипорчик Л.Д. Изменение строения ткани в зависимости от величины соотношения натяжения основы и утка: Дис.к.т.н. М., 1966. - 172с.

32. Мельяченко Ж.В. Разработка метода проектирования технологических параметров изготовления мебельно-декоративных тканей: Дис.к.т.н. М., 1992. - 199с.3. Статьи .

33. Борзунов Г.И. Синтез ткацкого переплетения по заданному цветному рисунку. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. 1981- №5, - с.42-45.

34. Палаткин М.В. Эффективный алгоритм анализа цветных тканых узоров. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-96», МГТА имени А.Н. Косыгина, с. 1 ЗОНТ

35. Успасских С.М., Куриленко О.Ю. Проектирование жаккардовых тканей с заданными свойствами. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-96», МГТА имени А.Н. Косыгина. с. 127.

36. Слостина Г.Л. и Сумарукова Р.И. Применение ЭВМ для построения рисунков переплетений с мелкоузорчатым эффектом. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-96», МГТА имени А.Н. Косыгина. с.95-96.

37. Чарухин И.Г. Расчет толщины технических тканей миткалево переплетения. Текстильная промышленность. 1952 - №5.- 185

38. Николаев С.Д., Юхин С.С., Раченкова О.М. Взаимосвязь технологических параметров и параметров строения ажурных тканей. Вестник МГТА, 1995. с.39-45.

39. Николаев С.Д., Раченкова О.М., Ляхова Е.В. Взаимосвязь технологических параметров строения тканей комбинированного класса переплетений. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Прогресс-96», Иваново, ИГТА. с.99-100.

40. Николаев С.Д., Раченкова О.М. Компьютерное моделирование геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-96», МГТА имени А.Н. Косыгина. с.94-95.

41. Раченкова О.М. Особенности построения геометрических моделей строения тканей. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-97», МГТА имени А.Н. Косыгина. с. 123.

42. Раченкова О.М., Николаев С.Д. Компьютерное моделирование геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Тезисы докладов научной конференции РосЗИТЛП, 1998. с. 102.

43. Николаев С.Д., Раченкова О.М. Компьютерное моделирование геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Ж. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. 1998, №4. с.42-44.- 186

44. Раченкова О.М., Авилочкина Н.А., Никишин В.Б., Николаев С.Д. Разработка геометрических моделей строения тканей различного переплетения. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Прогресс-98», Иваново, ИГТА. с. 138.

45. Раченкова О.М., Никишин В.Б. Исследование натяжения основных нитей на ткацком станке. Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции «Тексиль-98», МГТА имени А.Н. Косыгина. с.77-78.

46. François Roussel. Pour de tissus factices originaux. L'industrie textile. Février 1998. №1295. c.47-48.

47. François Roussel. Faux unix sur base sergé de 3. L'industrie textile. Mars 1998. №1296. c.45-49.

48. François Roussel. Grande diagonale sur 16 lames. L'industrie textile. Avril 1998. №1297. c.37-39.

49. François Roussel. Effets factices sur une base de natté 2 et 2. L'industrie textile. Mai 1998. №1298. c.39-42.

50. François Roussel. Construction de sablés (1). L'industrie textile. Juin 1998. №1299. c.49-51.

51. François Roussel. Construction de sablés (2). L'industrie textile. Juillet/aout 1998. №1300. c.31-33.

52. François Roussel. Jeu de doimiers. L'industrie textile. Septembre 1998. №1301. c.59-61.

53. François Roussel. Pathwork pour de grandes compositions. L'industrie textile. Oktobre 1998. №1302. c.45-47.

54. François Roussel. Rentrages par blocs pour des tissus à jours. L'industrie textile. Novembre 1998. №1303. c.49-51.- 187

55. François Roussel. Grain de poudre. L'industrie textile. Décembre 1998 №1304. c.45-47.

56. François Roussel. Petit lexique des dérivés de la toile. L'industrie textile. Janvier 1999. №1305. c.39-40.

57. Jean-Claude Boisset. Solustions pour de bonnes lisières. L'industrie textile. Juillet/aout 1998. №1300. c.41-44.4. Стандарты и методики.

58. Нити текстильные. Метод определения линейной плотности. ГОСТ 6611.1-73, СТ СЭВ 2488-80.

59. Нити текстильные. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве, ГОСТ 6611.2-73.

60. Нити текстильные. Метод определения стойкости к истиранию в петле.

61. Нити текстильные. Методы определения разрывных характеристик при растяжении.

62. Плотность ткани по основе и утку, ИСО 7211/2.

63. Определение уработки нитей, ИСО 7211/3.

64. Ткани и штучные изделия текстильные. Метод определения раздирающей нагрузки, ГОСТ 17922-72.

65. Ткани и штучные изделия текстильные. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотности, ГОСТ 3811-72.

66. Ткани и штучные изделия текстильные. Методы определения разрывных характеристик при растяжении, ГОСТ 3813-72.189