автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка методов уточненного расчета и нормализация упругой системы заправки ткацкого станка

ГОСУДАГСТШШШЙ КОМИТЕТ РФ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ ИВАНОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕКСТИЛЬНЫЙ Р Г б ОД ИНСТИТУТ им. М. Ф. ФРУНЗЕ

На правах рукописй

САДИГОВ ЭЛМАР ГУДРАТ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УТОЧНЕННОГО РАСЧЕТА И НОРМАЛИЗАЦИЯ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ ЗАПРАВКИ ТКАЦКОГО СТАНКА

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИВАНОВО - 1993

Работа выполнена в Ивановском ордена Трудового Красного Знамени текстильном институте им. М. В. Фрунзе.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор И.И.Мкгупэв

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор II 9. Ерохин

кандидат технических наук, доцент И. В. Морозов

Ведущее предприятие - АО "Меланж" г. Ие&нг.ьо

Заскга состоится ". 199 5 г. в //. часов

на ггзселздли диссертационного совета К 063. С<?.. 01. в Ивановском ордена Трудового Красного Знамени текстильном институте им. М. Е Фрунзе.

Адрес: 153000, г.Иваново, пр. Ф. Энгельса, ГЛ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат,заверенные печатью, в двух экземплярах просим направлять в адрес института.

Автореферат

Ученый секретарь

диссертационного совета К 063. 33. 01 кандидат технических наук,доцент

Н. А.Иулида

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвящена вопросам уточненного расчета упругой системы заправки ткацкого станка на основе нелинейной механики нити.

Проведена сравнительная оценка методов определения деформационных коэффициентов, характеризующих физико-механические свойства нитей и ткани. Обоснована теория и разработаны экспериментально-аналитические методы для определения величин коэффициентов жесткости, вязкости и эластичности нити и ткани при многоцикловом растяжении, соответствующем деформации нитей основы и ткани в процессах ткачества.

Исследованы закономерности изменения физико-механических свойств пряжи по всем переходам от гтглдильной машины до опушки ткани на ткацком станке.

Получена обобщенная формула для уточненного расчета упругой системы заправки ткацкого станка По разработанной методике выполнен расчет и проведена оптимизация заправочных параметров основы по ее суммарной работе деформации от зевообразования и прибоя. В результате установки оптимальных заправочных параметров на станках СТБ Z - 180, заправленных тканью арт. С19ИГ, снижена на 32,7% обрывность по основе и получен годовой экономический эффект В 1432 руб. на один станок (в ценах 1992 г.).

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

В связи с непрерывным возрастанием рабочих скоростей текстильных машин и разработкой новых текстильных технологий механики нити и ткани приобретает большую актуальность б решении сложных динамических проблем, возникающих при совершенствовании существующих и проектировании новых технологических процессов и машин тексииалшго производства. Аналитические и экспериментальные метоцу меу.гнк-'-и нити л ткани широко используются б расчетах и при проектировании механических параметров технологических объектов текстильного производства.

В реальных условиях технологических процессов физико-механические свойства нити при растяжении играют весьма существенную, а порой и определяющую роль. При исследовании технологических процессов с помощью методов механики нити и ткани можно оценивать качественно и количественно натяжение и деформацию нити и ткани на текстильных машинах, когда значительное влияние на величину натяжения нити оказывает их жесткость при растяжений. Поэтому при аналитическом исследовании состояния нитей необходимо использовать механику нити, жесткой на растяжение и с учетом реальных свойств нитей б конкретных условиях их деформирования в технологических процессах.

Исследование в области текстильного материаловедения показы вают, что при деформации большинство текстильных нитей проявляют одновременно свойства упругости, вязкости, эластичности и пластичности при нелинейной зависимости налрякенке-деформация. Поэтому расчет упругой системы заправки ткацкого станка необходимо проводить с учетом упруговязкопластических и эластических деформаций растя.жения, рассматриваемых с позиции нелинейной теории напряженно-деформированного состояния тела.

Цель и задачи исследования.

Целью данной работы является разработка обобщенных методов шалитического расчета упругой системы заправки ткацкого станка {а основе нелинейной механики нити, результаты которых в дальней-пем могут быть использованы при исследовании параметров состояния' юрерабатываемых нитей и для нормализации процесса ткачества.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

1. Провести аналитический обзор научной и патентной литературы в области исследований упругой системы заправки ткацкого :танка, теории и методов прикладной механики и ткани, а также оп-)еделить перспективное направление их усовершенствования.

