автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Совершенствование процесса прибоя утка на металлоткацких станках при выработке сеток полотняного переплетения

На правах рукописи

Гао Бинь

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИБОЯ УТКА НА МЕТАЛЛОТКАЦКИХ СТАНКАХ ПРИ ВЫРАБОТКЕ СЕТОК ПОЛОТНЯНОГО ПЕРЕПЛЕТЕНИЯ

Специальность 05.19.02-Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2003

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (ИГТА).

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Суров Вадим Андреевич

Официальные оппоненты

доктор техн. наук, профессор Ерохин Юрий Филипович

кандидат технических наук Плюханова Татьяна Юрьевна

*

Ведущая организация:

ООО "Текстильмаш", г. Шуя Ивановской области

Защита состоится: " /3 " _// 2003 г. ^ часов

на заседании диссертационного совета Д 212.061.01 при Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан " ф " / &_ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

■I

Кулида Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Металлоткачество - уникальная подотрасль, в технологических процессах которой сочетаются специфика образования ткацких переплетений и холодные методы обработки металлов. Металло-тканые сетки используются в авиа- и ракетостроении, химической, абразивной, горной, радиоэлектронной, пищевой, бумажной промышленности, в порошковой металлургии и т. д.

В связи с переходом экономики на современные рыночные отношения повысились требования к качеству и товарному виду вырабатываемых металлосеток, особенно высокой точности и контрольных. К этим сеткам предъявляются высокие требования по допуску на стороны ячеек в свету (допуск на размеры ячеек металлосеток высокой и сверхвысокой плотности имеет порядок Ю^.-.Ю^м). Практика показывает, что одним из основных факторов, влияющих на качество сетки, является правильное соотношение между силой прибоя, натяжениями основы и сформированной сетки в момент прибоя. В производстве это соотношение находится опытным путем, поскольку производители ткацких станков таких рекомендаций не дают. Более того, при проектировании металлоткацких станков возникают сложности по определению сил технологического сопротивления, в частности, для батанного механизма - силы сопротивления прибою.

В связи с этим является актуальной задача анализа процесса формирования тканой металлосетки, направленная на разработку программного обеспечения для определения исходных данных к проектным расчетам и рекомендаций непосредственным изготовителям сеток.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка квазистатической модели процесса формирования сеток из металлических мононитей и определение силовых факторов, возникающие в процессе формирования сеток с заданными геометрическими характеристиками; разработка соответствующего программного обеспечения; разработка практических рекомендаций по модернизации металлоткацкого станка.

Исходя из поставленной цели сформулированы следующие основные задачи исследований:

1) выявить характеристики "напряжение - деформация" для мононитей, используемых в производстве тканых металлических сеток;

2) разработать математическую модель процесса деформации прово-

; ¡>ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ] | БИБЛИОТЕКА I СД1етербург /. ,

! оэ ■'Щ

локи утка, позволяющую определить связь между геометрическими характеристиками его оси и усилиями, действующими со стороны проволок основы;

3) разработать математическую модель процесса деформации проволоки основы при прибое утка, позволяющую определить связь между высотой волны предыдущей уточины, с одной стороны, и геометрическими характеристиками оси основы, ее натяжением и силой прибоя - с другой;

4) оценить влияния требуемых параметров контрольных сеток на натяжение основы и силу прибоя, необходимые для обеспечения этих параметров.

Методика исследований. При решении поставленных задач применялись методы: сопротивления материалов, теории механизмов и машин, механики нити, дифференциального и интегрального исчисления, теории тканеформирования, математического моделирования и программирования.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования и тензометрических измерений, при обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.

Научная новизна

1. В квазистатической постановке разработана математическая модель процесса деформирования уточной металлической мононити сетки полотняного переплетения, позволяющая определить при принятых допущениях форму ее геометрической оси и возникающие силовые факторы.

2. Разработана математическая модель статики деформированной металлической мононити основы сетки полотняного переплетения, позволяющая определить ее натяжение и силу прибоя в предположении, что в момент прибоя формируется элемент сотки между двумя предшествующими подводимой уточинами.

3. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированного расчета силовых и геометрических параметров основы и утка в процессе формирования металлосетки. Сравнение числовых расчетов с результатами проведенных другими авторами экспериментальных исследований показало приемлемость предложенной методики определения силы прибоя и натяжения основы в момент прибоя при изготовлении сеток из металлических мопотией.

4. Разработана упрощенная методика определения коэффициента трения в паре перекрещивающихся металлических мононитей. Для ряда

мононитей, используемых в металлоткачестве, с доверительной вероятностью 0.95 определены значения коэффициентов трения.

5. Для ряда мононитей, используемых в металлоткачестве, методом тензометрирования получены зависимости «растягивающее усилие -удлинение нити», после обработки которых построены зависимости «напряжение - относительная деформация» испытуемых образцов.

6. На основании анализа результатов исследования предложено направление модернизации механизма отпуска основы металлоткацкого станка типа СТР.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель статики прибоя уточной нити и программное обеспечение, позволяющие определить по требуемым параметрам сетки (размеру ячейки в свету, диаметрам и материалам проволок основы и утка) требуемую силу прибоя и натяжение основы а момент прибоя, предназначаются для использования при модернизации существующих и проектировании новых моделей металлоткацких станков.

Полученные на основании результатов экспериментов механические характеристики ряда металлонитей могут быть использованы и при решении других производственных и научных задач.

Материалы диссертации используются в учебном процессе в курсах цикла ДС, дисциплины специализаций при подготовке студентов направления 651600 Технологические машины и оборудование (специальности 170700 Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности) и направления 551800 Технологические машины и оборудование (специальности 551824 Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности).

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались:

1. На межвузовской научно - технической конференции 23 - 25 апреля 2001 года, в г. Иваново, ИГТА.

2. На международной научно - технической конференции 21-24 мая

2001 года, в г. Иваново, ИГТА.

3. На международной научно - технической конференции 27 - 30 мая

2002 года, в г. Иваново, ИГТА.

4. На межвузовской научно - технической конференции 22 - 24 апреля

2003 года, в г. Иваново, ИГТА.

5. На расширенном заседании кафедры проектирования текстильных

5

машин ИГТА, г. Иваново, в 2003г.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из 4 глав и заключения. Текст изложен на 157 страницах. В работе имеется 11 таблиц, 61 рисунок, список литературы, включающий 111 наименований, и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа состоит из 4 глав, заключения и списка литературы.

В общей характеристике (глава 1) работы показывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные цели и задачи проведенных исследований, их научная новизна и практическая значимость, приведена апробация результатов работы.

Во второй главе дано описание объекта исследований - металлотканых сеток, предъявляемые к ним требования, выполнен обзор исследований в области металлоткачества и области формирования тканей из натуральных и искусственных волокон.

Показано, что изучению вопросов проектирования оборудования металлоткацкого производства и технологии металлоткачества, уделяется недостаточное внимание исследователей.

С 1980 года в России этими вопросами практически более глубоко занимается только Ивановская государственная текстильная академия. Результаты этих исследований обобщены в трёх диссертационных работах - А.Н.Смирнова, А.А.Тувина, А.В.Чумикова.

А.Н.Смирнов впервые попытался увязать вопросы технологического плана с разработкой новой конструкции батанного механизма, в частности поставлен вопрос о необходимости двухкратного прибоя металлоутка. А.В.Чумиковым продолжен анализ этой проблемы, показано, что целесообразнее иметь выстой батана в переднем положении. Проанализированы относящиеся к металлоткачеству работы других исследователей, в частности В.А.Сурова и соавторов.

Формирование металлосетки по своему принципу аналогично формированию тканей из натуральных и химических волокон. В этой связи в обзоре уделено внимание научному вкладу в теорию формирования ткани профессоров И.И.Мигушова, Г.В.Степанова, С.В.Ямщикова, Е.Д.Ефремова и других.

И.И.Мигушовым обобщены и углублены теоретические основы

нелинейной механики жесткой нити. Г.В.Степановым с учётом теории И.И.Мигушова разработана математическая модель строения ткани, позволяющая определить геометрические и силовые характеристики нитей в ткани. С.В.Ямщиковым изучалась зона формирования ткани, в том числе разработана база для математической модели прибоя утка.

Анализ проведенных исследований показал, что практически не решена задача о необходимом усилии прибоя и требуемом натяжении основы в металлоткачестве, дающих исходные данные для проектирования основных исполнительных механизмов ткацкого станка. При решении этой задачи по обоснованным моментам предложено изменить методику Г.В.Степанова и И.И.Мигушова с целью учета особенностей процесса ткачества из металлических мононитей.

В третьей главе разрабатывается математическая модель статики деформированной уточной металлонити.

В процессе формирования тканой металлосетки уточная нить испытывает пластическую деформацию. Окончательную форму уточина принимает после подвода в зону формирования одной или нескольких последующих нитей утка. Деформация происходит под действием сил со стороны нитей основы.

