автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка методов оценки и прогнозирования тангенциального сопротивления льняных тканей

На правах рукописи УДК 677.017

ФЛЕГОНТОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛЬНЯНЫХ ТКАНЕЙ

Специальность 05.19.01 - «Материаловедение производств текстильной

и легкой промышленности»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 МАИ 2214

Кострома 2014

005548240

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КГТУ») на кафедре технологии и материаловедения швейного производства.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Воронова Лариса Викторовна.

Официальные оппоненты: Родэ Сергей Витальевич,

доктор технических наук, профессор; ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологий» (ФГБОУ ВПО «МГУДТ»), г. Москва; зав. кафедрой,

Сташева Марина Александровна, кандидат технических наук, доцент; ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный политехнический университет» (ФГБОУ ВПО «ИВГПУ»), г. Иваново; доцент по каф. материаловедения, товароведения, стандартизации и метрологии.

Ведущая организация: ОАО Костромской научно-исследовательский ин-

ститут льняной промышленности (ОАО «КНИИЛП»), г. Кострома.

Защита состоится 25 июня 2014 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 при ФГБОУ ВПО «Костромском государственном технологическом университете», ауд. Б-106.

Адрес: 156021, г. Кострома, ул. Дзержинского, 17

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «КГТУ» и на сайте ФГБОУ ВПО «КГТУ»: http://www.kstu.edu.ru/.

Текст автореферата размещен на сайте ВАК РФ: http://vak2.ed.gov.ru, и на сайте ФГБОУ ВПО «КГТУ»: http://www.kstu.edu.ru/.

Аэторефератразослан ЯЙ> 2014г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.093.01 доктор технических наук, профессор

Г.К. Букалов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В современных условиях растет степень внедрения информационных технологий и автоматизации в производства текстильной и легкой промышленности. Это обусловлено необходимостью выпуска конкурентоспособной отечественной продукции. Но внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) одежды на предприятиях России осложняется отсутствием отечественных инструментальных методов оценки технологических и потребительских свойств материалов. За рубежом подобные инструментальные комплексы известны и широко используются.

Задача, решаемая в рамках диссертационного исследования, является одной из составляющих глобальной задачи по созданию инструментального комплекса определения свойств текстильных материалов. Предлагаемый метод определения тангенциального сопротивления позволит решить эту задачу относительно исследования трения полотен.

Тангенциальное сопротивление, как физическое явление, присутствует как во многих технологических операциях, так и в процессе эксплуатации швейных изделий. От тангенциального сопротивления зависят условия выполнения и параметры таких технологических операций как настилание, разрезание и стачивание материалов, выбор конструкции швов, методов обработки.

В зависимости от тангенциального сопротивления определяется назначение материалов. Важно отметить, что величина тангенциального сопротивления крайне важна при выборе и использовании тканей технического назначения. Знание характеристик тангенциального сопротивления позволяет научно обосновано подходить к процессу конфекционирования материалов. Количественной характеристикой тангенциального сопротивления является коэффициент тангенциального сопротивления (КТС).

На сегодняшний день отсутствует регламентированный стандартом метод определения тангенциального сопротивления текстильных полотен. ГОСТ 8495 «Ткани текстильные. Метод определения трения поверхности» отменен сорок лет назад. Таким образом, разработка нового метода оценки тангенциального сопротивления полотен является актуальной.

В производственных условиях не всегда есть возможность проведения экспериментальных исследований, поэтому актуальной является разработка метода прогнозирования КТС.

Цель диссертационного исследования - обеспечение качества изделий и создание автоматизированного измерительного комплекса для реализации САПР одежды на базе разработки нового метода определения коэффициента тангенциального сопротивления полотен.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих научных и технических задач:

• систематизация существующих методов для определения тангенциального сопротивления текстильных нитей, волокон и полотен;

• разработка метода определения тангенциального сопротивления текстильных полотен, приближенного к условиям эксплуатации;

• разработка автоматизированной измерительной системы для реализации метода;

• разработка методики определения коэффициента тангенциального сопротивления, обоснование параметров испытаний;

• исследование взаимосвязи коэффициента тангенциального сопротивления с характеристиками строения льняных тканей;

• разработка метода прогнозирования КТС льняных тканей;

• разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований.

Общая характеристика методов исследования. Для решения поставленных задач, в рамках работы применены разработанные методы оценки и прогнозирования тангенциального сопротивления текстильных полотен, и методы, используемые в материаловедении производств текстильной и легкой промышленности. Обработка результатов, построение моделей, проведение корреляционно-регрессионного анализа осуществлялись на ПЭВМ с применением пакетов прикладных программ: MS Excel, MathCad, MatLab. Для визуального отображения графика экспериментальной зависимости использовалось лицензионное программное обеспечение LGraph 2 версия 2.34.19.

Область исследования. Работа выполнена в соответствии с п. 6,8,10 Паспорта специальности 05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности (технические науки).

