автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Влияние натяжения основы и движения ламелей на осыпаемость шлихты

На правах рукописи

Мамлин Николай Александрович

Влияние натяжения основы и движения л а мелей на осыпаемость шлихты

Специальность 05,19.02 - Технология и первичная обработка

текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических' наук

Иваново 2006

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

Научный руководитель -доктор технических наук,

профессор Степанов Гай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ерохин Юрий Филиппович

кандидат технических наук,

доцент Морозов Игорь Васильевич

Ведущая организация - Костромской государственный технологический университет (КГТУ),

Защита состоится « ^» /V 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д.212.061.01 при Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса,

Д.21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГТА.

Автореферат разослан 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Кулида Н.А.

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Во время работы ткацкого станка нити основы подвергаются циклическим деформациям. Точное определение деформации, а следовательно, натяжения нити представляет собой довольно сложную задачу, так как многие факторы не всегда можно учесть. Например, как влияет на натяжение основы масса ламелей, На этот вопрос, частично, дан ответ в публикациях Ефремова Е.Д. и Подать Н.М. Однако, на наш взгляд, решение данной задачи не доведено до логического завершения. Авторами рассмотрено движение ламелей только при зевообразовании, тогда как наибольшее влияние этого фактора проявляется при прибое утка, когда натяжение основы резко возрастает и носит ударный характер, а ламель получает значительное ускорение, увеличивая натяжение основы.

Кроме того, целесообразно получить аналитическое соотношение, которое позволило бы рассчитать натяжение основы за цикл работы ткацкого станка. Для ткани полотняного переплетения этот цикл можно ограничить половиной раппорта переплетения, что соответствует одному обороту главного вала станка, а для других - раппорту переплетения.

Гордеев В.А. предложил вариант решения данной задачи путём разложения циклической деформации как функции, зависящей от времени, в тригонометрический полином, где коэффициенты при переменных определяются с помощью шаблонов. Однако при таком способе сложно получить точное значение коэффициентов, а следовательно, и полином не будет отражать действительную деформацию нитей основы. Для этой цели лучше использовать ряд Фурье, где переменные ряда определяются по точным аналитическим зависимостям. При этом значение функции может быть получено с любой степенью точности и определяется только количеством членов ряда.

Известно, что при работе ткацкого станка наблюдается значительное осыпание шлихты. Принято считать, что это нежелательное явление происходит за счет взаимодействия нитей основы с рабочими деталями и узлами ткацкого станка: ламелями, галевами и бердом. Это наблюдается и в действительности. Однако оценка отдельных факторов, влияющих на этот процесс, в литературе не приводится. В настоящей работе рассматривается взаимодействие ламелей с нитями основы, и проводятся результаты факторного эксперимента по количественному анализу осыпаемости шлихты.

Изложенное выше определяет актуальность диссертационной работы.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является снижение обрывности нитей основы и утка, что приведёт к

повышению производительности ткацкого оборудования, снижению расхода клеящих материалов, повышению качества продукции, улучшению климатических условий труда.

Для достижения поставленной цели ставятся и решаются следующие задачи: .

- произведён анализ динамики изменения натяжения нитей основы за период формирования элемента ткани;

определены перемещение ламели, её скорость и ускорение для момента прибоя утка, когда нагрузка на нить основы носит ударный характер, а ламель получает максимальное ускорение;

найдены статическая и динамическая составляющие сил действия ламели на нить основы, вызывающие её дополнительное натяжение;

• проведена оптимизация и определены возможные наилучшие параметры заправки основы, снижающие обрывность её в ткачестве;

- проанализировано влияние движения ламели на осыпаемость шлихты и проведён производственный эксперимент с целью снижения этого негативного явления.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались основные положения механики нити: анализ и синтез, эксперимент, математическое моделирование, теория механизмов и машин, математическая статистика и др. Результаты наблюдений, а также отдельные расчёты производились на ЭВМ. При обработке статистических данных использовались критерии Кохрена, Стьюдента, Фишера.