Для решения поставленной задачи недостаточно знание только механических свойств материала металлонитей (предел упругости, предел прочности при растяжении, относительное удлинение и др.). Необходимо иметь зависимость сг(е) напряжения от относительной деформации растяжения - сжатия. Эта зависимость определяется многими факторами, в частности технологией протяжки проволоки, и в справочной литературе не приводится. В связи с этим она находилась экспериментальным методом, для чего использовался применяемый в текстильном материаловедении прибор профессора П.В.Мелентьева, дополненный необходимой регистрирующей системой - тензометрической установкой. Эксперименты проводились для проволоки из высоколегированной стали 12Х18Н10Т, малоуглеродистой стали 0, латуни Л - 80, бронзы Бр.ОФ 6.5 - 0.4. После обработки полученных осциллограмм найдены условные и действительные характеристики сг(е) испытуемых материалов. В аналитической форме действительные характеристики представлены в виде

а, + аге + а}ег ; Et <е ст(Е) = Ее ; - е) < е < sj

-а1+а2с-а,Е2 ; Е < —е

где Е - модуль упругости материала уточины ;

а, - постоянные коэффициенты ;

е у - относительная деформация, соответствующая пределу упругости материала утка.

Результаты показали, что характеристики а(е) зависят не только от свойств материала металлонитей, но и от диаметра образца. Это отмечается и в технической литературе.

В общем случае считается, что геометрическая ось нити утка имеет участок постоянной кривизны и участок, на котором кривизна изменяется от конечной величины при выходе из зоны контакта с основой до нуля в точке перегиба. В частных случаях тот или иной участок может отсутствовать ( рис.] ).

В общем случае зависимость радиуса кривизны геометрической оси элемента утка в первом приближении принимается в виде

г,(/?) = в/Д\0<Д<Д , (2)

где Д - угловая длина участка нити переменной кривизны.

Очевидно, что

а = (г„ + г} )Д" . (3)

Проекции геометрической оси выделенного элемента нити на оси системы координат известны ( L, H ), тогда имеют место выражения:

>\(/?)C0S(A + Pi ~ P)dP + (r0 )sin/?j = LU , (4)

J* rs (/?)sin( /?, +pi-p)dp ь (/;, + r, )(1 - cos /?,)=/// 2, (5)

где p1 - угловая длина участка нити постоянной кривизны;

L - геометрическая плотность сетки по основе, мм;

H - высота волны изгиба геометрических осей уточных проволок.

Нормальные силы Р, поперечные усилия Q и изгибающие моменты M в концевых сечениях выделенного элемента нити зависят от характеристики а(е) :

*

Р = -2г1\1 <т{Е)%тг ва9 ,

М =-2гу\^сг(Е)$,\пг всоъв(1в ,

е = (2М + РИ)И ,

где 0 - угловая координата текущего слоя нити .

Энергия, затрачиваемая на деформацию элемента утка:

(б)

(7)

(8)

(9)

Данных уравнений достаточно для определения искомых величин, если принять, что на деформацию утка должно затрачиваться минимум энергии П = Птт .

В результате численного решения полученной системы уравнений найдены, в частности, зависимости (?(Л) поперечной силы от высоты волны изгиба геометрической оси уточины для ряда контрольных сеток, в частности для сеток с различным отношением ширины ячейки к диаметру нитей и для сеток из проволок различного материала.

Аналогичные зависимости £?(А) получены и для случая, когда в зоне между соседними нитями основы геометрическая ось уточины принимается прямолинейной.

Данные зависимости предназначены для определения геометрических и силовых характеристик проволоки основы.

В четвертой главе разрабатывается математическая модель статики деформированной металлонити основы.

При изучении процесса формирования тканой металлосетки необходимо иметь значение коэффициента трения в паре основа - уток. Экспериментально определялись коэффициенты трения ряда металлонитей. Лабораторная установка (рис.2) обеспечивала условия контакта двух перекрещивающихся нитей, близкие к существующим на ткацком станке.

Из системы уравнений движения закрепленных в концевых сечениях нити 1 (основа, огибающая под углом а поперечно натянутый уток 2) масс /и, и т2, а также блока 3 получена зависимость коэффициента трения в паре перекрещивающихся нитей от параметров установки и времени / перемещения массы ю, на пути н . В результате обработки результатов измерений с доверительной вероятностью 0.95 получены

следующие значения коэффициентов трения: / = 0.250 - латунь Л - 80 диаметром ё - 0.05 мм; / = 0.224 - бронза Бр.ОФ 6.5-0.4, с1 = 0.036 мм; / = 0.311 - никель НО, й = 0.032 мм; / = 0.158 -высоколегированная теплостойкая сталь 12Х18Н10Т, £/ = 0.15 мм; / = 0.192 - низкоуглеродистая сталь 0, ¿/ = 0.18 мм; / = 0.202 -медьМ1, ¿=0.25 мм.

Разработана математическая модель статики системы основа -уток - бердо.

В общем случае предполагается, что геометрическая ось основы в зоне между подводимой и предыдущей уточинами имеет кривизну, изменяющуюся от конеч- ной величины в сечении схода с уточины до нуля в сечении перегиба (рис.3).

Математическое описание радиуса кривизны геометрической оси нити основы принято в виде зависимости, используемой при анализе процесса деформации утка

г,{р) = а/р\ 0</?</?,2 , (10)

где о = (г„ + г, )(Ги ,

Рп- угловая длина участка основы переменной кривизны. Проецируя ось выделенного элемента на оси системы координат, получим

II

Рис.2

'„ + £/>)5т(йг + Д) + 2^>,(/?)со5(Д2 + /?,+«-/?)<//? = /., , (1

1)

(</„ + </),)с<»(аг + Д) + 2|) +Д+а-/?)«//? = ЛЯ . (12)

Условия равновесия выделенного элемента основы определяются равенствами:

ю

2

à

fa'

t.?,'

£

I Gi

Lr

Рис. 3

1Р,=0, ЕМ, = 0 .

Нормальные силы и изгибающие моменты в концевых сечениях определяются выражениями, аналогичными (6), (7).

Зависимость поперечной силы от высоты волны геометрической оси уточины определена в главе 3.

На деформацию выделенного элемента основы будет затрачиваться энергия Е:

Е = 1 Г*'Л/ОЗУ/Ц Г' М{0)с1Р+ , (13)

2 л 2 л 2(1 + гг5(/0)

где е, — относительное удлинение геометрической оси основы;

/, - длина геометрической оси элемента основы. ' Для определения натяжения Т основы в зоне опушка - ремизная рамка

необходимо рассмотреть равновесие ее соответствующего элемента. Будем иметь

Г = е,ш(а + /»о) + (А+а/)со8(а + А>) , (14)

где обозначения соответствуют рис.3.

Тогда усилие Рпр прибоя на одну нить верхней ветви зева

Рщш Л', зт(а + ^) + Л'1/со5(а + /?„), Л\ = 20, . (15)

Если иметь в вид^ что на деформацию элемента основы затрачивается минимально возможное количество энергии, то имеющихся зависимостей ' достаточно для решения поставленной задачи.

Полученная система уравнений решается численными методами. В качестве примера на рис.4 приведены результаты расчета требуемого ✓ натяжения основы и силы прибоя в зависимости от коэффициента трения в

паре основа - уток при формировании сетки 04 пятой фазы строения из проволоки диаметром 0.25 мм различных материалов.

Результаты показывают, что увеличение коэффициента трения ведет к увеличению требуемой силы прибоя и натяжения основы. Причем на силу прибоя коэффициент трения оказывает влияние в большей степени, чем на натяжение основы. Увеличение ширины ячейки ведет к снижению требуемой силы прибоя и натяжения основы. Подводимая уточина в процессе прибоя не остается прямолинейной, деформируется, но в меньшей степени, чем предыдущая.

•> l'ii'uro No. 1

Eil« Edit ïn» Iru«rt Iool« Xmdow И«1р

ОвУв k « S / ß ß ^

18

T,H

16

14

12

Натяжение - Коэффициент трения

1- 12X1BH10T '

2- сталь □

3-"JÏ "80...... V "

4- Бр.ОФ-В.5-0.4

d=0.25MMi L=0.65mm

0.25

-> Hi Rure No.

Eil« {dit ¡in I*u«rt lool« Jindow ïilp

D^BA^A/1/ & ß>

Силы прибоя - Коэффициент трения

Р, H

10

d=0.25MM; L=0.65mm

0.05

0.1

0.15

1-: 12X1BH10T ?-'. СТАЛЬ О

"3-:'Л"-80............

4-; Бр ОФ-6 5-0 4

0.2

f

0.25

Рис. 4

Расчеты при допущении прямолинейности элемента основы в зоне между соседними уточинами дают завышенные результаты по натяжению основы и заниженные - по силе прибоя. Кроме того, допущение прямолинейности элемента основы не всегда приемлемо даже при приближенных расчетах.

На основании результатов исследований анализируется возможность обеспечения на станке регулирования двух каких - либо из трех взаимосвязанных параметров: натяжения основы в момент прибоя, силы прибоя, натяжения сетки. При прибое утка справедливо равенство

Ряр + Тт = Т„ , (16)

где Рщ, - сила прибоя;

Т - натяжение сетки;

Ш '

Та - натяжение основы.

Следовательно, процессом формирования сетки можно управлять, если обеспечить на станке регулирование двух величин, на пример, натяжение сетки и натяжение основы.