Научная новизна результатов работы заключается в том, что впервые:

• Разработан метод определения тангенциального сопротивления текстильных полотен, в котором две цилиндрические поверхности соприкасаются при их относительном перемещении, тем самым условия испытаний приближаются к реальным условиям изготовления и эксплуатации одежды. Новизна метода подтверждена патентом РФ на изобретение № 2502982.

• Разработана автоматизированная измерительная система для определения тангенциального сопротивления текстильных полотен.

• Разработана методика определения коэффициента тангенциального сопротивления и обоснованы параметры испытаний.

• Разработан метод прогнозирования КТС льняных тканей.

• Разработана градация тканей по КТС.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

• Разработанный новый экспериментальный метод позволяет повысить объективность оценки КТС текстильных полотен в условиях производства и эксплуатации швейных изделий и может служить основой для разработки нового стандарта.

• Разработанный метод прогнозирования позволяет определять КТС льняных тканей по характеристикам их строения.

• Разработанный метод прогнозирования позволяет проектировать льняные ткани с заданным КТС.

• Разработанный метод прогнозирования позволяет научно обоснованно осуществлять выбор льняных тканей для изделий и формировать пакеты материалов с заданными свойствами без проведения эксперимента.

• Сформированы новые справочные данные по характеристикам тангенциального сопротивления льнохлопковых костюмно-платьевых тканей.

• Разработанные в работе рекомендации используются на швейных предприятиях г. Переславля-Залесского (ЗАО «Новый мир»), г. Судиславля (ООО «Лада»), Разработанные методы используются в учебном процессе КГТУ в рамках проведения курсового и дипломного проектирования.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации были доложены:

• на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий (Лен-2012)», Костромской государственный технологический университет, 2012 г.;

• на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2013), Ивановская государственная текстильная академия, 2013 г.;

• на пятнадцатой областной научной конференции молодых исследователей «Шаг в будущее», Костромской энергетический техникум имени Ф.В. Чижо-ва, 2012 г.;

• на научных семинарах кафедры технологии и материаловедения швейного производства ФГБОУ ВПО «КГТУ».

Публикации. По теме исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка использованных источников, включающего 129 наименований. Работа изложена на 106 страницах, включает 49 рисунков, 20 таблиц, 3 приложения.

Благодарность. Автор искренне благодарит профессора кафедры технологии и материаловедения швейного производства ФГБОУ ВПО «КГТУ» д.т.н., профессора Смирнову Надежду Анатольевну за поддержку и консультации при выполнении данной работы, а также доцента кафедры автоматики и микропроцессорной техники ФГБОУ ВПО «КГТУ» к.т.н., доцента Ломагина Василия Николаевича и сотрудников кафедры технологии и материаловедения швейного производства ФГБОУ ВПО «КГТУ» за оказанную помощь при проведении исследований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость результатов работы, апробация результатов работы.

В первой главе выполнен анализ работ, посвященных изучению тангенциального сопротивления текстильных полотен, нитей и волокон. Таким исследованиям были посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Крагельского И.В., Зотикова В.Е., Зырина С.Г., Шумилова Г.А., Бернацкой В.В., Павлова А.И., Талепоровской В. В., Хвальковского Н.В., Капитанова А.Ф., Кукина Г.Н., Тепнина В.И., Мигушова И.И., Кузнецова Г.К., Проталинского С.Е., А. Эдерлея, Д. Морроу, Боудена Ф.П., Н. Бакле , Э. Дрэби, и др.. Представлены анализ и классификация существующих методов определения КТС текстильных

нитей, волокон и полотен. Большинство методов имеют существенный недостаток - несоответствие условий проведений испытаний реальным процессам, проходящим при эксплуатации и производстве одежды. К недостаткам последнего ГОСТ 8495 (метод наклонной плоскости) можно отнести переменное нормальное давление и переменную скорость перемещения, низкую достоверность результатов ввиду инструментального несовершенства. Регламентированный стандартом метод в настоящее время отсутствует. Работы по разработке инструментальных методов определения тангенциального сопротивления не ведутся уже более сорока лет.

Выявлены факторы, влияющие на величину тангенциального сопротивления материалов.

Во второй главе описан разработанный метод определения тангенциального сопротивления текстильных полотен и этапы разработки автоматизированной измерительной системы для его реализации.

Предлагаемый метод определения тангенциального сопротивления текстильных полотен максимально приближает условия эксперимента к реальным процессам, имеющим место при эксплуатации швейных изделий.

Метод реализует соприкосновение цилиндрических поверхностей при их относительном перемещении. Сущность метода (рис. 1) заключается в следующем. Одна из проб 1 прямоугольной формы закреплена на цилиндрической поверхности вращающегося барабана 2, а другая проба 3 одним концом закреплена на пластине с тензодатчиком 4, а вторым концом в зажиме с грузом 5, обеспечивающим давление, охватывает барабан, имитируя условия взаимодействия текстильных полотен при эксплуатации одежды. Силу тангенциального сопротивления фиксируют тензодатчиком 4.

