автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка оптимальных технологических параметров изготовления хлопчато-бумажных тканей из пряжи высокой линейной плотности на пневморапирных ткацких станках

РОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

УГЛОВ АЛЕКСЕЙ ВСЕВОЛОДОВИЧ

УДК 677.024.001.18

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ ИЗ ПРЯЖИ ВЫСОКОЙ ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ НА ПНЕВМОРАПИРНЫХ

ТКАЦКИХ СТАНКАХ

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук , профессор Оников Эдуард Аршакович

Москва

1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. стр. 5 - 7

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Литературный обзор по теме исследования. стр. 8

1.1.1. Исследования по анализу работы системы заправки ткацкого станка. стр. 8-13

1.1.2. Работы по взаимосвязи технологических параметров, параметров строения и свойств вырабатываемых тканей и используемых нитей. стр. 13-17

1.1.3. Исследования по оценке напряженности заправки ткацких стан-

ков. стр. 17-20

1.1.4. Работы по оптимизации технологического процесса ткачества.

стр. 20 - 26

1.2. Теоретическая и экспериментальная базы исследования.

стр. 26 - 28

1.3. Задачи исследования. стр. 28

1.4. Выводы по главе. стр. 29

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОСТИ ЗАПРАВКИ ТКАЦКОГО СТАНКА.

2.1. Методика расчета повреждаемости нитей на ткацком станке.

стр. 30 - 37

2.2. Влияние заправочного натяжения нитей основы на их повреждаемость. стр. 38 - 40

2.3. Влияние скоростного режима работы ткацкого станка на повреждаемость основы. стр. 40 - 45 Выводы по главе. стр. 45

Глава 3. УСТАНОВЛЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ, ПАРАМЕТРАМИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВАМИ ТКАНИ НА ОСНОВЕ БИНАРНОЙ ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННОЙ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ.

3.1. Описание метода установления причинно-следственных связей.

стр. 46 - 52

3.2. Влияние натяжения основных нитей на их обрывность в ткачестве.

стр. 52 - 59

3.3. Влияние заправочного натяжения нитей основы на внешний вид ткани. стр. 59-61

3.4. Установление причинно-следственных связей в процессе прокладывания уточных нитей. стр. 62 - 64

3.5. Влияние свойств используемых нитей на обрывность нитей в ткачестве. стр. 64 - 70 Выводы по главе. стр. 70-71

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Выбор датчиков для исследования. стр. 72 - 73

4.2. Исследование натяжения нитей основы на ткацком станке АТПР.

стр. 74 - 85

4.3. Исследование натяжения утка на пневморапирном ткацком станке АТПР. стр. 85 - 88

4.4. Определение уработок нитей основы и ткани. стр. 88 - 93

4.5. Определение полуцикловых характеристик ткани. стр. 94 -103

4.6. Определение полуцикловых характеристик нитей, вынутых из ткани. стр. 104-114

4.7.Исследование стойкости ткани на истирание. стр. 114 -117

4.8. Исследование воздухопроницаемости тканей. стр. 118-121

4.9. Исследование толщины ткани. стр. 121 -124

4.10. Исследование поверхностной плотности ткани. стр. 124 -127 Выводы по главе. стр. 127-128

Глава 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ НА ПНЕВМОРАПИРНОМ ТКАЦКОМ СТАНКЕ ИЗ ПРЯЖИ БОЛЬШОЙ ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ.

5.1. Особенности изготовления тканей на пневморапирном ткацком станке. стр. 129 -134

5.2. Выбор критерия оптимизации. стр. 134-135

5.3. Выбор параметров оптимизации. стр. 135-136

5.4. Влияние технологических параметров на параметры оптимизации. стр. 136-142 Выводы по главе. стр. 142 -143

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ. стр. 144 -146

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. стр. 147 -157

ПРИЛОЖЕНИЯ.