2. Разработать уточненную т-эрию механики нити применительно с упругой системе заправки ткацк.го станка.

3. Теоретически обосновать и разработать эксперименталь-ю-аналитические методы определения деформационных коэффициентов кесткости, вязкости и эластичности нити и ткани при многоцикловом растяжении.

4. Исследовать закономерности изменения физико-механических :войств пряжи по переходам приготовительного отдела и в процессе ткачества.

5. Разработать методику уточненного расчета упругой системы заправки ткацкого станка.

6. Провести оптимизацию заправочных параметров ткацкого :танка на основе разработанной теории.

Методика исследования.

Работа содержит как теоретические, так и экспериментальные исследования. В теоретических исследованиях использованы методы механики нити и текстильного материаловедения для определения деформационных коэффициентов нити и ткани при многоцикловом растяжении, а также основные положения механической технологии текстильного производства.

При проведении эксперимента применялись методы математи-

ческого планирования, тензометрии, обработка результатов проводилась методами математической статистики с использованием ЭВМ.

Научная новизна.

Для достижения поставленной цели:

- разработаны элементы обобщенной теории механики нити с учетом упруговязкопластических и эластических свойств нитей для расчета упругой системы заправки Т1сацкого станка при нелинейной зависимости нолряхен«'?--деформация растяжении;

- на основе нелинейной теории механики нити и ткани разработаны экспериментально-аналитические методы для определения деформационных коэффициентов нити и ткани при многоцикловом растяжении

- получены формулы для расчета динамических коэффициентов жесткости, вязкости и эластичности нити и ткани при многоцикловс растяжении;

- установлена закономерность изменения физико-механические свойств пряжи по переходам приготовительного отдела и в процессе ткачества;

- разработан метод уточненного расчета упругой системы заправки ткацкого станка на основе нелинейной механики нити и ткавд

- на основе разработанной теории в производственных условия) проведена оптимизация заправочных параметров ткацкого станка.

Практическая ценность.

Разработанные аналитические методы уточненного расчета упругой системы заправки ткацкого станка на основе методов нелинейно( механики нити и ткани являются исходными данными для научно обоснованных технологических расчетов процесса ткачества и проектиро] ния основных рабочих органов и исполнительных механизмов ткацкогс станга.

Разработанные на основе теории нелинейной механики нити 1 ткани экспериментально-аналитические методы определения динамических коэффициентов жесткости, вязкости и эластичности нити 1

ткани могут быть использованы в текстильном материаловедении для оценки деформационных характеристик нитей и тканей.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы дололены автором и обсуждались на:

- XI научно-технической конференции в ИИСИ., Иваново, май, 1992г.

- Международной научно-технической конференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" (Прогресс-93), Иваново, 1993г.

- расширенном заседании кафедры ТМ и ПТМ Ивановского текстильного института им. М. В. Фрунзе, ноябрь 1993г..

Публикации.

По материалам диссертации публиковано 5 научных работ, в том числе одна статья в журнале "Технология текстильной промышленности", два депонированных отчета по НИР, тезисы двух докладов на научно-технических конференциях, получено одно положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.

Объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с выводами, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 141 машинописных страниц. Основная часть работы содержит: 122 стр., з там числе 26 рисунков на 25 стр., 14 таблиц на 17 стр. и список использованной литературы из 70 наименований на 7 стр. и включает акт экспериментальной проверки ре-

зультатов исследований, а также программы расчетов на ЭВМ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы,, сформулированы цель и задачи работы, отмечена научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе проведен обзор научной и патент ной литературы, посвященной исследованию упругой системы заправки ткацкого станка, изучению физико-механических свойств ни тей и ткани, вопросам определения коэффициентов жесткости нити и ткани при растяжении и определению оптимальных технологических параметров заправки станка.

В последнее время изучению вышеуказанных вопросов уделяется большое внимание. Это объясняется тенденциями резкого увеличения скоростей современных текстильных машин и необходимостью решения задач, по определению деформаций и натяжение нитей, являющихся исходными данными при исследовании и проектировании технологических процессов, рабочих органов и исполнительных механизмов текстильных машин.

С данной темой занимались многие исследователи. Однако, нельзя считать теорию по этим вопросам завершенной. Поэтому была поставлена цель развить и обобщить эту теорию с учетом реальных свойств технологических процессов.