Научная новизна работы заключается в том, что автором впервые:

- разработан метод, в котором использованы ряды Фурье и получена аналитическая зависимость изменения натяжения нитей основы, где коэффициенты при переменных определяются не с помощью шаблонов, а по точным математическим соотношениям, что намного повысило достоверность расчётов;

получены функциональные зависимости напряженности выработки ткани полотняного переплетения применительно к ткацкому станку СТБ2-180, которые можно использовать для анализа деформации заправки не только на данном станке, но и на других ткацких станках;

- определены кинематические характеристики движения ламели, соответствующие фазе прибоя утка, в основу которых положено решение неоднородного дифференциального уравнения четвёртого порядка; полученные соотношения применимы и для анализа движения ламели при фазах зевообразования;

- доказано, что инерционная составляющая силы действия ламели на нить основы при установившейся работе ткацкого станка, превышает силу

её тяжести более чем в пять раз, что дополнительно увеличивает натяжение нити, а следовательно, и всей основы примерно иа 10%;

- дана оценка влияния массы ламели на осыпаемость шлихты, в основу которой положен факторный эксперимент; рекомендовано использовать в ткачестве ламели меньшей массы, а с целью повышения надёжности работы основонаблюдателя производить разуплотнение ламелей на рейках, доведя количество последних до шести.

Практическая значимость заключается в разработке метода оценки напряжённости нитей основы в системе заправки станка при получении однослойных тканей главных видов переплетений; разработке параметров снижения обрывности основы и утка в ткачестве, применительно для ламелей облегчённого типа, снижающих осыпаемость шлихты, что приведёт к экономии клеящих материалов и улучшению экологических условий труда в ткацком производстве.

Результаты диссертационной работы можно использовать в учебном процессе при подготовке инженеров-технологов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА, на межвузовской научно-технической конференции в г. Костроме (2004 г.) и конференциях «Прогресс-2005» и «Поиск-2005», г. Иваново.

Публикации.. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», две на межвузовской научно-технической конференции в г. Костроме 2004 г., восемь тезисов докладов на международных научно-технических конференциях, проводимых в ИГТА.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и рекомендаций. Она содержит 154 страницы текста, 23 таблицы, 8 рисунков, приложения. Список литературы включает 73 наименования. В приложении приводятся осциллограммы изменения натяжения нитей основы, акт промышленной апробации работы, техническая характеристика ткани.

2. Содержание работы

Глава первая посвящена обзору литературных источников и анализу работ по процессам формирования ткани. Следует отметить публикации следующих учёных: В.А. Гордеева, Е.Д. Ефремова, Ю.Ф. Ерохина, С,Н. Николаева, ГГ.Т. Букаева и др. исследователей, которые уделяли большое внимание не только технологическим процессам подготовки пряжи к ткачеству, но и вопросам непосредственного получения ткани на ткацком станке. Выработка

б

ткани зависит от многих факторов, которые не всегда можно учесть. Например, одним из важнейших технологических параметров выработки ткани является натяжение нитей основы. Известно, что это натяжение при работе станка изменяется от минимального (заправочного) до максимального. Последнее можно наблюдать как при зевообразовании, так и при прибое утка. Это зависит от вида получаемой ткани. Если ткань вырабатывается с большой плотностью по утку, то пик натяжения основы приходится на фазу прибоя утка, с небольшой - на фазу зевообразования* Такой вывод следует не только из обзора информационных источников, но и наблюдается при производстве ткани непосредственно на ткацком станке. Необходимо отметить, что изменение циклической деформации нитей основы при установившейся работе ткацкого станка в научной литературе освещено ещё недостаточно. Гордеев В.А. в своих работах предложил определять натяжение основы как функцию времени, раскладывая её в тригонометрический полином. Таким образом может быть получена аналитическая зависимость, которую можно использовать при анализе напряжённости системы заправки станка. Что же касается оценки влияния массы ламелей на натяжение нитей основы, то здесь надо отметить публикации, в которых рассмотрено движение ламелей только при зевообразовании. Однако этого недостаточно, так как наибольшее ускорение ламель получает при прибое утка, следовательно, и её максимальное действие на нить соответствует этому периоду. Кроме того, в научной литературе практически нет публикаций по вопросам осыпаемости шлихты при работе ткацкого станка, тогда как исследования в этой области актуальны и могут привести к значительной экономии клеящих материалов, что имеет немаловажное значение для ткачества.

Глава вторая. Натяжение основы при работе станка циклически изменяется. Это связано с прибоем утка, работой зевообразовательного механизма, товарного и основного регуляторов, а также других вспомогательных узлов станка. Циклическое изменение натяжения нитей основы повторяеться при каждом обороте главного вала станка или в пределах раппорта взаимного переплетения нитей основы и утка. Получить точное аналитическое выражение, отражающее изменение натяжения основы в пределах цикла, сложно, а порой и невозможно из-за ряда факторов, которые не всегда можно учесть. Наиболее вероятный путь получения нужного уравнения - это разложение функции в ряд Фурье. Показана методика применения рядов Фурье и получено аналитическое выражение изменения натяжения основы для декоративной специальной технической ткани, в которой по фону

полотняного переплетения имеются отдельные мелкоузорчатые основные и уточные перекрытия.