стр. 158 - 200

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях научно-технический прогресс в текстильной промышленности связан прежде всего с внедрением и эффективным использованием современного технологического оборудования, повышением скоростного режима работы оборудования, расширением его ассортиментных возможностей, выпуском высококачественных изделий, пользующихся повышенным спросом у населения.

Несмотря на то, что в дальнейшем все большее распространение получат нетканые материалы и изделия из трикотажа, ткань по-прежнему будет занимать доминирующее положение, так как она по своей структуре и свойствам наиболее пригодна для изготовления одежды. Кроме того, значительное количество ткани используется для технических целей.

Следует отметить, что в последнее время появилось значительное количество различных видов дефицитных тканей, которые еще недавно отсутствовали в торговле. Отчасти это связано с большим количеством импортируемых товаров. В связи с этим резко ухудшилось положение в текстильной промышленности, ухудшились показатели работы отечественных предприятий, обострилась ситуация с использованием квалифицированной рабочей силы. Российским текстильным предприятиям, оснащенным в техническом плане значительно хуже зарубежных, становится все труднее выпускать конкурентоспособную продукцию. Однако, чтобы выжить, есть один путь — выпускать текстильные изделия, отвечающие мировому уровню и высокого качества. Требования в отношении качества и новизны предъявляет не какой-то ограниченный круг людей, а практически все население страны. Поэтому задача выпуска качественных текстильных изделий общегосударственной.

К дефицитным в России сегодня текстильным изделиям, как это не странно, относят хлопчатобумажные ткани одежного назначения, особенно изготовленные из пряжи малой и большой линейной плотности. В России резко уменьшилось потребление хлопка из-за отсутствия его производства. Сегодня необходимо резко снизить материалоемкость выпускаемых тканей. Использовать для их выпуска необходимо прежде всего отечественное оборудование. Необходимо более эффективно использовать имеющиеся различные переплетения тканей.

Сегодня самым распространенным ткацким станком в России является пневморапирный ткацкий станок АТПР. Однако для того, чтобы выпускать на нем высококачественные ткани, необходимо проводить дополнительные научные исследования. Необходимо научиться прогнозировать и управлять строением и качеством тканей, технологическими процессами, а не учиться постоянно на ошибках, вызванных недостаточным знанием явлений, происходящих на ткацком станке.

Важными являются задачи, связанные с выпуском дефицитных хлопчатобумажных тканей и разработкой методов прогнозирования технологического процесса ткачества, строения и качества вырабатываемых тканей из пряжи большой линейной плотности, а также нахождением путей активного влияния на технологический процесс ткачества. Решение данных задач должно быть осуществлено комплексно путем рассмотрения вопросов, связанных с работой нитей основы и утка в реальных условиях эксплуатации станка, установлением взаимосвязи между технологическими параметрами, параметрами строения и свойствами тканей, оптимизации технологического процесса ткачества.

Актуальность данной работы обусловлена высококачественным ассортиментом тканей, выбранных для исследования, которые по своим гигиеническим свойствам намного превышают показатели тканей,

полученных из других волокон и нитей.

Научная новизна исследования заключается в:

— разработке теоретического метода оценки напряженности заправки хлопчатобумажных тканей из пряжи большой линейной плотности на пневморапирных ткацких станке на основе использования критерия длительной прочности Бейли и доказательстве возможности выпускать данные ткани на станке АТПР;

— установлении причинно-следственных связей в ткачестве при изготовлении хлопчатобумажных тканей из пряжи большой линейной плотности на основе бинарной причинно-следственной теории информации; нахождении наиболее опасного с точки зрения обрыва момента тканеформирования; определении причин, оказывающих наибольшее влияние на внешний вид тканей; отыскании причин недолетов утка на пневморапирном ткацком станке; определении свойств используемых нитей для прогнозирования обрывности нитей;

Практическая значимость работы заключается в:

— разработке математических моделей влияния основных технологических параметров на строение и свойства тканей, что позволяет их прогнозировать;

— разработке оптимальных технологических параметров изготовления хлопчатобумажных тканей из пряжи высокой линейной плотности на пневморапирных ткацких станках с минимальновозможной обрывностью нитей;