Основополагающая теория упругой системы заправки ткацкогс станка дана проф. Е А. Гордеевым. Теория процесса распределения деформаций по зонам упругой системы заправки освещена в работал проф. Е. Д. Ефремова и его учеников. В методике расчета упруго* системы заправки, ткацкого станка принято, что коэффициент жесткости и вязкости для нитей основы и ткани определяется обычно пр1 малоцикловом растяжении методам свободных затухавших колебаний. Анализ данных работ показал необходимость определение упруговяз-ких характеристик нити и ткани при многоцикловом растяжении, соответствующих реальным условиям деформации нитей и ткани ш ткацгом станке.

В области определения упруговязких характеристик текстильных материалов при растяжении следует отметить работы А. Н. Соловьева, В. В. Налетова, С. В Ямщикова, В. П. Щербакова и др. Анализ данных работ показал, что применяемые и предлагаемые методы определения жесткости и вязкости текстильных материалов имеют определенные преимущества и ряд недостатков. 1

Теоретический расчет упругой системы заправки ткацкого станка заключается в получение зависимости натяжение-деформация характеризующей взаимосвязь между технологическими и механическими параметрами процесса ткачества. Существующим методам коэффициент жесткости основы и ткани определяется при малоиикловом растяжении без учета величин предварительного натяжения, амплитуды и частоты деформирования нитей и ткани. При этом изменение коэффициента жесткости по участкам заправки ткацкого станка кй учитывается. В большинстве случаев не учитывается/'вязкая составляющая деформация, а она является весьма существенной. Пээтому известные методы расчета упругой системы заправки ткацкого станка является приближенными. Для решения этих задач необходимо применение теории нелинейной механики нити и ткани.

На основе анализа состояние вопроса в заключении первой главы сформулированы основные задачи исследования, включающие разработку уточненной методики расчета упругой системы заправки ткацкого станка на основе нелинейной механики нити и ткани, разработку методов определения динамических коэффциентов жесткости, вязкости и эластичности нити и ткани при многоцикловом растяжении, соответствующем реальным условиям деформирования нитей и ткани на ткацком станке.

Вторая глава содержит теоретические основы механики нити и ткани для изучения процесса ткачества. Теоретическими основами для проведения настоящего исследования являлись известные работы по вопросам нелинейной механики нити, жесткой на растяжение.

Разработана методика определения деформационных коэффициентов при многоцикловом растяжении нити и ткани. При этом учитывалось нелинейная зависимость натяжение-деформация:

Р = А^о - М,£.в'- - Рд, 11)

где Р - натяжение нити при деформации растяжения;

деформационные коэффициенты жесткости, вязкости и эластичности нити при полуцикловом растяжении;

£01 ¿в - относительная деформация кит и, изменяющаяся от О до бе , и ее скорость при полуцикловом растяжения; 1 - время;

ОцАгА*. О* ' коэффициенты неликейностей деформационных зависимостей при полуцикловом растяжении нити ( в частности при линейных зависимостях коэффициенты Я« равны единице); + 1 - при нагрузке нити; при разгрузке нити;

. • . ( + 1 -1- 1 -

- динамическая составляющая натяжения нити при многоцикловом растяжении.

Причем

где А«, Аад - динамические деформационные коэффициенты жесткости и вязкости нити при многоцикловом растяжении;

йи - коэффициенты нелинейностей деформационных зaв^ симостей при многоцикловом растяжении нити ( I частности при линейных зависимостях эти коэффициенты равны единице). На основе уравнения натяжения нити и ткани для схемы вынужденного колебательного растяжения нити и ткани выведены расчетные формулы для экспериментальна-аналитического определения деформационных коэффициентов жесткости, вязкости и -эластичности нити и

- я-

гкани при многоцикловом растяжении

A,-ft/б.* , Ata Р,/б, , о)

At* - (Р<- PJ/iW'*. Ah-waP/ML)*: ^

где At - длительный коэффициент жесткости (эластичности) нити и ткани соответствующий мгновенному коэффициенту А, жесткости нити;

Д, - равновесное натяжение нити, асимптотически устанавливающееся в процесса релаксации при а и £в « const: Pt, Pz ~ минимальная и максимальная величина общего натяжения Р нити и ткани при многоцикловом растяжении;

Д Р - разница натяжения нити и ткани, соответствуюпш двум соседним положениям в цикле нагрузка-разгрузка;

h - амплитуда абсолютной деформации при многоцикловом . растяжении;

U - длина образца при нулевом натяжении;

Vm - скорость растяжения нити и ткани. Расчетные данные определяются по осциллограмме натяжения, записанной в начале процесса деформирования и через интервалы времени, соответствующие истечению заданного количества циклов деформирования.