На рис. 2 приведён общий вид экспериментальной зависимости усилия, фиксируемого тензодатчиком, от времени. В начальный момент времени (0 - ?;) на балку действует усилие mg, равное весу груза. При включении двигателя происходит смещение одного полотна относительно другого, и усилие, действующее на

балку за промежуток времени от момента до (2 возрастает до некоторого значения (Г/), а затем стремится к некоторому установившемуся значению (Т2).

Т. Я

Рисунок 2- Зависимость усилия, фиксируемого тензодатчиком, от времени

По величине фиксируемого тензодатчиком усилия, используя известную формулу Эйлера, вычисляют статический КТС (КТС покоя) и динамический КТС (КТС движения):

ст

А

1 1п 1ц

а тё '

1 •1п Т

а

а)

(2)

' дин

где ть т2 - усилия, действующие на датчик (рис. 2), mg - вес груза,

а - угол охвата пробой барабана.

Разработаны механическая и измерительная части автоматизированной измерительной системы.

На рис 3 приведена механическая конструкция устройства. Одна из проО 4

(нижняя проба), закреплена на цилиндрической поверхности барабана 6, а другая проба 5 (верхняя проба) одним концом закреплена в зажиме датчика усилия, а вторым концом в зажиме с грузом 7, обеспечивающим давление и охват вращающегося барабана. Барабан приводится в движение с помощью двигателя 8 через редуктор 9 Силу тангенциального сопротивления фиксируют датчиком усилия. Датчик усилия состоит из металлической балки 3 с наклеенными тензорезисторами 2, подключенными по мостовой схеме. Каретку 1 можно перемещать вдоль вертикальных направляющих и фиксировать, благодаря чему возможно проведение испытании при разных углах охвата полотен. Таким образом, имитируются различные условия взаимодействия текстильных полотен при эксплуатации одежды.

Устройство входит в состав автоматизированной измерительной системы. Система работает следующим образом. Измеряемый параметр, - усилие Т, воспринимается датчиком усилия - Д. Полученный низковольтный сигнал необходимо усилить для дальнейшей обработки. Эту функцию выполняет усилитель У. Для передачи сигнала на персональный компьютер ПК необходимо непрерывный электрический сигнал с усилителя преобразовать в цифровой. Для этого используется аналогово-цифровой преобразователь АЦП. Структурная схема измерительной системы приведена на рис. 4.

Рисунок 3 - Механическая конструкция устройства

Т

д У — АЦП v— ПК

Рисунок 4 -Структурная схема измерительной системы

Для получения количественной оценки усилия необходимо выбрать физический принцип преобразования механической величины в электрическую. Для этой цели был использован тензорезистивный эффект, обладающий рядом преимуществ: возможность получения широкого диапазона измерений, простота конструкции, высокая надежность, малая инерционность, относительно невысокая стоимость электронных компонентов преобразователя. Изготовлен тензорезистивный датчик. Получена статическая характеристика датчика, которая описывается линейным уравнением.

Усилитель реализован на инструментальном усилителе AD627 фирмы Analog Devices. Данный усилитель обеспечивает прецизионное усиление с высокой точностью передачи сигнала. Для получения визуального отображения усиленного сигнала на персональном компьютере (ПК) использован модуль АЦП Е14-140 производителя 000-«Л-Кард».

Проведена метрологическая оценка измерительной системы. Рассчитаны погрешности и СКО каждого элемента системы, выделены коррелированные погрешности. Погрешности каждого средства измерения приведены в табл. 1

Таблица 1 - Погрешности измерительной системы

Средство измерения

Вид погрешности

Закон распределения

СКО

%

Характер погрешности

Датчик

Усилитель

Основная

Равномерный

0.693

Аддитивный

Температурная

Равномерный

0.052

Аддитивный

Напряжения питания

Треугольный

0.002

Мультипликативный

Напряжения наводки

Арксинусои-дальный

0.0023

Мультипликативный

Температурная

Равномерный

0.0031

Напряжения питания

Треугольный

0.002

Аддитивный

Мультипликативный

АЦП

Основная

Равномерный

0.087

Аддитивный

Максимальную погрешность в измерения вносит погрешность датчика. Произведен расчет класса точности всей измерительной системы. С учетом запаса на старение он равен уяс=2.

В третьей главе описана разработанная методика определения КТС, которая реализуется по алгоритму, представленному на рис.5.

Рисунок 5 - Алгоритм проведения испытаний по разработанной методике

определения КТС

При разработке методики обоснованы форма и размеры проб, параметры испытаний.

Ширина верхней пробы 50 мм является рациональной, соответствует ширине пробы, предусмотренной в ранее существовавшем стандарте для определения коэффициента тангенциального сопротивления текстильных полотен (ГОСТ 8495), а также используется в других стандартных и общепринятых методах испытаний текстильных полотен.