— разработке автоматизированного метода расчета повреждаемости нитей, что позволяет оценить напряженность заправки ткацкого станка;

— разработке рекомендаций по стабилизации технологического процесса изготовления тканей.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Литературный обзор по теме исследования

Все работы, тесно связанные с темой настоящего исследования, рассматривались по следующим основным направлениям:

— исследования по анализу работы системы заправки ткацкого станка;

— работы по взаимосвязи технологических параметров, параметров строения и свойств вырабатываемых тканей и используемых нитей;

— исследования по оценке напряженности заправки ткацких станков;

— работы по оптимизации технологического процесса ткачества.

1.1.1. Исследования по анализу работы системы заправки ткацкого станка.

Исследованиям по изучению работы системы заправки ткацкого станка, и прежде всего упругой системы, посвящено значительное количество работ. Это связано с важностью вопроса. От работы системы заправки ткацкого станка зависит практически все: стабильность технологического процесса и обрывность нитей, строение тканей и свойства вырабатываемых тканей. Это прежде всего вопросы, связанные с анализом натяжения и деформацией основных и уточных нитей, их напряженно-деформированного состояния.

Наиболее кардинальными работами в этой области являются исследования проф. Гордеева В.А. [3.14, 4.4]. Он заложил фундаментальные основы исследования упругой системы заправки, создал весьма стройную и привлекательную теорию жесткости, которая позволила

объяснить многие вопросы тканеформирования и решить многочисленные проблемы в ткачестве. Автор справедливо считает, что ткане-формирование носит циклический характер, изменение натяжения основы, утка и ткани также является циклическим. «Продольная деформация растяжения, возникающая вследствие процесса зевообразо-вания, прибоя уточной нити к опушке ткани, отвода наработанной ткани и сматывания основы с навоя в рабочей зоне ткацкого станка, вызывает изменение натяжения основы». Причем изменение натяжения нитей и ткани происходит пропорционально изменению ее деформации. Он предложил для этих целей использовать коэффициенты жесткости нитей и ткани и методы их экспериментального определения.

Профессор Гордеев В.А. первым создал теорию, позволяющую провести анализ напряженно-деформированного состояния нитей. Принципиально важным является то, что при изучении явлений, происходящих на ткацком станке, он рассматривает динамику работы механизмов отпуска основы и навивания ткани.

На основе многочисленных разработок в последние годы проф.Гордеев В.А. и его ученики создали ряд уникальных тканей и тканых конструкций специального назначения.

Повышение скоростных режимов работы ткацких станков, использование современных быстроходных ткацких станков требует корректировки теории проф.Гордеева В.А. Ряд возникающих вопросов с помощью его теории решить невозможно. Так, на первый план при быстроходном ткачестве встают вопросы, связанные с неоднородностью свойств используемых нитей, неравномерностью натяжения основы и утка по глубине и ширине заправки, релаксационным характер поведения текстильных материалов. Но несмотря на это, роль теории проф.Гордеева В.А. в решении рассматриваемых вопросов очень велика. ' .

Интересны и важны исследования, проводимые проф. Е.Д.Ефремовым и его учениками [3.2,3.13—3.15]. Проф. Ефремов Е.Д. по ряду вопросов углубил и обогатил теорию проф.Гордеева В.А., использовав в основном геометрический подход к решению многих вопросов. Им плучены достаточно удобные формулы для расчета натяжения и деформации нитей. Однако использование коэффициентов жесткости нитей и ткани дает весьма приближенную картину рассматриваемых явлений, так как коэффициент жесткости изменяется в довольно широких пределах при изменении натяжения и во времени. Никак не объясняется довольно интересный факт взаимосвязи силы прибоя, величины прибойной полоски и натяжения основы. Так, согласно теории жесткости, с увеличением величины прибойной полоски увеличивается и сила прибоя. Об этом красноречиво говорит формула:

Р = С * Ь (1.1)

Так, при увеличении прибойной полоски, согласно вышеприведенной формуле, увеличивается и сила прибоя. Но при увеличении натяжения прибойная полоска уменьшается, а сила прибоя увеличивается. Получается вроде все наоборот. Теория жесткости не дает объяснения этому и другим фактам, так как не учитывает изменения коэффициентов жесткости нитей и ткани во времени и при изменении условий работы заправки.