В соответствии с вышеуказанной методикой разработан и изготовлен прибор для определения динамических коэффициентов жесткости, вязкости и эластичности нити и ткани при многоцикловом растяжении. Прибор обеспечивает в каждом цикле сохранение закона растяжения и постоянство амплитуды относительной деформации. Прибор позволяет варьировать предварительное (статическое) натяжение, амплитуду, частоту и время многоциклового растяжения.

Получено положительное решение о выдаче патента РФ по заявке "Способ определения деформационных свойств текстильных материалов при растяжении", разработанной в соответствии изложенной в этой главе методикой.

Третья глава посвящена исследованию закономерностей изменения физико-механических свойств пряжи по переходам приготовительного отдела и собственно в процессе тк&чества.

Анализ состояния пряжи по переходам приготогительного отдела показывает, что вследствие многократного растяжения происходит существенное изменение физико-механических свойств пряжи. Причем, режим многократного рзстял^ния на каждом переходе разный. Такие основные факторы. как предварительное натяадние, амплитуда и частота оэстяяения и т. д. варьируются в широких ,-иапазонах. И все эти меняющиеся факторы оказывают существенное влияние на физико-механические свойства нитей.

Для исследования гакономерностей изменения Физико-механических свойств пряли по переходам приготовительного отдела и по участкам заправки ткацкого станка брали отрезки нитей из одной и той же паковки, поступающей из прядильной фабрики. Опыты проводили на нашем приборе для разработанного метода. Гезультаты исследования показывают, что динамический коэффциент жесткости и вязкости хлопчатобумажной кардной пряжи 34 текс снижается соответственно на 17% и 102. Условия работы нитей ка ткацком станке более напряженные. Поэтому наблюдается резкое снижение динамических коэффициентов. На ткацком станке на 27% и 25% снижается динамический коэффициент жесткости и вязкости соответственно. Все •эти изменения должны учитываться при расчете упругой системы заправки ткацкого станка.

В четвертой главе рассматривается методика уточненного расчета упругой системы заправки ткацкого .станка на основе нелинейной механики нити, проводится оптимизация заправочных параметрс'З ткацкого станка.

Известная методика расчета упругой системы заправки ткацкого станка гаключается в определении натяжения основы и ткани по следующей формуле

- И -

Р-СХ,

где С - коэффициент жесткости основы иди ткани при деформации растяжения;

Я - абсолютная деформация основы или ткани. 1ричем коэффициент жесткости нити основы или ткани определяется >бычно методам свободных затухающих колебаний, количество которых вставляет 8...15. Такая методика не учитывает изменения деформа-»ганных коэффициентов жесткости по участкам заправки, не учитывался вязкая составляющая деформации, натяжение, амплитуда и [астота деформации нити и ткани на ткацком станке.

На основе теории нелинейной механики нити и полученных за-шсимостей (1),(2),(3),(4) выведены формулы для эксперименталь-ю-аналитического определения натяжение и деформации нитей основы I ткани по участкам заправки ткацкого станка

Р - МЬ/П* - АМЖ'А - А^Г^лА , (6)

где Р» - заправочное натяжение основы или ткани на ткацком станка;

L - полная заправочная длина основы или ткани. Выявлена целесообразность применения формулы (6) и (7), поскольку точность вычислении при их применении оказалась ближе к действительному состоянию нитей и ткани в соответствии с экспериментальной осциллограммой натяжения нитей основы на ткацком станке.

Оптимизация заправочных параметров проводилась на ткацких станках СТБ П - 180, заправленных тканью арт. С19ЮГ в условиях АО "Меланж". В качестве критерия оптимизации использовалась суммарная работа деформации основы вследствие прибоя и зевообразова-

ния, так как изменение суммарной работы Бедет к изменению обры ности основных нитей. В расчете использовались уточненные форму (6) и (7). Для проведения эксперимента был выбран полный факто ный эксперимент, который учитывает варьирование заправочных пар метров. В результате эксперимента получена регрессионная матем тическая модель второго порядка. Оптимальные заправочные парал<е ры ткацкого станка определяются при минимальном значении Ееличи суммарнгй работы деформации в облает;: эксперимента. Средняя о рывност?. при существующих на комбинате £?.пра*.очных параметр составляет 0,35 обрыва на 1 м ткани, а при установке наших опт мальных параметров стала равной 0,236 обрыва на 1 м. Таким обр зом, иегеизозание выявленных нами оптимальных заправочных пар метров ткацкого станка позволило снизить обрывность на и п лучить годовой экономический эффект в 1432 руб. ка один ткацк станок (е ценах 1992 г.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ научной и патентной литературы показывает необх димость дальнейшего углубленного исследования и построения уто ненной теории расчета упругой системы заправки ткацкого станка основе нелинейной механики нити и ткани.