На металлоткацких станках типа СТР установлены товарные регуляторы периодического действия негативного типа. Эти регуляторы позволяют обеспечить требуемое в момент прибоя натяжение сетки. Регуляторы основы на этих станках - периодического действия позитивного типа. С целью обеспечения наладки станка на требуемое в момент прибоя натяжение основы в конструкцию регулятора предлагается ввести планетарную передачу (рис.5). На поднавойном валу 3 жестко посажено солнечное колесо 4 и свободно - водило 5 и поднавойная шестерня 2. На водило свободно посажены спаренные шестерни 6, 7 - сателлиты. Свободный конец водила имеет нагрузочное устройство 8. До процесса прибоя водило заперто, система работает в режиме базовой конструкции. При подходе берда к опушке сетки запор 9 освобождает водило, под действием нагрузки оно поворачивается вокруг оси поднавойной шестерни, увеличивая натяжение основы до требуемой величины, зависящей от регулируемой нагрузки 8. Система работает как регулятор негативного типа. После прибоя запор 9 возвращает водило в исходное положение, тем самым сохраняется постоянство величины сматываемой за цикл основы.

Данное устройство принято к апробации Шуйским ООО "Текстильмаш".

ВидА (повернуто) 1 2 3 4 6 7 5

(с) Рис. 5

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Разработана методика определения натяжения основы и силы прибоя, требуемых для изготовления тканой металлосетки полотняного переплетения заданной плотности и фазы строения. Тем самым определяется и требуемое в момент прибоя натяжение сетки. Методика предназначена для использования в проектных расчетах при разработке металлоткацких станков, для использования в системе САПР батанных механизмов этих станков. Методику рекомендуется использовать на предприятиях по производству металлических сеток при расчетах необходимого для изготовления той или иной сетки заправочного натяжения.

В рамках решения указанной комплексной задачи в диссертационной работе получены, в частности, следующие результаты:

1. С помощью тензометрической установки, в качестве основы в которой использовался применяемый в текстильном материаловедении прибор профессора П.В.Мелентьева, получены механические характеристики «растягивающее усилие - удлинение нити» для ряда металлических мононитей, используемых при производстве сеток (низкоуглеродистая сталь 0, высоколегированная теплостойкая сталь 12Х18Н10Т, латунь Л - 80, бронза Бр.0ф-6.5-0.4, медь М1, никель НО). После обработки этих характеристик получены условные и действительные зависимости б( £) «напряжение - относительная деформация» испытуемых образцов. Результаты показывают, что эти зависимости определяются не только материалами, технологией протяжки, но и диаметром проволоки.

2. Разработана математическая модель квазистатики процесса деформации металлонити утка сетки полотняного переплетения, а также необходимое программное обеспечение, позволяющее определить как форму геометрической оси нити, так и силы взаимодействия в зоне контакта с нитями основы; связь между поперечными силами и высотой волны линии изгиба геометрической оси утка интерполируется квадратичными зависимостями.

3. Предложен экспериментально - аналитический метод определения коэффициента трения и пирс перекрещивающихся метшшошпей. С доверительной вероятностью 0,95 определены значения коэффициентов трения для пар одинакового материала (высоколегированная теплостойкая

сталь 12Х18Н10Т, низкоуглеродистая сталь Ст.О, латунь Л - 80, бронза Бр.ОФ 6.5-0.4, медь M1, никель НО).

4. Разработана квазистатическая математическая модель процесса прибоя и уплотнения утка, а также необходимое программное обеспечение, позволяющее определить требуемое для создания сетки заданной фазы строения натяжение основы в момент прибоя и силы прибоя. Предполагалось, что при прибое окончательную форму принимает предыдущая уточина. Расчеты показали, что подводимая уточина также деформируется нитями основы, но несколько в меньшей степени.

На усилие прибоя и натяжение основы оказывает влияние величина коэффициента трения в паре основа - уток, причем на силу прибоя - в большей степени. Существенное влияние на усилие прибоя и натяжение основы оказывает характеристика о{с) проволоки и плотность вырабатываемой сетки.

Сравнение результатов расчётов с экспериментальными данными показывает, что предлагаемая методика расчета усилия прибоя и натяжения основы может быть приемлемой для решения соответствующих задач.

5. Предложено направление модернизации регулятора основы металлоткацких станков типа СТР, позволяющее обеспечить в момент прибоя требуемое натяжение основы. Так как натяжение сетки в момент прибоя обеспечивается существующей конструкцией товарного регулятора, то, обеспечивая требуемое натяжение основы, мы тем самым обеспечиваем и требуемое усилие прибоя.

Материалы диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Смирнов А.Н., Тувин A.A., Баталин И.С., Гао Бинь. Исследования технологии и оборудования в металлоткачестве //Вестник Ивановской государственной текстильной академии. - 2001. -№ 1. - С.122 - 124.

2. Суров В.А., Гао Бинь. Статический анализ процесса прибоя утка при формировании тканой металлосетки //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности: Тезисы докладов международной научно - технической конференции. 21 -24 мая 2001 года. - Иваново: ИГТА, 2001.-С.271 -272.

3. Гао Бипь, Суров В.А, Стшика деформированной уточины металлосетки //Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности: Материалы межвузовской научно - технической конференции

аспирантов, магистрантов и студентов. 23 - 25 апреля 2001 года. - Иваново: ИГТА, 2001.-С.304-305.

4. Суров В.А., Панов B.C., Гао Бинь. К определению жесткости тканой металлосетки //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности: Тезисы докладов международной научно - технической конференции. 27 - 29 мая 2002 года. -Иваново: ИГТА,2003.-С.318-319.

5. Гао Бинь. Определение коэффициента трения скольжения в паре перекрещивающихся металлонитей //Молодые ученые - развитию текстильной и лёгкой промышленности: Материалы межвузовской научно -технической конференции аспирантов, магистрантов и студентов. 22 - 24 апреля 2003 года. - Иваново: ИГТА, 2003. - С.370-371.

6. Gao Bin, V.A.Surov. Static analysis of weft of metallic fabric. //Journal of Zhongyuan Institute of Technology. - 2002. - № 1. - P.40-43. (PRC), (на китайском языке)

7. Gao Bin, Xu Hongwei. About production and equipment of metallic fabric in the world//Mechanical Research and Application. - 2002. - № 2. -P.76-77. (PRC), (на китайском языке)

8. Гао Бинь, Суров В.А. Статика деформированной уточной металло-нити //Технология текстильной промышленности. Известия вузов. - 2002. -№3, —С.85 —88.

9. Гао Бинь, Суров В.А. Статика системы основа-уток-бердо при формировании тканой металлосетки //Технология текстильной промышленности. Известия вузов. - 2002. -№ 4/5. - С.132 - 135.

» 1563 4

Лицензия ИД № 06309 от 19.11.2001. Подписано в печать 29.09.2003 Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать. Усл.печ.л. 1.16. Уч. - изд. л. 1.11. Тираж 80 экз. Заказ №3206 Редакционно-издательский отдел ИГТА Участок оперативной полиграфии ИГТА 153000 г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 21

1. Общая характеристика работы.

2. Состояние вопроса.

2.1 Введение.

2.2 Краткий обзор и критический анализ исследований в области металлоткачества.

2.3 Краткий обзор научных работ по взаимодействию нитей в хлопкоткачестве.

3. Квазистатический анализ процесса деформации проволоки утка.

3.1 Характеристики материалов, используемых в производстве металлотканых сеток.

3.2 Квазистатический анализ процесса деформации металлонитей утка.

3.2.1 Абсолютно гибкая нелинейно - упругорастяжимая нить утка.

3.2.2 Жесткая нить утка с прямолинейной осью между соседними нитями основы.

3.2.3 Жесткая нить утка с изменяющейся до нуля в точке перегиба кривизной оси между соседними нитями основы.

Актуальность темы. Металлоткачество - уникальная подотрасль, в технологических процессах которой сочетаются специфика образования ткацких переплетений и холодных методов обработки металлов. Металлотканые сетки используются в авиа - и ракетостроении, химической, абразивной, горной, радиоэлектронной, пищевой, бумажной промышленности, в порошковой металлургии, и т. д.

В связи с переходом экономики на современные рыночные отношения повысились требования к качеству и товарному виду вырабатываемых металлосеток, особенно высокой точности и контрольных. К этим сеткам предъявляется высокие требования по допуску на стороны ячеек в свету (допуск на размеры ячеек металлосеток высокой и сверхвысокой плотности имеет порядок 10~s.10"* м). Практика показывает, что одним из основных факторов, влияющих на качество сетки, является правильное соотношение между силой прибоя, натяжениями основы и сформированной сетки в момент прибоя. В производстве это соотношение находится опытным путем, поскольку производители ткацких станков таких рекомендаций не дают. Более того при проектировании металлоткацких станков возникают сложности по определению сил технологического сопротивления, в частности для батанного механизма - силы сопротивления прибою.