Указанную ткань получали на ткацком станке СТБ2-180, оборудованном зевообразовательной кареткой СКН-14-2. Ткань состоит из высокомодульных комплексных фениловых нитей линейной плотности 29 текс. Плотность по основе 200 н/дм, по утку - 240 н/дм. Ширина ткани 170 см. Частота вращения главного вала станка составляет 250 об/мин. В заправке станка использовалось 14 ремизок.

Для разложения функции в ряд были получены и обработаны осциллограммы изменения натяжения нитей основы, на основании которых записана следующая функциональная зависимость

м =

Со г

С / + С/ X

с2 г + Сз

С4( + С5 X,

при 0 "¿¿о , при /о ,

при // & <¿2 » При & ,

при <£ <¡4 у

при <2 ,

при 2 t4 ^ ¿3 ¿4 у

(1)

где ¡о - начало прибоя; С/ - начальный момент времени кратковременного нахождения берда при его крайнем переднем положении; - конец выстоя берда; г3 - отход берда от опушки ткани; г4 - соответствует фазе открытия, 2/,- выстоя и 3/4 - закрытия зева; С/ — коэффициенты, отражающие отношение ординаты к приращению аргумента; Л*-ординаты.

Система (1) отражает изменение функции^/ф в интервале от / — 0 до Т = где Г- период.

Поскольку разложение (1) в ряд Фурье осуществляется на временном интервале, то ряд примет вид

/(*) = +2 (а„ соэр п(+Ь„ $т р п О , (2)

где а0- постоянная разложения; р — круговая частота; п — порядковый номер коэффициента.

Значения коэффициентов ряда а„, Ь„, и од находим по известным математическим зависимостям.

На основании (1) с учётом значений 7"»р, и Л, имеем:

0,1065Л

(—10,беси 0,958л+II,бсоз1,133я+18,50051,3084«—

-19,5 соэ 13 95 п - С052,093 л+со$ 4,187 п - 2)

ОД065 Л

, (-10,6 0,958л+ 11,6 51п 1,133 п +

п

+18,48 БШ 1,308 П -19,48 вш 1,395л),

(4)

а0 = 0,933А. При вычислении коэффициентов ав

соответственно 13 и 12 слагаемыми, обеспечивающими хорошую сходимость ряда.

В сокращённой залиси функциональная зависимость (1) будет

Ряд (б) соответствует аналогу изменения натяжения нитей основы за один оборот главного вала станка и отражает только динамическую составляющую полного её натяжения. Последнее можно определить, если воспользоваться равенством

где ^ - начальное (заправочное) натяжение основы;

Гт * максимальное динамическое натяжение основы.

Анализ осциллограмм и расчётов, выполненных по (7), показал хорошую сходимость полученных результатов.

Глава третья. Взаимодействие нитей основы с ламелями не только представляет интерес с теоретической точки зрения, но и позволяет оценить влияние массы ламелеЙ на натяжение основных нитей, особенно при пике прибоя, т.е. когда ламели получают значительное ускорение и оказывают максимальное действие на нити основы. Для решения данной задачи необходимо получить уравнение осевой линии нити, находящейся в фазе заступа, которая закреплена в двух точках: опушке ткани и скало. При этом нить имеет начальное натяжение, а в зоне основонаблюдателя на неё действует сила тяжести ламели. Последняя прогибает нить. Уравнение изогнутой нити найдём, разложив функцию /(*) в ряд Фурье:

(6)

(7)

А

—х при

/(*) = ^ (8) -—-(£-*) Яри

где А - величина перемещения ламели при прибое утка; Ь - длина нити от опушки ткани до скала; // — расстояние от опушки ткани до ламели. Функцию (8) разложим в ряд по синусам:

= (9)

«»I **

Применительно к нашему случаю имеем

или

, 8И . теп

^ХГ«(И)

И Я х

Ограничившись двумя коэффициентами Ьт запишем (9) следующим образом:

А*>=л(о,815Щ^-0,095т^). (12)

Ряд (12) отражает форму осевой линии нити, когда она находится под действием натяжения Р и силы тяжести Р ламели.