При увеличении числа испытаний происходит падение коэффициента тангенциального сопротивления, причем процесс носит затухающий характер. На рис.6 представлены результаты 20 последовательных определений КТС одной и той же пробы. Первые 15 замеров КТС не учитывают, по последним пяти вычисляют КТС как среднее арифметическое.

0.9

0.8

* ....... ; —--

■ I

0.5 —..............................-----------------------------

О. 4 ........-...............----------------------------------1------------;.........-..............

О.В -- | ^ и-----

1 4 8 12 16 20

п

Рисунок 6 - Влияние числа последовательных измерений для одной и той же пробы на величину КТС:

а) камвольная костюмная ткань мелкоузорчатого переплетения, б) льняная костюмная ткань мелкоузорчатого переплетения, в) льняная костюмная ткань саржевого переплетения, г) вискозная подкладочная ткань саржевого пеоепдетения

— а)

.................. б)

~——-— о)

——_ ----— ______£1

В разработанной методике фактор влияния скорости перемещения полотен не является существенным (рис. 7). Выбран диапазон низких скоростей (4 - 10 мм/с), поскольку в ходе испытаний не ставилась цель создания разрушающего структуру материалов воздействия.

Рисунок 7 - Линеаризация зависимости КТС от скорости перемещения полотен при фиксированных углах охвата 30°, 45°,60°

Варьирование фактором площади поверхности взаимодействующих полотен возможно за счет изменения угла охвата полотен. Экспериментально установлена зависимость статического КТС (/) от угла охвата полотен (а), которая представляет собой степенную функцию вида:

/(а) = к-аь (3)

Коэффициенты математической модели для отдельных тканей приведены в табл.2, а графическая зависимость на рис. 8.

Таблица 2 - Коэффициенты математической модели для текстильных полотен

Проба, № Ткань г/м2 Математическая модель (3) Па)=каь

к Ь

1 Льняная сорочечная полотняного переплетения 123 6.19 -0.59

2 Вискозная подкладочная саржевого переплетения 110 2.33 -0.45

0.8

0.4

Рисунок 8- Зависимость КТС покоя от угла охвата тканей разного волокнистого состава: №1 -льняная сорочечная полотняного переплетения, №2 -вискозная подкладочная саржевого переплетения

Четвертая глава посвящена исследованию взаимосвязи КТС льняных тканей с характеристиками их строения. Эта задача актуальна, поскольку ткани одного волокнистого состава при одних и тех же условиях испытаний дают различные значения КТС.

Для исследования были выбраны льнохлопковые ткани. Ткани выработаны в лаборатории кафедры технологии и проектирования тканей и трикотажа Костромского государственного технологического университета на станке АТ-100-5М с зевообразовательной кареткой РК-12. В качестве основы использована хлопчатобумажная пряжа Т0 = 25текс х2 , а в утке льняная пряжа Г„ =56 текс. Количество нитей на 10 см по основе и утку одинаковое (Я0=/7У= 160). Ткани выработаны полотняным сатиновым и мелкоузорчатыми переплетениями. Для исключения влияния отделки ткани были продекатированы. Определены характеристики строения

объектов исследования.

Установлена зависимость КТС от коэффициента переплетения по Ереминои

Н.С.. Получена математическая модель (рис. 9):

-0.22

= 0.97

где / - КТС, - коэффициент переплетения.

(4)

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 б

Коэ ффи ц и ен т п ерепл еп ген ия - Зависимость КТС от коэффициента переплетения

Рисунок 9

Проведен регрессионный анализ модели (табл. 3): Таблица 3 - Анализ результатов уравнения регрессии

Индекс корреляции Р

Средняя ошибка аппроксимации А

Коэффициент детерминации Р

Критерий Фишера

РрасчОЛ)

Ртабл (1Л)

0.95

2.3%

0.902

6.49

5.59

Проверена работоспособность модели для чистольняных тканей, пример ткани полотняного переплетения (Р„=2), приведен в табл.4.

[

Ошиб

Характеристики

Коэфф. перепл.

Расчета.

Осно-

чистольняной ткани с

Таблица 4 - Проверка работоспособности модели для известными характеристиками строения__

Линейная плотность, текс

Кол-во нитей на 10 см

У

Рисунок 10 - Практическое использование графической зависимости КТС от коэффициента переплетения

По-верхн.

плотн.,

г

г/м ■

Основа Т

о

Модель работоспособна для костюмно-платьевых льняных тканей (т.А на рис.9). Отклонение экспериментального значения КТС от расчетного составляет 1.2%.

Пятая глава включает разработку рекомендаций по практическому использованию результатов исследований.

Полученная в четвертой главе математическая модель (4) может использоваться при разработке льняных тканей с заданным КТС путем варьирования переплетений и для научно-обоснованного конфекционирования материалов.