В связи с этим является актуальной задача анализа процесса формирования тканой металлосетки, направленная^ на разработку программного обеспечения для определения исходных данных к проектным расчетам и рекомендаций непосредственным изготовителям сеток.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка квазистатической модели процесса формирования сеток из металлических мононитей и определение силовых факторов, возникающих в процессе формирования сеток с заданными геометрическим характеристиками; разработка соответствующего программного обеспечения; разработка практических рекомендаций по модернизации металлоткацких станков.

Исходя из поставленной цели сформулированы следующие основные задачи исследований:

1) выявить характеристики "напряжение - деформация" для мононитей, используемых в производстве тканых металлических сеток;

2) разработать математическую модель процесса деформации проволоки утка, позволяющую определить связь между теометрическими характеристиками его оси и усилиями, действующими со стороны проволок основы;

3) разработать математическую модель процесса деформации проволоки основы при прибое утка, позволяющую определить связь между высотой волны предыдущей уточины с одной стороны и геометрическим характеристиками оси основы, ее натяжением и силой прибоя с другой;

4) оценить влияния требуемых параметров контрольных сеток на натяжение основы и силу прибоя, необходимые для обеспечения этих параметров.

Методика исследований. При решении поставленных задач применялись методы: сопротивления материаов, теории механизмов и машин, механики нити, дифференциального и интегрального исчисления, теории тканефор-мирования, математического моделирования и-программирования.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования и тензометрических измерений, при обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.

Научная новизна.

1) В квазистатической постановке разработана математическая модель процесса деформирования уточной металлической мононити сетки полотняного переплетения, позволяющая определить при принятых допущениях форму ее геометрической оси и возникающие силовые факторы.

2) Разработана математическая модель статики деформированной металлической мононити основы сетки полотняного переплетения, позволяющая определить ее натяжение и силу прибоя в предположении, что в момент прибоя формируется элемент сетки между двумя предшествующими подводимой уточинами.

3) Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированного расчета силовых и геометрических параметров основы и утка в процессе формирования металлосетки. Сравнение числовых расчетов с результатами проведенных другими авторами экспериментальных исследований показали на приемлемость предложенной методики определения силы прибоя и натяжения основы в момент прибоя при изготовлении сеток из металлических мононитей.

4) Разработана упрощенная методика определения коэффициента трения в паре перекрещивающихся металлических мононитей. Для ряда мононитей, используемых в металлоткачестве, с доверительной вероятностью 0.95 определены значения коэффициентов трения.

5) Для ряда мононитей, используемых в металлоткачестве, методом тензометрирования получены зависимости «растягивающее усилие — удлинение нити», после обработки которых построены зависимости «напряжение — относительная деформация» испытуемых образцов.

6) На основании анализа результатов исследования предложено направление модернизации механизма отпуска основы металлоткацких станков типа СТР.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель статики прибоя уточной нити и программное обеспечение, позволяющие определить по требуемым параметрам сетки (размеру ячейки в свету, диаметрам и материалам проволок основы и утка) требуемую силу прибоя и натяжение основы в момент прибоя, предназначаются для использования при модернизации существующих и проектировании новых моделей металлоткацких станков.

Полученные на основании результатов экспериментов механические характеристики ряда металлонитей могут быть использованы и при решении других производственных и научных задач.

Материалы диссертации используются в учебном процессе в курсах цикла ДС (дисцилины специализаций) при подготовка студентов направления 651600 Технологические машины и оборудования (специальности 170700 Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности) и направления 551800 Технологические машины и оборудования (специальности 551824 Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности). Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались:

1. На межвузовской научно — технической конференции 23 - 25 апреля 2001 года. В г. Иваново, ИГТА.

2. На международной научно - технической конференции 21-24 мая

2001 года. В г. Иваново, ИГТА.

3. На международной научно - технической конференции 27 - 30 мая

2002 года. В г. Иваново, ИГТА.

4. На межвузовской научно - технической конференции 22 - 24 апреля

2003 года. В г. Иваново, ИГТА.

5. На расширенном заседании кафедры теории механизмов и проектирования текстильных машин, PITTA, г. Иваново, в 2003г.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из 4-х глав и заключения. Текст изложен на 157 траницах. В работе имеется 11 таблиц, 61 рисунков, список литературы, включающий 111 наименований, и 3 приложения.

2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

2.1 ВВЕДЕНИЕ

Металлоткачество - уникальная подотрасль, в технологических процессах которой сочетаются специфика образования ткацких переплетений и холодных методов обработки металлов [1]. Металлотканые сетки используются в авиа- и ракетостроении, химической, абразивной, горной, радиоэлектронной, пищевой, бумажной промышленности, в порошковой металлургии, и т.д. [2, 3, 83]

Металлотканые сетки предназначены для классификации сыпучих материалов по размерам частиц, фильтрации газов и жидкостей, обезвоживания и сушки влажных материалов. Металлические сетеполотна применяются для изготовления зеркал самораскрывающихся антенн и тканей, не пропускающих микроволновое излучение, для выработай преобразователей энергии и в лабораторном деле [3, 4, 5]. Иначе говоря, металлосетки представляют собой в последнее время все больший интерес не только у традиционных потребителей, но и в иных отраслях, например, в компьютерной технике, в производстве аккумуляторных батарей нового типа, в устройствах тонкого фильтрования и т.д. [1]

Металлотканые сетки в зависимости от назначения делят на следующие виды: одинарные, тройные, крученые, подкладочные, фильтровые и сортовые. При изготовлении сеток применяют переплетения простое (полотняное), саржевое и полусаржевое ( саржа 1/2 или 2/1 ) [7].

Сетки полусаржевого переплетения имеют высокую стойкость на истирание. Саржевое переплетение применяют при изготовлении фильтровых сеток высокой плотности.

В зависимости от требований, предъявляемых к сеткам, делают более сложные комбинации взаимного расположения нитей в сетки. Сетки могут быть двойными и тройными. В двойных сетках нити располагаюся по две плотно друг к другу, в тройных - по три. При этом нити основы в них несколько меньше диаметром, чем нити утка. Такие сетки обладают хорошей гибкостью и имеют более гладкую поверхность, чем обычные. Переплетение в таких сетках простое.

Одинарные сетки простого и полусаржевого переплетения вырабатывают из проволоки круглого сечения различных диаметров, причем диаметр проволоки утка больше диаметра проволок основы. Ячейки имеют форму прямоугольника и вытянуты вдоль основы. Количество уточин на единицу длины меньше количества основных нитей. Одинарные сетки изготовляют из проволоки кислотостойкой стали марки 1Х18Н9Т и 1Х18Н10Т по ГОСТ 5632 -61, или из сплавов оловянно-фосфористой бронзы (основа) и полутомпака (уток). Для изготовления этих сеток используют и другие сплавы: монель-металл, нержавеющую сталь, латунь, а также синтетические материалы (полиэфирное и лавсановое моноволокно).

Тройные сетки изготовляют в основном простым переплетением, но иногда и они могут быть полусаржевого переплетения. Ячейки в форме прямоугольника вдоль основы. Диаметры нитей основы у тройных сеток -0.55 . 0.10мм, утка - 0.10 . 0.18мм. Тройные тканые сетки из проволоки сплавов цветных металлов изготовляют по основе оловянно - фосфористой бронзы Бр.ОФ 6.5-0.4 или Бр.ОФ 8.0-0.3. Щов сетки электропаянный с применением серебряного прибоя марки Пер - 15.

Крученые сетки отличаются тем, что нити основы имеет больший диаметр, чем уток, и представляют собой канатик, скрученный из семи проволок. Крученые сетки более прочные и гибкие, чем одинарные. Они могут быть простого и двойного кручения. У первых уток - проволока круглого сечения, у вторых — так же, как и основа, - семижильный канатик, но меньшего диаметра. Крученые тканые сетки из проволоки сплавов цветных металлов могут быть изготовлены с уточной проволокой из полутомпака марки JI-80 и бронзы марки Бр.ОФ 6.5 - 0.4. некоторые номера сеток могут изготовляться из бронзы с основой и утком из канатика (двойного кручения).

Сортовые сетки изготовляют из полутомпаковой проволоки марки Л-80 и оловянно-фосфористой бронзы марки Бр.ОФ 6.5 - 0.4, а некоторые номера сеток могут быть изготовлены из проволоки монель - металла марки НМЖМц 28 — 2.5 -1.5.

В ассортименте изделий сеточного метизного производства особое место занимают тканые фильтровые сетки, предназначенные для фильтрации жидкостей и газов под давлением или вакууме.

Фильтровые сетки характеризуются отсутствием ячеек, имеют очень маленькую плотность по основе и очень большую по утку. В результате уточные нити располагаются одна к другой вплотную. Диаметр проволок основы больше, чем утка. Фильтровые сетки прочны и выдерживают значительные нагрузки. Эти сетки изготавливаются из одинакового сплава по основе и утку, в основном из монель - металла, реже из полутомпака и оловянно - фосфористой бронзы. Фильтровые сетки могут быть простого и полусаржевого переплетения.

Сетки фильтровые по ГОСТ 3187-76 подразделяются на сетки полотняного переплетения, сетки саржевого переплетения односторонние и двухсторонние с максимальной плотнотью до 1100 уточных нитей на сантиметр. За рубежом (Германия) различают четыре типа сеток фильтровых (с нулевыми ячейками): SPW, RPD-P2, DTW, BWT [8].