Силовое равновесие нити можно описать неоднородным дифференциальным уравнением четвёртого порядка

В нашем случае (13) примет вид

^Й^ТТ^^""'1 <14>

ах их

где Ац - жёсткость основной нити на изгиб; ¿(х-х^) - дельта-функция Дирака; Х] - координата положения ламели; Р — сила тяжести ламели. Для решения задачи воспользуемся методом возможных обобщённых перемещений. Для этого следует вычислить интеграл

/

= (15)

где ¿(у) - уравнение равновесия нити; 6у — возможные обобщённые перемещения точек осевой линии нити. Решаем задачу для малых прогибов нити, так как перемещение ламели по отношению к Ь незначительно. Обозначим

у = /(х) (16)

и найдём вторую и четвёртую производные от (12):

И2-% = /2(х) = У2(х)> (17)

ах2

^ = /4(х) = К4(дг). (18)

Подставляем (17) и (18) в (14):

^У*(х)-РУ2(х)~ Р8(х - ) = 0. (19)

Равенство (19) представляет собой уравнение силового равновесия ¿00 нити.

Возможные обобщённые перемещения точек осевой линии нити запишем в виде функции, подобной (12):

<^ = 0,81^-0,09^. (20)

С учётом (19) и (20) интеграл (15) примет вид

... = (21) о

Решение (21) будет

^3,28 А0~ + 0,4 ^ = 0,9 Р. (22)

Первым слагаемым в круглых скобках можно пренебречь - оно составляет незначительную величину (0,01 Ю"6 Н). Тогда

к

0

0Атг2Р ' (23)

Подставляем значение к в (12):

Наибольший прогиб нити будет в середине пролёта при х = 1/ 2. В этом случае

\ 0,2 Р1

/00 —. (25)

Равенство (25) отражает величину прогиба нити, когда она находится под действием начального (заправочного) натяжения и динамической составляющей (7). При изменении натяжения нити ламель перемещается. Её перемещение с учётом (7) и (25) составит

5 = 0,2 РЬ

I

(26)

(27)

Используем (26) для определения скорости движения ламели и её ускорения:

^ 0,2 Р

ОЛЬР

" 2К

Л -~

г!

На основании (29) было подсчитано максимальное ускорение ламели, которое наблюдается при прибое утка. Оно составляет 49,2 м/с2. Тогда сила действия ламели на нить основы будет

= = 49 2 » 0,0576 Н г 9,81

(30)

где £ - ускорение свободного падения.

Инерционная сила действия ламели на нить основы превышает силу её тяжести примерно в пять раз. Если учесть инерционную составляющую и силу тяжести ламели, то натяжение нити, приходящееся на эти величины, составляет примерно 10% от общего её натяжения в заправке станка.

Глава четвертая посвящена оптимизации системы заправки ткацкого станка. Рассматривались вопросы обрывности основных и уточных нитей, а также осыпаемость шлихты. Во всех трёх случаях использовался полный факторный эксперимент типа 2П. Эксперимент проводился в условиях предприятия ООО «Тезинка» (г. Шуя) на ткацких станках СТБ2-180, заправленных бязью арт. 262.

В результате проведённого эксперимента были получены адекватные математические модели, на основании которых рекомендованы оптимальные параметры заправки станка, снижающие обрывность нитей основы и утка на 8 - 12% , а осыпаемость шлихты на 13,2%.

Обобщённые выводы и рекомендации

1, Натяжение основы при работе ткацкого станка циклически изменяется. Получить точное аналитическое соотношение изменения натяжения основы в пределах цикла сложно, а порой и невозможно из-за ряда факторов, которые не всегда можно учесть. Наиболее вероятный путь получения нужной зависимости - это разложение функции в ряд Фурье. Приводится методика применения рядов Фурье к исследованию динамики изменения натяжения основы.

2. Получены функциональные аналитические соотношения напряжённости формирования ткани полотняного переплетения применительно к ткацкому станку СТБ2-180, которые можно

использовать для анализа циклической деформации основы и для других типов ткацких станков.

Натяжение нитей основы на ткацком станке зависит от двух составляющих: статической и динамической. Первую устанавливают при заправке станка, вторая — возникает в процессе формирования ткани. Максимальное натяжение основы приходится на фазу прибоя и превышает её статическое натяжение, наблюдаемое в фазе выстоя зева, примерна па 30%. По отношению к начальному (заправочному) натяжению пик натяжения составляет 60 - 70%. Это надо учитывать при заправке основы на станке для каждого артикула ткани. Рассмотрено взаимодействие ламели с нитью основы при установившейся работе ткацкого станка; определены её перемещение, скорость и ускорение, соответствующие фазе прибоя утка, т.е. в момент, когда натяжение основы резко возрастает и носит ударный характер.