Для практического использования удобен график зависимости КТС от коэффициента переплетения (рис. 10, табл. 5), благодаря которому, задаваясь величиной коэффициента переплетения, определяется КТС.

J

Таблица 5 - Данные о КТС, полученные по графической зависимости КТС от коэффициента переплетения (рис. 10) ___

Переплетение Коэффициент переплетения Р« КТС

Полотняное 2 0.83

Саржа 1/2 ,2/1 3 0.76

Саржа 1/3 ,3/1, 2/2 4 0.71

Саржа 4/1,1/4 5 0.68

Саржа 3/3, рогожка 3/3 6 0.66

Разработана градация тканей по КТС. Таблица 6 - Градация материалов по величине тангенциального сопротивления

Номер группы Величина тангенциального сопротивления КТС

1 Малая <0.4

2 Средняя 0.4-0.8

3 Большая >0.8

Приведено подтверждение условного деления материалов на отдельные группы по КТС.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе анализа и систематизации информации, выявлены преимущества и недостатки отечественных и зарубежных методов и приборов для определения тангенциального сопротивления нитей, волокон, полотен. Установлено отсутствие стандартного метода оценки тангенциального сопротивления полотен.

2. Установлены и систематизированы факторы, влияющие на коэффициент тангенциального сопротивления, среди которых основными являются: площадь контакта, скорость относительного перемещения.

3. Разработан метод определения тангенциального сопротивления текстильных полотен, в котором две цилиндрические поверхности соприкасаются при их относительном перемещении (Патент РФ N»2502982). Новый метод приближает условия испытаний к реальным условиям изготовления и эксплуатации одежды и отличается достоверностью и объективностью оценки.

4. Для реализации метода разработана автоматизированная измерительная система. Система включает в себя датчик усилия, нормирующий усилитель, АЦП и персональный компьютер. Тензодатчик обладает достаточной чувствительностью для измерения весьма малых по величине усилий. Датчик позволяет преобразовывать механическую величину - усилие в пропорциональное ему напряжение. Нормирующий усилитель обеспечивает усиление низковольтного сигнала датчика с высокой точностью, программное обеспечение позволяет осуществлять сбор, обработку, визуализацию, архивирование-экспериментальных данных.

5. Разработана методика определения коэффициента тангенциального сопротивления, которая является основой для разработки стандарта.

6. Разработан метод прогнозирования коэффициента тангенциального сопротивления льняных тканей, позволяющий разрабатывать ткани с заданными свойствами и научно обоснованно выбирать ткани для швейных изделий по переплетению.

7. Проведенные исследования позволили предложить градацию по КТС и разработать рекомендации по конфекционированию материалов с учетом КТС.

8. Составлены справочные данные по КТС льнохлопковых тканей.

9. Разработаны практические рекомендации по использованию результатов исследований для текстильных и швейных предприятий.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях из перечня ВАК:

1. Флегонтов, А.Н. Анализ методов для определения трения и цепкости текстильных полотен [Текст]/ А.Н. Флегонтов, JI.B. Воронова, H.A. Смирнова // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. Иваново - 2012 - № 4(340).

- с.45-49

2. Флегонтов, А.Н. Методика оценки коэффициента тангенциального сопротивления текстильных полотен [Текст] / А.Н. Флегонтов, JI.B. Воронова, H.A. Смирнова, // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. Иваново

- 2013, -№1. -с.29-32.

3. Флегонтов, А.Н. Прогнозирование коэффициента тангенциального сопротивления льняных тканей по характеристикам их строения [Электронный ресурс]/ А.Н. Флегонтов, JI.B. Воронова, H.A. Смирнова // Современные проблемы науки и образования. - 2014. -№ 1; URL: http://www.science-education.ru/115-12178 (дата обращения: 25.02.2014).

Статьи в журналах и сборниках научных трудов:

4. Флегонтов, А.Н. Обоснование рациональной конструкции устройства автоматизированного контроля силы тангенциального сопротивления [Текст] / А.Н. Флегонтов, JI.B. Воронова, // Вестник Костромского государственного технологического университета. 2011. -№ 2 (27). - с. 26-28.

5. Флегонтов А.Н. Автоматизированная измерительная система оценки трения и цепкости текстильных полотен (тезисы) [Текст] /А.Н. Флегонтов // Материалы пятнадцатой областной научной конференции молодых исследователей «Шаг в будущее», - Кострома: КОЦНТТ «Истоки», 2012.

6. Флегонтов, А.Н. Методика расчета поправочного коэффициента дуги трения покоя применительно к методу оценки коэффициента тангенциального сопротивления текстильных полотен [Текст] / А.Н. Флегонтов, JI.B. Воронова, // Вестник Костромского государственного технологического университета. 2013. -№2(31).

7. Флегонтов, А.Н. Исследование влияния скорости перемещения и площади контакта взаимодействующих текстильных полотен на коэффициент тангенциального сопротивления [Текст] / А.Н. Флегонтов, Л.В.Воронова, H.A. Смирнова // Механика и технологии, г. Тараз -2013, -№2 -С. 42-45.