В сетках полотняного переплетения типа SPW усиленные проволоки основы расположены на определенном расстоянии друг от друга, а более тонкие уточные проволоки вплотную прибиваются друг к другу при максимальной плотности по утку до 160 мононитей на сантиметр.

Сетки полотняного переплетения типа RPD-P2 отличаются от российских сеток тем, что при выработке данных сеток используется усиленный уток и более тонкие нити основы. Такая кострукция сетки позволяет значительно повысить производительность металлоткацкого оборудования и достичь повышения прочности полотна на ударные воздействия.

Микрофильтры типа DTW, вырабатываемые по саржевому переплетению 2/2, получили широкое применение в системах фильтрации и гидравлического управления авиационных, ракетных и космических аппаратов. Плотность данных сеток максимальна и достигает 180 основных и 1020 уточных мононитей на один сантиметр. При этом фильтр толщиной 100 мкм удерживает примеси размером 7 мкм.

Саржевые сетки с широкой ячейкой типа BWT отличаются от сетки DTW наличием незначительного зазора между проволоками утка, предназначенным для повышения пропуской способности фильтра.

В отличие от сеток фильтровых с нулевыми ячейками ГОСТ 6613 — 86 предусматривает изготовление сеток с квадратными ячейками нормальной и высокой точности, а также контрольных (см. табл. 2.1). Как видим, ГОСТ закладывает довольно высокие требование к отклонению размера стороны ячейки от номинального. В американском стандарте допуски на сопоставимые размеры ячеек примерно такие же.

Сетки по стандарту Китая GB 5330 - 85 подразделяются на сетки полотняного и саржевого переплетения. Размеры ячеек сетки — от 0.025 до 16.0 мм. Диаметры проволок для изготовления этих сеток - 0.018 до 3.15 мм (см. табл. 2.2). Ширины сетки - от 800 до 2000 мм. Сетки обозначаются аббравиатурой "GFnW", где "G" - промышленное назначение; "F" — с квадратной ячейкой; "п" - тип точности (=1, 2, 3); "W" - фильтровые сетки. Например, промышленные фильтровые сетки полотняного переплетения с квадратной ячейкой, первого типа точности, размером ячеек 1.00 мм и диаметром проволок 0.355 мм обозначается в виде GF1W 1.00/0.335 (полотняное) GB 5330 - 85 .

Российские и зарубежные металлосетки вполне сопоставимы по требованиям точности изготовления, однако качество зарубежных сеток несколько лучше, а производительность ткацких станков превышает производительность российских в 1,5 . 2 раза [4]. Это можно объяснить несколькими причинами, в частности, применением более равномерной по диаметру проволоки, более качественной подготовкой навоя (более равномерное натяжение основы по ширине станка), более совершенным ткацким оборудованием.

Выдержка из ГОСТ 6613-86Таблица 2.1

Точ- Диаметр проволоки, мм Номинальный Предельное отклонение среднего ари- Максимальное отклонение Допустимое число сетки ность сетки Номинальный Предельное отклонение размер стороны ячейки в свету мм фметического эазмера стороны ячейки от номинального, мм размера стороны ячейки от номинального, мм ячеек с максимальным размерой %

004 0.030 0.004 0.040 0.004 0.028

016 е§ Я Л § 2 а 0.100 0.010 0.160 0.014 0.091 8

04 0.160 0.010 0.400 0.029 0.180

2.5 о X 0.500 0.020 2.500 0:1-50 0.880

004 0.030 0.003 0.040 0.004 0.021

016 • • • 04 Высокая 0.100 0.160 0.006 0.006 0.160 0.400 0.012 • • • 0.024 0.048 0.096 5

2.5 0.500 0.015 2.500 0.140 0.450

004 Si 3 к i-Q с; о & к 0.030 0.003 0.040 0.003 0.012-0.021

016 • • • 04 0.100 0.160 0.005 0.005 0.160 0.400 0.007 0.016 0.026-0.044 0.047-0.078 5

2.5 О 0.500 0.015 2.500 0.090 0.180-0.260

Номер сетки Вид и порядок переплетения

004.0063 0071.014 016.2.5 Саржевое 2/2 Полотняное 1/1 или саржевое 2/2 Полотняное 1/1

Выдержка из GB 5330 - 85 Таблица 2.2

Номинальный размер ячейки металлосетки, мм Среднее арифметическое отклонение размера ячейки, + % Разрешонная область отклонения ячейки, +% Номинальный размер диаметра проволоки мм серия

Главная Дополнительная Сорт точности Сорт точности

R10 R20 R40\3 1 2 3 1 2 3

10 10 4.5 6.3 8.8 8.12 15.25 24.40 2.50 2.24 1.00 1.80 1.40 1.20

5 5 4.75 5 7 9.8 10.15 21.35 30.50 1.60 1.25 1.12 1.00 0.900

1.0 1.0 1.0 5 7 9.9 10.15 21.35 30.50 0.560 0.500 0.400 0.355 0.315 0.280 0.250

0.50 0.50 0.50 5.6 8 11.2 13.20 24.40 35.60 0.315 0.250 0.224 0.200 0.160

0.250 • •» 0.250 0.250 6.3 9 12.5 16.25 30.50 40.70 0.160 0.140 0.125 0.112 0.100

0.050 0.050 9 12.5 17.5 30.50 46.80 60.95 0.040 0.036 0.032 0.030

0.025 0.025 0.026 io 14 19.6 46.80 60.100 70.100 0.025 0.022

Качество металлической сетки в первую очередь зависит от условий ее формирования. В связи с этим встает задача анализа процесса прибоя уточной проволоки. Решение этой задачи с позиций кинетостатики (первое приближение) позволит определить силы взаимодействия между перерабатываемой проволокой и рабочими органами исполнительных мехнизмов станка, что дает исходные данные для проектирования и совершенствования этих механизмов.

2.2 КРАТКИЙ ОБЗОР И КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МЕТАЛЛОТКАЧЕСТВА

Поисковое знакомство с научными исследованиями показывает, что специальной литературы по металлоткацкому оборудованию к настоящему времени опубликовано очень мало, внимание исследователей к изучению оборудования и технологий металлоткачества продолжает оставаться недостаточным. Так за период с 1970 по 1996 годы во всем мире (исключая Российскую Федерацию) было опубликовано всего лишь 18 работ, затрагивающих металлоткачество и производство" трикотажа из металлической проволоки [1]. Из них пять публикаций - в Германии, четыре - в США, по три - во Франции и в Англии, по одной - в Бельгии, Индии, Чехии. Десять публикаций являются патентами. Имеется также чуть более 30 публикаций по металлическим и металлизированным волокнам и мононитям.

В России первым глубоким научным исследованием металлоткацкого оборудования можно считать работу д.т.н. Г.М.Смирнова [9]. В ней проведен сравнительный анализ основных исполнительных механизмов станка ТП-100-М производства Шуйского машиностроительного завода и станка UDWZ - 0.04 фирмы «Draweba» (Германия). Автором показана необходимость модернизации батанного механизма, механизма отпуска основы и набора товара. В работе представлен обзор- российской и зарубежной литературы в области металлоткачества до 1970 года, в котором автор указывает на небольшое число исследований^ металлоткацких станков и их механизмов, что безусловно тормозит совершенствование новых металлоткацких станков.

С 1980 года вопросами исследования металлоткацкого оборудования и технологий металлоткачества наиболее активно в России занимается Ивановская государственная текстильная академия (ИГТА). За этот период материалы исследований активно распространялись на производстве и международных научных конференциях, опубликовано несколько десятков сообщений и научных статей, защищены три диссертации на соискание ученой степени кандидата техническах наук.

Первой актуальной, в связи с некоторым застоем в развитии металлоткацкого производства, явилась работа А.Н.Смирнова [2]. Автор попытался увязать вопросы технологического плана с разработкой новой конструкции батанного механизма современного рапирного металлоткацкого станка, спроектированного Шуйским СКБ ткацкого оборудования. Дан подробный обзор металлоткацкого оборудования производства СССР и зарубежного, а также работ по металлоткачеству до 1982 года. Проведены кинематическое, кинетостатическое и динамическое исследования усовершенствованной конч струкции батанного механизма рапирного металлоткацкого станка. Впервые сделана попытка выяснить целесообразность двухкратного прибоя металло-утка. Предложен аналитический способ определения некоторых качественных показателей фильтровых металлосеток.

Следующий вклад в исследование металлоткацких станков был сделан А.А.Тувиным [3]. Основной целью было исследование конструкции механизма прокладывания уточной проволоки ткацкого станка типа СТР-100-М, разработка рекомендаций по усовершенствованию рапирного механизма для увеличения ресурса его работы. Дан обзор существующих механизмов прокладывания утка с помощью жестких рапир. Предложена методика кинематического и силового исследования пространственного кулачково рычажного рапирного механизма, разработана методика и приведены результаты исследования влияния рапирного и батанного механизмов на динамику привода станка. Рассмотрены вопросы о поперечных колебаний рапиры как стержня переменной длины и создания рациональных смазочных материалов для повышения долговечности шарнирных соединений механизма привода рапир.

