автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование процесса изготовления тканей комбинированных переплетений на пневморапирных ткацких станках

/

/ уч ^ - - / „ ,.....

'' С/ ¿Л- *> * \ —■ V

'V,/' ч./ '' / / С/ чД-

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВА ЕЛЕНА ГЕРМАНОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТКАНЕЙ КОМБИНИРОВАННЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ 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 ЕРОХИН Ю.Ф. Научный консультант -доктор технических наук, доцент СИНИЦЫН В. А.

- £ -

СОДЕРЖАНИЕ

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

Глава 1. ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ..................... 10

1.1. Анализ работ по теоретическому и экспериментальному исследованию процесса тканеформирования ......... 11

1.2. Анализ работ по натяжению нитей основы в процессе зе-вообразования ................................... 22

1.3. Анализ работ по оптимизации технологического процесса выработки тканей ................................................27

Выводы по главе 1 ......................................... 30

Глава 2. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРОЕНИЯ ОДНОСЛОЙНЫХ ТКАНЕЙ.............. 32

2.1. Усовершенствование геометрической модели строения однослойной ткани................................. 32

2.2. Сравнительный анализ параметров строения ткани по существующей и предлагаемой методикам...................37

2.3. Особенности расчета параметров строения тканей главного класса переплетений с учетом характеристик жесткости перерабатываемой пряжи.................... 40

Выводы по главе 2 ......................................... 54

Глава 3. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КУЛАЧКОВОГО ЗЕВООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА НА БЕСЧЕЛНОЧНОМ ТКАЦКОМ СТАНКЕ ........ 56

3.1. Разработка нового кулачкового зевообразовательного механизма ....................................... 56

3.2. Расчет усилия пружины усовершенствованного зевообразовательного механизма .......................... 62

3.2.1. Определение деформации пружины при зевообразовании

- з -

...............................................62

3.2.2. Расчет приведенного момента инерции усовершенствованного зевообразовательного механизма........ 70

3.2.3. Определение натяжения основных нитей, действующих на ремизку в процессе формирования ткани...... 73

3.3. Влияние параметров зевообразовательного механизма на

ассортимент изготавливаемых тканей .............. 78

Выводы по главе 3 ......................................... 84

Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТКАНИ КОМБИНИРОВАННОГО ПЕРЕПЛЕТЕНИЯ НА ТКАЦКИХ СТАНКАХ АТПР С МОДЕРНИЗИРОВАННЫМ ЗЕВООЕРАЗОВАТЕЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ _____86

4.1. Проектирование и расчет параметров строения ткани комбинированного переплетения................... 87

4.2. Оптимизация параметров изготовления ткани ....... 93

Выводы по главе 4......................................... 100

Глава 5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА................... 101

5.1. Расчет нормы обслуживания ткача до проведения эксперимента ......................................... 101

5.2. Расчет нормы обслуживания ткача после проведения эксперимента .................................................109

Выводы по главе 5 ......................................... 114

ОБОБЩЕННЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.......................... 115

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ............................ 118

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................ 131

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвящена совершенствованию процесса изготовления тканей комбинированных переплетений на пневмо-рапирных ткацких станках.

Усовершенствована геометрическая модель строения ткани, позволяющая определить параметры строения однослойной ткани в интервале от предельных до крайних порядков фазы строения, получена математическая модель строения тканей главного класса переплетений и их производных, позволяющая определить параметры строения ткани с учетом характеристик жесткости перерабатываемой пряжи.

Определены возможности нового кулачкового зевообразова-тельного механизма и изучены условия работы данного механизма при выработке тканей комбинированных переплетений.

Установлены оптимальные параметры выработки экспериментальной ткани комбг шрованного переплетения на станке АТПР с использованием модернизированного кулачкового зевообразователь-ного механизма.

Принципиальная новизна технических и технологических разработок подтверждена патентом РФ № 2120508.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Актуальность данной работы заключается в разработке рекомендаций по эффективному использованию бесчелночных ткацких станков АТПР с модернизированным кулачковым зевообразовательным механизмом.

В настоящее время в отечественной текстильной промышленности широко используются бесчелночные ткацкие станки АТПР. Однако, на этих станках можно вырабатывать ткани ограниченного ассортимента. Кроме того, кулачковый зевообразовательный механизм данного станка имеет недостаток - при смене ассортимента ткани необходимо менять кулачки. Вместе с тем, существуют определенные трудности, связанные с приобретением кулачков ввиду возрастания их стоимости.

Новый кулачковый зевообразовательный механизм дает возможность расширить ассортимент выпускаемых тканей при использовании кулачков для выработки ткани полотняного переплетения. При этом его конструктивные особенности обеспечивают выработку тканей главного класса переплетений, их производных и комбинированных.