8. Флегонтов, А.Н. Методика оценки эксплуатационных свойств текстильных материалов (тезисы) [Текст] /А.Н. Флегонтов, Л.В.Воронова, H.A. Смирнова // Межд. научная конф.: Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях ("Лен-2012"), - Кострома: КГТУ, 2012.

9. Флегонтов, А.Н. Исследование влияния площади касания трущихся поверхностей текстильных материалов на величину коэффициента тангенциального сопротивления (тезисы) [Текст]/ А.Н. Флегонтов, Л.В.Воронова, H.A. Смирнова // Международная научно-техническая конференция "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕКСТИЛЬ-2012), - Москва: МГТУ им.А.Н. Косыгина, 2012.

10. Флегонтов, А.Н. Исследование влияния скорости перемещения соприкасающихся поверхностей текстильных полотен на величину коэффициента тангенциального сопротивления (тезисы) [Текст] / А.Н. Флегонтов, Л.В.Воронова // Материалы межд. науч-т конф. "Прогресс-2013", Иваново, ИГТА, 2013.

Охранные документы:

11. Способ определения силы трения текстильных полотен: пат.2052982 Рос. Федерация: МПК51 G01N 19/02 G01N 33/36 / Флегонтов А.Н., Воронова Л.В., Смирнова H.A.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Костромской гос. технологич. ун-т. - 2011151935/28; заявл. 19.12.2011; опубл. 27.12.2013, Бюл. №36

Флегонтов Алексей Николаевич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 25.04.2014. Печ. л. 1,0. Заказ 186. Тираж 100. РИО КГТУ, Кострома, ул. Дзержинского, 17

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КГТУ»; КГТУ)

04201459686 На правах рукописи

Флегонтов Алексей Николаевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛЬНЯНЫХ ТКАНЕЙ

Специальность: 05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., доц. Воронова Л.В.

Кострома 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................................................5

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТАНГЕНЦИАЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ......................................................................... 9

1.1 Общие сведения о тангенциальном сопротивлении..............................................9

1.2 Методы и приборы для определения тангенциального

сопротивления..................................................................................................................................................13

1.2.1 Методы определения коэффициента тангенциального 14

сопротивления волокон и нитей..................................................

1.2.3 Методы определения коэффициента тангенциального

сопротивления полотен..............................................................................................................................22

1.3 Факторы, оказывающие влияние на величину

тангенциального сопротивления................................................... 34

1.4 Выводы по первой главе и постановка задачи исследования.......... 41

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПОЛОТЕН........................................................ 43

2.1 Обоснование актуальности разработки инструментального 43 метода оценки тангенциального сопротивления полотен...........;........

2.2 Разработка метода определения тангенциального сопротивления 44 текстильных полотен..................................................................

2.3 Разработка измерительной системы для определения

тангенциального сопротивления текстильных полотен....................... 45

2.3.1 Выбор принципа действия измерительного преобразователя......... 45

2.3.2 Разработка механической части измерительной системы............... 47

2.3.3 Разработка измерительной части системы измерений.................. 50

2.4 Метрологическая оценка измерительного канала

измерительной системы........................................................................................................................57

2.5 Определение тангенциального сопротивления полотен ..............................64

2.6 Выводы по второй главе..................................................................................................................65

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА 67 ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛОТЕН....................

3.1 Разработка алгоритма определения коэффициента тангенциального 67 сопротивления текстильных полотен.............................................

3.2 Подготовка проб для испытаний..............................................................................................68

3.3 Подготовка измерительной системы (наладка оборудования, 69 калибровка датчика)...................................................................

3.4.Обоснование параметров испытаний..................................................................................70

3.5 Проведение измерений и обработка результатов....................................................79

3.6 Исследование КТС тканей разного волокнистого состава..........................82

3.7 Выводы по третьей главе............................................................................................................83

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛЬНЯНЫХ ТКАНЕЙ..............................................................................................................................84

4.1 Обоснование выбора и характеристики объектов исследований............84

4.2 Исследование взаимосвязи коэффициентов тангенциального сопротивления льнохлопковых тканей с характеристиками их строения.. 88

4.3 Прогнозирование коэффициента тангенциального сопротивления льняных тканей по характеристикам их строения............................................................91

4.4 Выводы по четвертой главе.................................................... 97

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ,

ПОЛУЧЕННЫХ В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ........................ 98

5.1 Прогнозирование КТС тканей по переплетению при выборе

материалов для швейных изделий.................................................. 98

5.2 Разработка рекомендаций по проектированию льняных тканей

с заданными свойствами........................................................................................................................102

5.3 Выводы по пятой главе..................................................................................................................104

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................................................................................105

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................................................107

ПРИЛОЖЕНИЕ А Методика определения коэффициента тангенциального сопротивления текстильных полотен.....................