Диссертационная работа А.В.Чумикова [4] рассматривает вопросы исследования и совершенствования механизма прибоя утка уже освоенного потребителями станка СТР-100-М. Здесь, а также в работах [20, 21], приводятся результаты сравнительного анализа работы двухприбойных батанных механизмов с шарнирно — рычажным и кулачковым приводом. На станках типа ТП в момент прибоя батан практически выстаивает в течение 40° угла поворота главного вала, обеспечивая тем самым стабильное положение уточины в момент формирования сетки. Выстой батана в момент прибоя способствует затуханию упругих колебаний систем заправки основы и самого батана, обусловливая более точную фиксацию уточины в опушке ткани, что позволяет повысить качество вырабатываемой ткани. В рапирных станках типа СТР-100-М используется кулачковый привод. Практический выстой батана за счёт рычажной системы значительно меньше (~11°). Автор считает, что для для увеличения фазы практического выстоя батана у опушки ткани до 40° необходимо ввести фазу выстоя толкателя кулачка, и предлагает вариант батанного механизма с выстоем 20° без второго прибоя, позволяющий повысить качество металлосетки. Далее в [4] дается разработка динамической модели батанного механизма станка СТР-100-М, и приведен анализ собственных и вынужденных колебаний бруса батана, которым подтверждается целесообразность введения фазы выстоя. Брус представлялся стержнем с распределенными параметрами.

Батанный механизм является основным, осуществляющим процесс подвода и прибоя утка к опушке ткани, от работы которого во многом зависит качество вырабатываемой сетки. Прибой утка - сложный многофакторный процесс, зависящий от конструкции ткацкого станка, технологических параметров заправки основы и утка, свойств применяемого сырья, строения ткани и т.д. По числу прибоев утка за один оборот главного вала станка батанные механизмы можно разделить на одноприбойные; двухприбойные; многоприбойные и виброприбойные. Наибольшее применение имеют одноприбойные батанные механизмы, некоторые конструкции из которых позволяют осуществить и двухприбойное уплотнение утка. Многоприбойные [10.12] и виброприбойные [13.16] батанные механизмы находятся в стадии научно - исследовательских разработок, стендовых модельных испытаний и практического применения не нашли.

В работах [17.19, 84] авторы считают, что для придания утку достаточной деформации и надежного закрепления его в опушке вырабатываемого продукта необходим двухкратный прибой. Вследствие наличия зазоров в кинематических парах двухприбойные батанные механизмы менее точно воспроизводят заданную траекторию и отличаются более высокими щумо-выми характеристиками. В момент первого прибоя нити основы находятся в положении заступа, уточная нить посредством берда внедряется . до определенного положения в опушку вырабатываемого продукта, затем происходит отход берда перед вторым прибоем. В [17] особо подчеркивается, что поскольку величина отхода прибойной точки берда станка АТР-100-М-КС перед вторым прибоем менее 1 мм, для обеспечения эффективности второго прибоя необходима высокая жесткость звеньев батанного механизма и точность кинематических пар.

В работе [25] предложена методика расчета жесткости упругой системы заправки металлоткацкого станка. Показано, что наибольшее влияние на податливость упругой системы оказывает податливость сформированной сетки. Податливость системы заправки металлоткацкого станка в определенных пределах может варьироваться за счет изменения коэффициента трения основы по поверхности навойной трубы.

В статье [22] авторы предложили методику расчета собственных частот и форм изгибных колебаний бруса батана металлоткацкого станка типа СТР, определен характер влияния конструктивных параметров батанного механизма на частоты и формы колебаний бруса.

Продолжением работы [25] можно считать исследование [31], где авторы предлагают методику расчета взаимодействия упругой системы заправки металлоткацкого станка с рабочими органами исполнительных механизмов. Однако числовых расчетов в работе не приводится.

В работах [29, 30] предлагается новый способ формирования ткани, в том числе и металлосеток, и принципиально новое устройство батанного механизма, осуществляющего этот способ. Сущность предложений заключается в том, что процесс прибоя разделяется на две фазы - ускоренный подвод уточины к опушке ткани и медленное ее перемещение вместе с опушкой на величину прибойной полоски.

В работе [32] авторы делают выводы, что реализация предложенного в [29, 30] безударного взаимодействия берда с опушкой ткани рассматриваемой конструкцией батанного механизма- возможна в условиях соответствия перемещения берда во второй фазе формирования ткани величине прибойной полоски. Перемещение берда во второй фазе регулируется путем изменения момента начала движения толкателя, причем уменьшение хода берда не нарушает безударного принципа формирования ткани.

В этих работах впервые предпринята попытка увязать конструктивные параметры батанного механизма с величиной прибойной полоски вырабатываемой ткани.

Мы охватили наиболее существенные исследования в области металлоткачества. Далее остановимся на некоторых технологических вопросах тканеформирования в хлопкоткачестве.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана методика определения требуемого для изготовления тканой металлосетки полотняного переплетения заданной плотности и фазы строения натяжения основы и силы прибоя. Тем самым определяется и требуемое в момент прибоя натяжение сетки. Методика предназначена для использования в проектных расчетах при разработке металлоткацких станков, для использования в системе САПР батанных механизмов этих станков. Методика может быть использована непосредственно на заводах по производству металлических сеток при расчетах необходимого для изготовления той или иной сетки заправочного- натяжения.

В рамках решения указанной комплексной задачи в диссертационной работе получены, в частности, следующие результаты:

1. С помощью тензометрической установки, в качестве основы в которой использовался применяемый в текстильном материаловедении прибор профессора П.В.Мелентьева. получены механические характеристики «растягивающее усилие - удлинение нити» для ряда металлических мононитей, используемых при производстве сеток (низкоуглеродистая сталь О, высоколегированная теплостойкая сталь 12Х18Н10Т, латунь Л - 80, бронза Бр.С)Ф-6.5-0.4, Медь Ml, Никель НО). После обработки этих характеристик получены условные и действительные зависимости б( е ) « напряжение -относительная деформация » испытуемых образцов. Результаты показывают, что эти зависимости определяются не только материалами, технологией протяжки, но и диаметром проволоки.

2. Разработана математическая модель квазистатики процесса деформации сеток из металлонити утка сетки полотняного переплетения, а также необходимое программное обеспечение; позволяющие определить как форму геометрической оси нити, так и силы взаимодействия в зоне контакта с нитями основы, связы между поперечными силами и высотой волны линии изгиба геометрической оси утка интерпелируется квадратичными зависимостями.

3. Предложен экспериментально — аналитический метод определения коэффициента трения в паре перекрещивающихся металл онитей. С доверительной вероятностью 0,95 определены значения коэффициентов трения для пар одинакового материала (сталь 0, 12Х18Н10Т, JI - 80, Бр.ОФ-6,5-0,4.).

4. Разработана квазистатическая математическая модель процесса прибоя и уплотнения утка, а также необходимое программное обеспечение, позволяющее определить требуемое для созданая сетки заданной фазы натяжение основы в момент прибоя и силы прибоя. Предполагалось, что при прибое окончательную форму принимает предыдущая уточина. Расчеты показали, что подводимая уточина также деформируется нитями основы, но несколько в меньшей степени.

На усилие прибоя и натяжение основы оказывает влияние величина коэффициента трения в паре основа - уток, причем на силу прибоя — в большей степени. Существенное влияеие на усилие прибоя и натяжение основы оказывает характеристика б( е ) проволоки и плотность вырабатываемой сетки.

Сравнение результатов расчеиов с экспериментальными данными показывает, что предлагаемая методика расчета усилия прибоя и натяжения основы может быть прием .ой для решения соответствующих задач.

5. Предложена модернизация регулятора основы металлоткацких станков типа СТР, позволяющая обеспечить в момент прибоя требуемое натяжение основы. Так как натяжение сетки в момент прибоя обеспечивается существующей конструкцией товарного регулятора, то обеспечивая требуемое натяжение основы мы тем самым обеспечиваем и требуемое усилие прибоя.

1. Смирнов А.Н., Тувин А.А., Баталин И.С., Гао Бинь. Исследования технологии и оборудования в металлоткачестве. //Вестник Ивановской государ-твенной текстильной академии. 2001. №.1. С. 122 . 124.

2. Смирнов А.Н. Разработка и исследование механизма прибоя рапирных металлоткацких станков: Дис . канд. техн. наук.: Кострома : 1983.

3. Тувин А.А. Разработка и исследование механизма прокладывания утка рапирных металлоткацких станков : Дис . канд. техн. наук. : Кострома: 1986.

4. Чумиков А.В. Исследование и совершенствование механизма прибоя утка ткацких станов для изготовления металлических сеток : Дис . канд. техн. наук.: -Иваново : 1997.

5. Бабаев Ф.А. Разработка технологии выработки металлических сеток большой плотности : Дис . канд. техн. наук.: -JI.: 1987.

6. Справочник по производству металлических сеток. / Редактор Фомин Н.И. г. Краснокамск. 1958, 95с.

7. Производство металлических сеток для целлюлозно бумажной промышленности . — Пермь. Кн. изд. - во, 1973, 218с.