На основе решения неоднородного дифференциального уравнения четвёртого порядка доказано, что инерционная составляющая силы действия ламели на нить основы (в фазе прибоя) превышает её вес более чем в пять раз, что дополнительно увеличивает натяжение нити, а следовательно, и всей основы примерно на 10%.

Проведена оптимизация питания станка основой и утком, получены адекватные многофакторные модели. Проанализировано влияние переменных на обрывность нитей. Рекомендованы оптимальные заправочные параметры, снижающие обрывность по основе и утку в пределах 8-12% по сравнению с показателями, наблюдаемыми в производстве.

Проведённый в условиях производства факторный эксперимент на осыпаемость шлихты показал, что на этот нежелательный процесс оказывает влияние сила тяжести ламели. Это надо учитывать при заправке станка, соблюдая рекомендации по применению соответствующего типа ламели по отношению к линейной плотности основной нити. Осыпаемость шлихты для бязи арт. 262 снизилась на 13,2%.

В результате производственной апробации основных положений диссертационной работы ожидаемый экономический эффект при выработке на станках СТБ2-180 бязи арт. 262 составит 9420 рублей в год на 100 ткацких станков.

и

Публикации, отражающие основное содержание диссертации

1. Степанов, С.Г. Динамика изменения натяжения основы / С.Г Степанов, Г.В. Степанов, H.A. Мамлин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2004. - №4.

2. Мамлин, H.A. Натяжение основы / H.A. Мамлин // Студенты и молодые учёные КГТУ — производству: материалы 56-й межвузовской науч. — техн. конфУ КГТУ. — Кострома, 2004.

3. Мамлин, H.A. Влияние массы ламели на натяжение основы / H.A. Мамлин // Студенты и молодые учёные КГТУ — производству: материалы 56-й межвузовской науч. — техн. конфУ КГТУ. - Кострома, 2004.

4. Степанов, С.Г. Динамика изменения натяжения основы / С.Г. Степанов, Г.В. Степанов, H.A. Мамлин // Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2004): тез. докл. межвузовской науч. — техн. конфУ Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2004.

5. Степанов, С.Г. Динамика взаимодействия ламели с нитью основы / С.Г. Степанов, Г.В. Степанов, H.A. Мамлин // Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2004): тез. докл. межвузовской науч. — техн. конфУ Иванов, гос. текст, академия. — Иваново, 2004.

6. Степанов, С.Г. Динамика взаимодействия ламели с нитью основы/ С.Г. Степанов, Г.В. Степанов, H.A. Мамлин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2004. - №6.

7. Мамлин, H.A. Динамика перемещения ламели при установившейся работе ткацкого станка / H.A. Мамлин, О.С. Степанов // Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2005): тез. докл. межвузовской науч. — техн. конфУ Иванов, гос. текст, академия. — Иваново, 2005,

8. Мамлин, H.A. Изменения натяжения основной нити на станке СТБ / H.A. Мамлин // Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2005): тез. докл. межвузовской науч, - техн. конфУ Иванов, гос. текст, академия. — Иваново, 2005.

9. Мамлин, H.A. Осыпаемость шлихты / H.A. Мамлин // Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности (Прогресс-2005): тез. докл. межвузовской науч. - техн. конфУ Иванов, гос. текст, академия, — Иваново, 2005,

10. Мамлин, H.A. Параметры заправки станка СТБ2-180 / H.A. Мамлин, Г.В. Степанов // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Прогресс-2005): тез. докл. межвузовской науч. — техн. конфУ Иванов, гос. текст, академия. — Иваново, 2005.

11. Соколов, H.H. Заправочные параметры получения ткани на бесчелночных станках / H.H. Соколов, H.A. Мамлин, Г.В. Степанов // Молодые учёные — развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2006): тез. докл. межвузовской науч. -техн. конф,/ Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2006.

12. Соколов, H.H. Расчёт ткани на прочность / H.H. Соколов, H.A. Мамлин, О.С, Степанов // Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2006): тез. докл. межвузовской науч. - техн. конф./ Иванов, гос. текст, академия. -Иваново, 2006.

Лицензия ИД №06309 от 19.11.2001. Подписано в печать

14.09.2006.

Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,89. Тираж 80 экз. Заказ № 753

Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии Отдел оперативной полиграфии

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Выводы по разделу.