Цель работы заключается в совершенствовании процесса изготовления тканей комбинированных переплетений на пневморапирных ткацких станках.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:

1. Усовершенствован существующий геометрический метод определения параметров строения однослойной ткани, позволяющий рассчитать основные параметры строения ткани в интервале от

предельных до крайних порядков фазы строения.

2. Установлена аналитическая зависимость между параметрами строения ткани и натяжением нитей основы, утка для выработки однослойной ткани, дающая возможность определить эти параметры с учетом характеристик жесткости перерабатываемой пряжи.

3. Разработан новый кулачковый зевообразовательный механизм, позволяющий расширить ассортиментные возможности пневмо-рапирных ткацких станков.

4. Спроектированы и выработаны образцы экспериментальной ткани на станках АТПР с использованием нового кулачкового зево-образовательного механизма.

5. Определены оптимальные параметры изготовления экспериментальной ткани комбинированного переплетения на станках АТПР.

Методы исследований. В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования. При теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчислений, методы теоретической механики и сопротивления материалов, теории механизмов и деталей машин. При проведении экспериментальных исследований использованы действующее оборудование, измерительные приборы, современные методы планирования и анализа эксперимента. Погрешности прямых и косвенных измерений определялись методами математической статистики и теории погрешностей.

Автор защищает:

1. Усовершенствованный геометрический метод, позволяющий определить параметры строения ткани в интервале от предельных до крайних порядков фазы строения.

2. Математическую модель строения тканей главного класса

переплетений и их производных, позволяющую определить параметры строения ткани с учетом характеристик жесткости перерабатываемой пряжи.

3. Новый кулачковый зевообразовательный механизм бесчелночного ткацкого станка АТПР, обеспечивающий выработку тканей комбинированных переплетений.

4. Ткань комбинированного переплетения, спроектированную на основе усовершенствованного геометрического метода.

5. Оптимальные параметры процесса формирования ткани комбинированного переплетения на станке АТПР с использованием нового кулачкового зевообразовательного механизма.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

- получена математическая модель строения тканей главного класса переплетений и их производных, позволяющая определить параметры строения ткани с учетом характеристик жесткости перерабатываемой пряжи;

- выведены зависимости, позволяющие определить величину волны изгиба нитей основы и утка, а также влияние натяжения основных и уточных нитей на параметры строения ткани;

- разработан новый кулачковый зевообразовательный механизм бесчелночного ткацкого станка АТПР, обеспечивающий выработку тканей комбинированных переплетений;

- установлены оптимальные параметры процесса формирования ткани комбинированного переплетения на станке АТПР с использованием модернизированного кулачкового зевообразовательного механизма, позволяющие снизить обрывность нитей основы при ткачестве.

работок подтверждена патентом РФ М 2120508.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработанный новый кулачковый зевообразовательный механизм позволяет значительно расширить ассортиментные возможности пневморапирных ткацких станков.

Теоретические зависимости для расчета параметров строения однослойных тканей используются НИИ, ВУЗами, научными работниками и студентами в соответствующих научных исследованиях и инженерных расчетах.

Предложенные технические и технологические решения для изготовления комбинированных тканей могут быть взяты конструкторами за основу при создании нового поколения зевообразователь-ных механизмов ткацких станков.

Результаты исследования оптимальных параметров заправки ткацких станков могут быть использованы текстильными предприятиями при разработке нового ассортимента комбинированных тканей.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы были доложены и получили одобрение:

- на Международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве", Иваново, 1996 г;

- на Международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве", Иваново, 1997 г;

- на Международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текс-

тильной и легкой промышленности", Иваново, 1998 г;

- на заседаниях научно-методического семинара кафедры ткачества ИГТА (Иваново 1996 - 1999).

Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 6 статей и тезисов докладов на научно-технических конференциях; патент РФ № 2120508.

Объем работы. Диссертация изложена на 142 листах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 107 наименований, двух приложений, содержит 19 таблиц, 23 рисунка.

ГЛАВА 1.

ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

Анализ литературных источников показывает, что в последние десятилетия все большее внимание уделяется теоретическому и экспериментальному исследованию процесса формирования ткани.

Данный процесс сопряжен с созданием новой техники и технологии, которые являются важнейшими условиями повышения производительности труда и повышения эффективности производства.

При исследовании технологического процесса ткачества приходится сталкиваться с многообразием факторов, воздействующих на процесс, и связей между ними.

В рамках международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве", проходившей в ноябре 1996 года в ИГТА, были обсуждены проблемы научной разработки новых технологий и оборудования и определены основные направления научно-технического прогресса в ткацком производстве.

К одним из наиболее важных относятся:

- создание принципиально новых конструкций машин;

- расширение ассортимента новых видов высококачественных тканей для существующего парка ткацкого оборудования;

- разработка новых структур тканей рационального строения;

- разработка методов, обеспечивающих оптимальное протекание технологических процессов.