8. Moderne Webmaschinen fUr die Herstellung techuischer Gewebe, Z.B.Gewebe aus aichtrosteadea Drahtea /Vortrag "Emil Jager", 26 Juli, 1982. Moskou.

9. Смирнов Г.М. Исследование основных исполнительных механизмов металлоткацких полуавтоматов : Дис . докт. техн. наук.: JI: 1973.

10. Ю.Рыбаков В.А. и др. Батанный механизм с трёхкратным прибоем уточной нити. //ЭИ. Оборудование для ткацкого и красильно отделочного производства. -М.: ЦНИИТЭИ легпищемаш. - 1982, №.4. С.4 . 7.

11. П.Рыбаков В.А. и др. Батанный механизм с четырёхкратным прибоем уточной нити. //ЭИ. Оборудование для ткацкого и красильно отделочногопроизводства. М.: ЦНИИТЭИ легпищемаш. - 1982, №.4. С.7 - 10.

12. Рыбаков В.А., Мартышенко В.А. Разработка кинематических схем многоприбойных батанных механизмов. // Изв. вузов. ТТЛ. —1984, №.2. С.120. 122.

13. З.Ямщиков С.В. Исследование вибрационного прибоя утка методами математического планирования эксперимента. //Ред. сб. Оборудование дляткацкого и красильно отделочного производства. - М.: ЦНИИТЭИ легпищемаш. - 1977, вып. 10. С.7 . 9.

14. Н.Ямщиков С.В. Теоретическое исследование работы колебательных систем виброприбойных органов ткацких станков. //Ред. сб. Оборудование для ткацкого и красильно отделочного производства. - М.: ЦНИИТЭИ легпищемаш. - 1977, вып.12. С.З . 8.

15. Ямщиков С.В. Исследование вибрационного прибоя утка и методы проектирования тканеформирующих механизмов вибрационного типа: Дис . канд. техн. наук.: Кострома: 1978.

16. Ямщиков С.В., Сурин М.Н. Выбор оптимальной конструкции вибропривода механомагнитного типа для ткацких станков с вибрационным прибоем утка. // Изв. вузов. ТТП. -1990, №.3, С.92 . 96.

17. Смирнов А.Н., Андриянов В.М. Кинематические исследования батанного механизма с двойным прибоем. // Изв. вузов. ТТП. -1982, №.3. С. 106 .111.

18. Мартышенко В.А., Рыбаков В.А. Кинематический анализ батанного механизма с двойным прибоем. // Изв. вузов. ТТП. -1981, №.5. С. 103 . 105.

19. Мартышенко В.А., Рыбаков В.А. Анализ влияния длин звеньев на кинематические параметры батанного механизма с двойным прибоем. // Изв. вузов. ТТП. -1982, №.3. С.100 . 102.

20. Суров В.А., Тувин А.А., Чумиков А.В. Кинематическое исследование батанного механизма металлоткацкого станка ТП 100 - М. // Изв. вузов. ТТП. -1996, №.2, С.95 . 100.

21. Суров В.А., Тувин А.А., Ковалевский А.В., Чумиков А.В. Исследованиебатанного механизма металлоткацкого станка типа СТР с выстоем в момент прибоя. // Изв. вузов. ТТП. -1996, №.3, С.90 . 92.

22. Суров В.А., Чумиков А.В. Собственные колебания бруса батана металлоткацкого станка типа СТР. // Изв. вузов. ТТП. -1996, №.4, С.75 . 79.

23. Суров В.А., Андриянов В.М., Чумиков В.Г. Анализ жесткости упругой системы заправки металлоткацкого станка. // Изв. вузов. ТТП. -1992, №.6. С.42 . 46.

24. Степанов С.Г., Степанов Г.В. Динамика прибоя утка.//Изв. вузов. ТТП.2002, №.2, С.54 . 57.

25. Степанов С.Г., Сокерин Н.М., Степанов Г.В. О прибое утка.//Изв. вузов. ТТП.-2002, №.3, С. 41. 45.

26. Способ формирования ткани на ткацком станке. Шмелев В.А., Шмелев А.В., Суров В.А. и др. А.С. № 1384625. Бюл. № 12, 30.03.88.

27. Батанный механизм ткацкого станка. Шмелев В.А., Шмелев А.В., Суров

28. В .А. и др. А.С. № 1341285. Бюл. № 36, 30.09.87.

29. Суров В.А., Андриянов В.М., Чумиков В. Г. Определение величины отбора ткани товарным регулятором негативного типа. //Изв. вузов. ТТП. -1993, №.1, С.34 . 37.

30. Суров В.А., Андриянов В.М., Шмелев В.А. Кинематический анализ батанного механизма с двухкулачковым приводом. // Изв. вузов. ТТП. -1989, №.3, С.89 .91.

31. Yin Zeming, Ding Chunli, et al. Conversance MATLAB 6. Qinghua university publishing company. 2002.6. ISBN 7-302-05461 -4/TP.3218. (PRC), (на китайском языке)

32. Гао Бинь, Суров В.А. Статика деформированной уточной металлонити. // Технология текстильной промышленности. Известия вузов. — 2002. №.3. С.85 . 88.

33. Гао Бинь, Суров В.А. Статика системы основа уток - бердо при формировании тканой металлосетки. //Технология текстильной промышленности. Известия вузов. - 2002. №.4/5. С.132 . 135.

34. Степанов Г.В. Математическая модель строения ткани. // Изв. вузов. ТТП. -1991, №.5. С.42 . 46.

35. Степанов Г.В. Обобщенная математическая модель строения ткани. // Изв. вузов. ТТП. -1992, №.1. С.46 . 48.

36. Степанов Г.В. О геометрической форме осевой линии нити в элементе ткани. // Изв. вузов. ТТП. -1993, №.5, С.38 . 41.

37. Степанов Г.В. Геометрия осевой линии нити. // Изв. вузов. ТТП. -1994, №.6. С.34. 36.

38. Мигушов И.И. Метод решения задач механики растяжимой нити. // Изв. вузов. ТТП. -1973, №.2, С.48 . 52.

39. Мигушов И.И. Механика текстильной нити и ткани : Моногр. М.: Лёгкая индустрия , 1980. 160с., ил.

40. Мигушов И.И., Садиков Э.Г. Метод определения деформационных коэффициентов жесткости, вязкости и эластичности нити и ткани при многоцикловом растяжении. //Изв. вузов. ТТП. -1992, №.6. С.8 . 12.

41. Мигушов И.И., Ахмад Али. Экспериментально — аналитический метод определения изгибной жесткости текстильных материалов с учётом их эластических свойств. //Изв. вузов. ТТП. -1993, №.4. С.З . 7.

42. Букаев П.Т. Определение параметров элемента ткани полотняного переплетения. // Изв. вузов. ТТП. -1984, №.1, С.51 . 55.

43. Чугин В.В. Переходный участок нити в однослойной ткани 1. //Изв. вузов. ТТП. -1993, №.1, С.45 . 48.

44. Чугин В.В. Переходный участок нити в однослойной ткани 2. //Изв. вузов. ТТП. -1993, №.3, С.38 . 42.

45. Чугин В.В. Переходный участок нити в однослойной ткани 3. //Изв. вузов. ТТП. -1993, №.4, С.42 . 46.

46. Ефремов Е.Д., Пашкова Г.Ф. О формуле для деформации нитей основы от зевообразования и прибоя. //Изв. вузов. ТТП. -1987, №.2. С.43 . 45.

47. Ефремов Е.Д., Ефремов В.Е., Аникин B.C. Измеритель натяжения нити с двумя упругими балочками. //Изв. вузов. ТТП. -1991, №.1. С.50 . 53.

48. Ефремов Е.Д., Аникин B.C., Ефремов В.Е. Ковалевский А.В. Определение коэффициента трения нити по нитепроводникам. //Изв. вузов. ТТП. -1990, №.6. С. 106 . 107.

49. Ефремов Е.Д., Байрамова Н.Ч. О влиянии на натяжение нити длин ее участков до и после направляющего устройства. //Изв. вузов. ТТП. -1992, №.6.С.31 . 34.

50. Ефремов Е.Д., Пахотина И.Н. Регулирования натяжение нитей основы во время прибоя. //Изв. вузов. ТТП. -1990, №.6-. С.46 . 48.

51. Ефремов Д. Е., Ефремов В.Е., Ефремов Е.Д. О Математическая модель нагонного механизма. //Изв. вузов. ТТП. -1991, №.2. С.94 . 98.

52. Ефремов Д. Е., Билал Махмуд. Параметры строения ткани при овальном поперечном сечении нити. //Изв. вузов. ТТП. -1989, №.2. С.48 . 51.

53. Ефремов В.Е., Ефремов Е.Д. Измеритель натяжения, длины и толщины нити. //Изв. вузов. ТТП. -1990, №.1. С.52 . 53.

54. Ямщиков С.В. Взаимосвязь усилия и деформации в упругонапряженной текстильной нити (пряже). //Изв. вузов. ТТП. -1989, №.6. С.39 . 41.

55. Ямщиков С.В. Взаимосвязь напряжений и деформаций в нитях и ткани для деформации растяжения. //Изв. вузов. ТТП. -1995, №.3. С.36 . 39.