2. Существующие методы определения деформационных характ ристик нити и ткани применительно к упругой системе заправ ткацкого станк:-. яьллкс.л приближенными. Поэтому необходимо разр ботать уточнена*1 методы определения деформационных коэффициент жесткости, вязк??тн « эластичности нити и ткани г.ри многоцикло! растяжении на основе нелинейной теории механики с учетом изме* ния физико-механических свойств нити по переходам приготовител ноге отдела и по участкам заправки на ткацком станке.

3. Разработаны экспериментально-аналитические методы опре; ления динамических коэффициентов жесткости, вязкости и зласт; ности нити и ткани при многоцикловом растяжении и получены сос ретствугцке расчетные формулы. Выявлено, что динамический коэф) циент жесткости и вязкости значительно (г, несколько раз) бо;

квазистатическпго.

4. Экспериментально установлено, что величины деформационных динамических коэффициентов зависят от линейной плотности нитей, натяжения, амплитуды, частоты и Бремени многошгллового растяжения, что указывает на нелинейности соответствующих деформационных зависимостей и необходимость использования теории нелинейной {механики нити и ткани.

5. С помощью разработанного и изготовленного прибора выявлена закономерность изменения физико-механических свойств пряжи по переходам приготовительного отдела .и в процессе ткачества. Происходит снижение динамических деформационных коэффициентов нитей вследствие изменения режимов многоциклобого растяжения, что необходимо учитывать при расчете упругой системы Золравки ткацкого станка. Динамический коэффициент жесткости и вязкости нити основы на ткацком станке снижается соответственно на 27Х и 25?. по участкам заправки от навоя до опушки ткани.

6. Разработана методика и получены формулы для уточненного расчета упругой системы заправки ткацкого станка на основе нелинейной механики нити и ткани в условиях многоциклового растяжения, дополнительно учитывающая соответствующие значения коэффициентов жесткости и изменение этих коэффициентов по участкам заправки ткацкого станка.

7. Сравнительный анализ результатов вычислений натяжения основных нитей вследствие зевообразования и прибоя утка по известной и уточненной формуле показал, что уточненная формула дает более точные результаты, что подтверждается осциллограммами натяжения основы на ткацком станке.

В. Методами математического планирования эксперимента получены оптимальные заправочные параметры основы на ткацких станках СТБ 2-180, заправленных тканью арт. С19ЮГ в условиях АО "Меланж". В результате установки оптимальных заправочных параметров обрывность по основе уменьшилась на 32£ по сравнению с существующей обрывностью, что позволило получить годоеой экономический эффект в 1432 руб. на один станок (в ценах 1992 г.).

сгасок ОГ&ТЛ1(К0ЕЛННКХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДЙСОЕПАЦШГ.

1. Мигушов И. И. , Садигов Э. Г. Метод определения деформационных коэффициентов краткости, вязкости и эластичности нити и ткани при многсциклоесм растяжении // Изв. вуеоь. Технология текстильной промышленности.- 199Е, N6„ с. 8 - 13.

С. Садигоь 3. Г. Деформационные коэффициенты тонких стержней при дич&мическом р:.:-тя;и,-;1ш; // Тез. докл. и* И-й науч.-техн. конф. ЖГИ. - Иваново,

<3. Садигов 3. Г. Расчет упругой системы заправки ткацкого станка. - в дйЗИЕПлегиром, N3494 - лп, 1в«8.

4. ?<лд»«.ч?а 0. Г. 1&1 .-гоциклохй» растя/еяия т«кзтильньи материалов. - Деп. в ЦШГЕПлегпром, N3486 - лп, 1Р93.

5. Садигов Э. Г. О расчете упругой системы заправки ткацкого станка // Тез. докл. на международной науч. -техн. конф. "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" (Прогресс - 93). - Иваново, 1993г.

Получено положительное решение о выдаче патента РФ по заявке "Способ определения деформационных свойств текстильных материалов при растяжении".

'Ш