Все работы, связанные с темой настоящего исследования, посвящены следующим вопросам:

- работы по теоретическому и экспериментальному исследованию процесса тканеформирования;

- работы по анализу натяжения нитей основы в процессе зе-вообразования;

- работы по оптимизации технологического процесса выработки тканей.

1.1. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОМУ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ТКАНЕФОРМИРОВАНИЯ

Вопросам строения ткани, определения отдельных параметров, а также методов ее проектирования издавна уделялось и до сих пор уделяется большое внимание исследователей стран ближнего и дальнего зарубежья.

Основоположником отечественной науки о строении ткани является проф. Н.Г. Новиков. В своих работах о строении ткани и проектировании ее с помощью геометрического метода [1] он излагает теорию фазового строения ткани.

Строение полотен определяется тремя группами характеристик: элементами структуры, их взаимным расположением и связями между элементами. Для характеристики взаимного расположения нитей основы и утка в ткани со взаимными изгибами, Н.Г. Новиков в 1945 году ввел понятие фазы строения ткани, как величины отношения высоты волны изгиба основы Ь0 к утку Ьу

Ф = Ио/Ьу. (1.1)

Фаза строения ткани изменяется от нуля до бесконечности. Так как оперировать такой величиной неудобно, то он предложил всю область разделить на девять частей, назвав их порядками фа-

- lg -

зы строения ткани.

Н.Г. Новиков вывел основное геометрическое свойство однослойной ткани - сумма высот волн изгиба нитей основы и утка, равная сумме их диаметров, есть величина постоянная

h0 + hy = d0 + dy = const. (1.2)

Он также ввел понятие геометрической плотности ткани 1© и 1У, которая, как и высота волны изгиба, характеризует волнообразную форму нитей в ткани.

Кроме того, исследователь доказал следующие положения:

- нити основы и утка при равенстве диаметров воздействуют друг на друга в одинаковой степени;

- в случае, когда воздействие одной системы на другую неодинаково, обе системы принимают волнообразную форму, но с разными высотами волн изгиба;

- при крайних порядках фазы строения (первый и девятый) толщина ткани принимает наибольшее значение;

- с уменьшением плотности расположения нитей уменьшается степень связи между нитями и увеличивается возможность их взаимного перемещения;

- при критической геометрической плотности расстояние между двумя соседними нитями равно сумме диаметров нитей основы и утка и имеется возможность получения ткани любого порядка фазы строения.

Проф. Н.Г. Новиков вывел основные соотношения между натяжением нитей основы F0 и утка Fy и силой нормального давления нитей в ткани N

утка к плоскости ткани.

Однако, некоторые вопросы, касающиеся взаимосвязи натяжения нитей основы и утка и параметров строения ткани, остались неизученными. Кроме того, ряд вопросов в области проектирования ткани, а точнее геометрической модели, используемой при проектировании, требуют существенной корректировки. В частности, при выводе формул геометрической плотности принимается, что при изменении порядка фазы строения ткани от первого до девятого и наоборот, расстояние между центрами одноименных нитей равно сумме диаметров нитей, то есть

Работы К.Г. Алексеева [2,3] посвящены исследованию процесса формирования хлопчатобумажной ткани полотняного переплетения. Он вывел следующие зависимости для расчета отношения высот волн изгиба

где Р0 и Ру - технологическая плотность ткани по основе и утку;

То и Ту - линейная плотность нитей основы и утка; Оотк и Оутк - разрывная прочность ткани по основе и утку;

ДЬо и ДЬУ - удлинение основы и утка при разрыве.

Однако, исследователь не учитывает изменения порядка фазы строения ткани.

Вопросам строения и проектирования ткани уделяется большое внимание и со стороны зарубежных авторов. И отечественные, и зарубежные ученые занимаются вопросами изучения отдельных параметров строения ткани, а также методов ее проектирования.

1о1 = ¿о +

1у9 = С10 + С1у.

(1.4)

(1.5)

Ьо/Ьу = РоТу^ОоТкД^о/РуТо^ОуТкЛЬу,

(1.6)

К числу первых можно отнести метод Джорджа Мерфи [19], который установил зависимость отношения плотности подобных тканей от корня квадратного отношения номеров пряжи, из которой вырабатываются эти ткани

Роп/Руп = /Ио/Иу, (1.7)

где N0 и Му - номер пряжи основы и утка.

Приведенная формула используется и в случае, когда необходимо пересчитать плотность ткани, подобной ранее выработанной, но проектируемой из нитей другой линейной плотности, при условии, что ткани вырабатываются из того же сырья и имеют одинаковое переплетение.

Данный метод был положен за основу многими последующими исследователями.

Метод Т. Ашенхерста [19] позволяет определить максимальную плотность по основе и утку ткани квадратного строения. Этот метод называется теорией пересечения диамет