119

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патент № 2052982. Способ определения силы

трения текстильных полотен............................................................................................................128

ПРИЛОЖЕНИЕ В Сведения о внедрении результатов, полученных в

диссертационной работе......................................................................................................................131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современных условиях растет степень внедрения информационных технологий и автоматизации в производство легкой промышленности. Это обусловлено необходимостью выпуска конкурентоспособной отечественной продукции. Но внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) одежды на предприятиях России осложняется отсутствием отечественных инструментальных методов оценки технологических и потребительских свойств материалов. За рубежом, напротив подобные инструментальные комплексы известны и широко используются.

Проблема, решаемая в рамках диссертационного исследования, является одной из составляющих глобальной задачи по созданию инструментального комплекса определения свойств текстильных материалов. Предлагаемый метод определения тангенциального сопротивления позволит решить эту задачу относительно исследования трения полотен.

Тангенциальное сопротивление, как физическое явление, присутствует как во многих технологических операциях, так и в процессе эксплуатации швейных изделий. От тангенциального сопротивления зависят условия выполнения и параметры таких технологических операций как настилание, разрезание и стачивание материалов, выбор конструкций швов, методов обработки.

В зависимости от тангенциального сопротивления определяется назначение материалов. Важно отметить, что величина тангенциального сопротивления крайне важна при выборе и использовании тканей технического назначения. Знание характеристик тангенциального сопротивления позволяет научно обосновано подходить к процессу конфекционирования материалов. Количественной характеристикой тангенциального сопротивления является коэффициент тангенциального сопротивления (КТС).

На сегодняшний день отсутствует регламентированный стандартом метод определения тангенциального сопротивления текстильных полотен. ГОСТ 8495 «Ткани текстильные. Метод определения трения поверхности» отменен сорок лет

назад. Таким образом, разработка нового метода оценки тангенциального сопротивления полотен является актуальной.

В производственных условиях не всегда есть возможность проведения экспериментальных исследований, поэтому актуальной является разработка метода прогнозирования КТС.

Цель диссертационного исследования - обеспечение качества изделий и создание автоматизированного измерительного комплекса для реализации САПР одежды на базе разработки нового метода определения коэффициента тангенциального сопротивления полотен.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих научных и технических задач:

• систематизация существующих методов для определения тангенциального сопротивления текстильных нитей, волокон и полотен;

• разработка метода определения тангенциального сопротивления текстильных полотен, приближенного к условиям эксплуатации;

• разработка автоматизированной измерительной системы для реализации метода;

• разработка методики определения коэффициента тангенциального сопротивления, обоснование параметров испытаний;

• исследование взаимосвязи коэффициента тангенциального сопротивления с характеристиками строения льняных тканей;

• разработка метода прогнозирования КТС льняных тканей;

• разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований.

Общая характеристика методов исследования. Для решения поставленных задач, в рамках работы применены разработанные методы оценки и прогнозирования тангенциального сопротивления текстильных полотен, и методы, используемые в материаловедении производств текстильной и легкой промышленности. Обработка результатов, построение моделей, проведение

корреляционно-регрессионного анализ осуществлялись на ПЭВМ с применением пакетов прикладных программ: MS Excel, MathCad, MatLab. Для визуального отображения графика экспериментальной зависимости использовалось лицензионное программное обеспечение LGraph 2 версия 2.34.19.

Область исследования. Работа выполнена в соответствии с п. 6,8,10 Паспорта специальности 05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности (технические науки).

Научная новизна результатов работы заключается в том, что впервые:

• Разработан метод определения тангенциального сопротивления текстильных полотен, новизна которого подтверждена патентом РФ на изобретение № 2502982.

• Разработана автоматизированная измерительная система для определения тангенциального сопротивления текстильных полотен.

• Разработана методика определения коэффициента тангенциального сопротивления и обоснованы параметры испытаний.

• Разработан метод прогнозирования КТС льняных тканей.

• Разработана градация тканей по КТС.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

• Разработанный новый экспериментальный метод позволяет повысить объективность оценки КТС текстильных полотен в условиях производства и эксплуатации швейных изделий и может служить основой для разработки нового стандарта.

• Разработанный метод прогнозирования позволяет определять КТС льняных тканей по характеристикам их строения.

• Разработанный метод прогнозирования позволяет проектировать льняные ткани с заданным КТС.

• Разработанный метод прогнозирования позволяет научно обоснованно осуществлять выбор льняных тканей для изделий и формировать пакеты материалов с заданными свойствами без проведения эксперимента.

• Сформированы новые справочные данные по характеристикам тангенциального сопротивления льнохлопковых костюмно-платьевых тканей.