56. Ямщиков С.В. Взаимодействие основных и уточных нитей в зоне формирования ткани. // Изв. вузов. ТТП. -1992, №.6, С.34 . 38.

57. Ямщиков С.В. Смещение опушки ткани в глубину зева на ткацком станке, работающем в стационарном режиме. // Изв. вузов. ТТП. -1996, №.1, С.31 . 34.

58. Широва Е.А. Взаимосвязь деформации и натяжении основных нитей за один оборот главного вала ткацкого станка. //Изв. вузов. ТТП. -1998, №.3, С.47-50.

59. Широва Е.А. Взаимосвязь деформации и натяжении основных нитей по глубине заправки ткацкого станка. //Изв. вузов. ТТП. -1998, №.4, С.34 . 37.

60. Широва Е.А. Взаимосвязь деформации и натяжении утка на станках различных конструкций. //Изв. вузов. ТТП. -1998, №.5, С.37 . 41.

61. Быкадоров Р.В. О пределах изменения натяжения основных нитей на ткацком станке. // Изв. вузов. ТТП. -1982, №.2, С.50 . 54.

62. Быкадоров Р.В., Воронин С.Ю., Дубровин И.В. Статическая составляющая натяжения основы на ткацком станке. // Изв. вузов. ТТП. -1998, №.4, С.37 .41.

63. Коритысская Т.Я. Влияние сил трения и деформации нитей на искажение законов изменения её натяжения. // Изв. вузов. ТТП. 1986, №.4, С.52.56.

64. Суров В.А., Климов А.В. Определение коэффициента трения в паре основа-утка. //Изв. вузов. ТТП. -1996, №.6. С. 103 . 105.

65. Лустгартен Н.В. Метод определения коэффициентов трения и сцеплениянитей. //Изв. вузов. ТТП. -1989, №.2. С. 11 . 13.

66. Чистова И.Н., Степанов Г.В. Взаимодействие нитей основы и утка в тканях полотняного переплетения. // Изв. вузов. ТТП. -1997, №.1, С.44 . 48.

67. Васильева Е.Г. и др. Влияние натяжения нитей на параметры строения ткани. //Изв. вузов. ТТП. -1998, №.3, С.44 . 47.

68. Саввин О.А. Распределение прибойного натяжения системы заправки ткацкого станка по зонам. //Изв. вузов. ТТП. -1987, №.2. С.45 . 48.

69. Николаев С.Д., Юхин С.С. Расчёт натяжения нитей основы при зево-образовании за период ткачества раппорта ткани по утку. // Изв. вузов. ТТП.-1994, №.1,С.36. 39.

70. Фернандо С. Определение коэффициента изгибной жесткости нити при нелинейной зависимости натяжение деформация. // Изв. вузов. ТТП. — 1991, №.5, С.12 . 14.

71. Пыханова Т.В. О неравномерности натяжения нитей по ширине заправки ткацкого станка. // Изв. вузов. ТТП. -1994, №.2, С.38 . 40.

72. Щербаков В.П., и др. Определение параметров модели вязкоупругого тела численными методами. //Изв. вузов. ТТП. -1993, №.3, С.7 . 11.

73. Ломов С.В., Труевцев А.В. Расчётная оценка соотношения жесткостей нити и ткани при изгибе. // Изв. вузов. ТТП. -1994, №.4, С. 13 . 17.

74. Мельяченко Ж. В., Николаев С.Д. Взаимосвязь технологических параметров ткачества и параметров строения вырабатываемых тканей. // Изв. вузов. ТТП. -1991, №.1, С.47 . 51.

75. Сухарев В.А. О распределении натяжений в жесткой нити , скользящей по цилиндрической поверхности. //Изв. вузов. ТТП. -1973, №.2, С.68 . 73.

76. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука. -1976, 608с. с илл.

77. Пономарев С.Д. и др. Расчёты на прочность в машиностроении (1). — М.: Машгиз.-1956, 884с.

78. Силкин Е.И. Статическая и динамическая прочность машин. Москва, 1969, 323с.

79. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. М.: Машгиз. -1955, 188с.

80. Трение текстильных нитей /Под ред. Лувишиса Л.А. М.: ЦИНТИ, -1966. 72с.

81. Киреева А.И. и др. Металлоткачество. М.: Госэнергоиздат. - 1957. 143с.

82. Смирнов А.Н. Явление проскальзывания уточном нити при двойном прибое. «Совершенствование техники и технологии ткацкого производства»: Межвуз. сб. науч. трудов./ИвТИ; Иваново: изд. ИХТИ, 1983. С. 102 . 107.

83. Горов Э.А., Гайдай С.Д., Лушников С.В. Типовой лабораторный практикум по теории механизмов и машин. М.: Машиностроение , -1990 .

84. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. — М.: Наука.-1971, 192с.

85. Zhang Chenyu. About the weaving shrinkage of fabrics. //Cotton textile technology. 1999, No.5. P.6-13. (PRC), (на китайском языке)

86. Zhang Hongdi, et al. On the theory and practice of the fabric shrinkage off the air jet weaving machine. //Journal of Anhui institute of mechanical and electrical engineering. 1997, No.4. P. 18 . 21. (PRC), (на китайском языке)

87. Xie Guangyin. A study on the cover factor and weaving shrinkage of fabrics. //Journal of Northwest institute of textile science and technology. 1998, No.l. P.26 . 28. (PRC), (на китайском языке)

88. Chen Chao. About difference of weaving shrinkage for theory with fact. //Silk. 1997, No. 10. P. 23 .25. (PRC), (на китайском языке)

89. Zhang Guohui. The influence of weaving set factors on structural phase. //Journal of Nantong vocational college. 2001, No.2. P.46 . 47. (PRC), (на китайском языке) -. .

90. Mao Chengdong. Design and describing for characteristic pattern of twill weave. //Journal of textile. 1999, No.2. P.36 - 39. (PRC), (на китайском языке)

91. Wu Zhongming, Jia Yiping. Analysis of structure of tat fabric with weaving shrinkage. //Textile technology of cotton. 1996, No.6. P.23 . 24. (PRC), (на китайском языке)

92. Wang Liming, Li Li. Study on the stretch breaking strength of plain — woven fabrics. //Journal of Qingdao university. - 1999, No.2. P.42 . 45. (PRC), (на китайском языке)

93. Wang Liming, et al. Study on mechanism of woven fabric tearing. //Journal of Qingdao university. 2001, No.l. P.29 . 32. (PRC), (на китайском языке)

94. M.Beitelschmidt, et al. Simulation of warp and cloth forces in weaving machines. //Journal of international textile. 2000, No.l. P.35 . 39. (PRC), (на китайском языке)

95. Guo Xingfeng. Analysis and test of dynamic strain weft on the whiff loom. //Cotton Textile Technology. 1997, No.2. P.38 . 40. (PRC), (на китайском языке)

96. Wang Shaobin, et al. About dynamic test of warp strain. //Beijing textile. -1999, No.6. P.27 .31. (PRC), (на китайском языке)

97. Wei Mingsen, Chen Rongjuan. On the friction problems of fibres and yarns passing around a peg. //Basic sciences journal of textile universities. 1997, No.4. P.379 . 383. (PRC), (на китайском языке)

98. Mei Xingbo. Neural network method for research of mechanics capability fabric. //Beijing textile. 2000, No.4. P.47 . 49. (PRC), (на китайском языке)

99. Mei Xingbo, Gu Bohong. BP neural network method for predicting fabric tensile property. //Beijing textile. 2000, No.5. P. 28 . 30. (PRC), (на китайском языке)

100. Gu Lin, et al. Aperture count of metal netting made of rigidity sinter. //Technology of chemical outfit. 2000, No. 1. P.26 .29. (PRC), (на китайском языке)

101. Xi Zhenping, et al. The application prospect and status quo of metal fibre, //singularity metal material and engineering. 1998, No.6. P.317 . 321. (PRC).на китайском языке)

102. Gao Bin, V.A.Surov. Static analysis of weft of metallic fabric. //Journal of Zhongyuan institute of technology. 2002, №.1. P.40 . 43. (PRC), (на китайском языке)

103. Gao Bin, Xu Hongwei. About production and equipment of metallic fabric in the world//Mechanical Research and Application. 2002, №.2. P.76 . 77.(PRC). (на китайском языке)

104. Межреспубликанские технические условия на сетки для целлюлозно — бумажной промышленности. Утверждены заместителем Министра лесной, целлюлозно бумажной и деревообрабатывающей промышлен-ности СССР Н.Н.Чистяковым 6 марта 1966 г. С. 108

105. В.А. Светлицкий. Механика гибких стержней и нитей. М.: Машиностроение, 1978. - 222с. .

106. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество. М., 1984 г.

107. Орнатская В.А., Кивилис С.С. Проектирование и модернизация ткацких машин. — М.: Легпромбытиздат, 1986. -296с.

108. Дицкий А.В., Малафеев P.M. и др. Основы проектирования машин ткацкого производства. М.: Машиностроение, 1983. -320 е., ил.

109. Николаев С.Д., Власов П.В. и др. Теория процессов, технология и оборудование ткацкого производства. М.: Легпромбытиздат, 1995, -256с.: ил.о