Представляют существенный интерес работы, проводимые в последние годы на кафедре ткачества Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина.

Проф. Николаевым С.Д., аспирантами и сотрудниками кафедры ткачества [2.24, 3.26, 4.6, 4.17] при рассмотрении напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке предлагается использовать вязкоупругую природу текстильных материалов. Эти релаксационные процессы в значительной степени предопределяют поведение нитей основы и утка на ткацком станке. Однако

в большинстве случаев при исследованиях процессов релаксации и астрингации усилий, при ползучести и обратном восстановлении деформации не учитывается реальное поведение текстильных нитей при малом и большом отрезках времени. Исключение составляют исследования проф.Щербакова В.П. [3.36], который для исследования напряженно-деформированного состояния нитей на трикотажных машинах использует слабосингулярное ядро А.Р.Ржаницына и его резольвенту, полученную М.А.Колтуновым. Эти функции отражают реальную картину напряженно-деформированного состояния нитей в любой промежуток времени.

Аналогичным был подход и в работах проф.Николаева С.Д. [4.17], но применительно к ткачеству. На основе использования наследственной теории вязкоупругости Больцмана— Вольтерра автором были получены зависимости, определяющие взаимосвязь между напряжением и деформацией нитей основы и утка для различных типов станков в любой промежуток времени, в любой момент тканеформирования, в любой по глубине и ширине заправки зоне ткацкого станка.

Заслуживают большого внимания работы проф.Ерохина Ю.Ф. по созданию новых конструкций основных регуляторов для бесчелночных ткацких станков [3.5,3.12,3.16,3.28], им подробно изучен вопрос изготовления тканей на широких ткацких станках СТБ с двумя навоями. Последние работы проф.Ерохина Ю.Ф. посвящены установлению зависимостей для расчета технологических параметров изготовления тканей заданного строения.

В работах [3.28—3.30] предложены рекомендации по изготовлению тканей с эффектом переменной плотности в продольном направлении. Для изготовления таких тканей важно на ткацком станке создать при различных прокидках утка различные условия работы нитей, что требует некоторой модернизации ткацкого станка.

При формировании тканей большое влияние на условия работы

нитей и качество получаемых тканей имеет натяжение утка. Об этом еще 50 лет назад говорил проф. Новиков Н.Г. [3.27], основоположник теории ткачества, организатор кафедр ткачества Московского и Ивановского текстильных институтов.

Из последних работ по изучению натяжения утка следует отметить исследования д.т.н. Малафеева P.M. [4.14]. В своей докторской диссертации он решил следующие задачи: определение усилий и деформаций уточных нитей в их зависимости от скоростного режима станка в различных зонах конструктивно-заправочной линии; оценка скоростных возможностей ткацких станков, нахождение условий устойчивости прокладывания уточных нитей на станках различных конструкций, разработка новых механизмов прокладывания утка. При анализе прокладывания утка используется модель вязкоупругого тела по Кельви-ну-Фойгту. В связи с тем, что эта модель при времени, близком к нулю, не срабатывает, достоверность результатов несколько снижается. Весьма сомнителен вывод автора о том, что при увеличении скоростного режима ткацкого станка натяжение нити уменьшается и при значительном увеличении скорости натяжение станет равным нулю. Поэтому это накладывает ограничение на повышенние скорости ткацкого станка.

Большинство же работ, наоборот, подтверждает тезис об обратной картине: при увеличении скоростного режима ткацкого станка натяжение нитей основы и утка увеличивается. Интересны в этом плане исследования проф. Мартынова И.А. [3.25], в которых изучается влияние работы отдельных механизмов на условия работы заправки ткацкого станка.

Заслуживают внимания результаты