• Разработанные в работе рекомендации используются на швейных предприятиях г. Переславля-Залесского (ЗАО «Новый мир»), г. Судиславля (ООО «Лада»). Разработанные методы используются в учебном процессе КГТУ в рамках проведения курсового и дипломного проектирования.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации были доложены: на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий (Лен-2012)», Костромской государственный технологический университет, 2012 г.; на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС -2013), Ивановская государственная текстильная академия, 2013 г.; на пятнадцатой областной научной конференции молодых исследователей «Шаг в будущее», Костромской энергетический техникум имени Ф.В. Чижова, 2012 г.;на научных семинарах кафедры технологии и материаловедения швейного производства ФГБОУ ВПО «КГТУ».

Публикации. По теме исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка использованных источников, включающего 129 наименований. Работа изложена на 106 страницах, включает 49 рисунков, 20 таблиц, 3 приложения.

Благодарность. Автор искренне благодарит профессора кафедры «Технологии и материаловедения швейного производства» КГТУ д.т.н., профессора Смирнову Надежду Анатольевну за поддержку и консультации при выполнении данной работы, а также сотрудников кафедры за оказанную помощь при проведении исследований.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТАНГЕНЦИАЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

1.1 Общие сведения о тангенциальном сопротивлении

Многие показатели свойств текстильных материалов, такие как сопротивление истиранию, прочность и растяжимость, устойчивость нитей к раздвиганию в швах, осыпаемость нитей из срезов ткани, распускаемость трикотажа и др. в значительной степени определяются силами внешнего трения, действующими при контактном взаимодействии материалов, нитей и волокон, формирующих эти материалы. От трения зависят условия выполнения и параметры многих технологических операций изготовления швейных изделий (настилание материалов и их разрезание, стачивание на швейных машинах), конструкции швов и т. д. В зависимости от трения определяется назначение материала. Например, в качестве подкладочной ткани в пакетах одежды используют материалы с малым тангенциальным сопротивлением. Таким образом, трение текстильных материалов играет важную роль в технологии швейного производства и оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики текстильных материалов [1].

Исследованию трения были посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Крагельского И.В., Зотикова В.Е., Зырина С.Г., Шумилова Г.А., Бернацкой В.В., Павлова А.И., Талепоровской В. В., Хвальковского Н.В., Капитанова А.Ф., Кукина Т.Н., Тепнина В.И., Мигушова И.И., Кузнецова Г.К., Проталинского С.Е., А. Эдерлея, Д. Морроу, Боудена Ф.П., Н. Бакле , Э. Дрэби, и Др.

В текстильном материаловедении под трением понимают сопротивление, возникающее, при относительном перемещении в плоскости касания двух

соприкасающихся тел, находящихся под действием нормальной нагрузки [2]. В том случае, если нагрузка равна нулю, то и трение считается равным нулю.

Цепкость — сопротивление, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел при нулевой нормальной нагрузке. Таким образом, когда нагрузка равна нулю, цепкость не равна нулю, а представляет собой конечную величину [3].

Для текстильных материалов свойственно одновременное проявление трения и цепкости. Сопротивление, возникающее при совместном проявлении трения и цепкости, называется тангенциальным сопротивлением [2,4].

Основной характеристикой тангенциального сопротивления является коэффициент тангенциального сопротивления (КТС). В том случае, когда при взаимодействии поверхностей тел отсутствует цепкость (например, при трении ткани по дереву), используется понятие «коэффициент трения». Коэффициент трения - величина постоянная. Когда совместно с трением имеет место цепкость (например, при тангенциальном сопротивлении ткани о ткань) используется термин «коэффициент тангенциального сопротивления». Следует отметить, что коэффициент тангенциального сопротивления не является постоянной величиной, в отличие от коэффициента трения.

Проблема изучения тангенциального сопротивления является крайне сложной, поскольку экспериментальные данные противоречат теории[1-5].

За время развития науки о трении были предложены следующие основные гипотезы трения [5]:

1. Гипотеза Амонтона, согласно которой трение рассматривается как результат подъема тела по большому количеству небольших неровных поверхностей (наклонные плоскости).

2. Гипотеза Делягира, утверждающая, что причина трения в зацеплении ворса, который изгибается или на который должна подняться поверхность (последний фактор приводит к гипотезе Амонтона).

3. Гипотеза Лесли - теория пластического и упругого оттеснения неровностей.

4. Молекулярная гипотеза Томлинсона, согласно которой трение может быть рассмотрено как результат действия сил отталкивания и притяжения.

5. Теория упруго-вязкого контакта Крагельского И.В. - трение представляет собой явление, которое обусловлено такими факторами, как преодоление механического зацепления и молекулярное взаимодействие.

Следует отметить, что теория Крагельского И.В. позволяет учитывать как трение, так и цепкость.

В 1699 французским физиком Амонтоном предложен закон, согласно которому тангенциальное сопротивление пропорционально величине нормального давления [2,6]:

где /- коэффициент тангенциального сопротивления, Г—тангенциальное сопротивление, /^-нормальное давление.

В 1779 году физик Шарль Кулон вывел обобщенный закон тангенциального сопротивления:

где - фактическая площадь контакта, Г-тангенциальное сопротивление, ТУ- норм