2. НАТЯЖЕНИЕ ОСНОВЫ.

2.1 Общие положения.

2.2 Определение коэффициентов ап.

2.3 Определение коэффициентов Ь„.

2.4 Вычисление постоянной ряда.

Выводы по разделу.

3 ВЛИЯНИЕ МАССЫ ЛАМЕЛЕЙ НА НАТЯЖЕНИЕ НИТЕЙ

ОСНОВЫ.

3.1 Уравнение прогиба основной линии нити.

3.2 Статика силового взаимодействия нити с ламелью.

3.3 Динамика взаимодействия нити с ламелью.

Выводы по разделу.

4. ОПТИМИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.:.

4.1 Параметры заправки основы.

4.2 Параметры заправки утка.

4.3 Осыпаемость шлихты.

Выводы по разделу.

ОБОБЩЁННЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Актуальность темы исследования: Во время работы ткацкого станка нити основы подвергаются циклическим деформациям. Точное определение деформации, а следовательно, натяжения нити представляет собой довольно сложную задачу, так как многие факторы не всегда можно учесть. Например, как влияет на натяжение основы масса ламелей. На этот вопрос, частично, дан ответ в публикациях Ефремова Е.Д. и Подать Н.М. [1, 2, 3]. Однако, на наш взгляд, решение данной задачи не доведено до логического завершения. Авторами рассмотрено движение ламелей только при зевообразовании, тогда как наибольшее влияние этого фактора проявляется при прибое утка, когда натяжение основы резко возрастает и носит ударный характер, а ламель получает значительное ускорение, увеличивая натяжение основы.

Кроме того, целесообразно получить аналитическое соотношение, которое позволило бы рассчитать натяжение основы за цикл работы ткацкого станка. Для ткани полотняного переплетения этот цикл можно ограничить половиной раппорта переплетения, что соответствует одному обороту главного вала станка, а для других - раппорту переплетения.

Гордеев В.А. [4], [5] предложил вариант решения данной задачи путём разложения циклической деформации как функции, зависящей от времени, в тригонометрический полином, где коэффициенты при переменных определяются с помощью шаблонов. Однако при таком способе сложно получить точное значение коэффициентов, а, следовательно, и полином не будет отражать действительную деформацию нитей основы. Для этой цели лучше использовать ряд Фурье [6], где переменные ряда определяются по точным аналитическим зависимостям. При этом значение функции может быть получено с любой степенью точности и определяется только количеством членов ряда.

Известно, что при работе ткацкого станка наблюдается значительное осыпание шлихты. Принято считать, что это нежелательное явление происходит за счёт взаимодействия нитей основы с рабочими деталями и узлами ткацкого станка: ламелями, галевами и бердом. Это наблюдается и в действительности. Однако оценка отдельных факторов, влияющих на этот процесс, в литературе не приводится. В настоящей работе рассматривается взаимодействие ламелей с нитями основы, и проводятся результаты факторного эксперимента по количественному анализу осыпаемости шлихты.

Изложенное выше определяет актуальность диссертационной работы.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является снижение обрывности нитей основы и утка, что приведёт к повешению производительности ткацкого оборудования, снижению расхода клеящих материалов, повышению качества продукции, улучшению климатических условий труда.

Для достижения поставленной цели ставятся и решаются следующие задачи:

- произведён анализ динамики изменения натяжения нитей основы за период формирования элемента ткани;

- определены перемещение ламели, её скорость и ускорение для момента прибоя утка, когда нагрузка на нить основы носит ударный характер, а ламель получает максимальное ускорение; найдены статическая и динамическая составляющие сил действия ламели на нить основы, вызывающие её дополнительное натяжение;

- проведена оптимизация и определены возможные наилучшие параметры заправки основы, снижающие обрывность её в ткачестве;

- проанализировано влияние движения ламели на осыпаемость шлихты и проведён производственный эксперимент с целью снижения этого негативного явления.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались основные положения механики нити: анализ и синтез, эксперимент, математическое моделирование, теория механизмов и машин, математическая статистика и др. Результаты наблюдений, а также отдельные расчёты производились на ЭВМ. При обработке статистических данных использовались критерии Кохрена, Стьюдента, Фишера.

Научная новизна работы заключается в том, что автором впервые:

- разработан метод, в котором использованы ряды Фурье и получена аналитическая зависимость изменения натяжения нитей основы, где коэффициенты при переменных определяются не с помощью шаблонов, а по точным математическим соотношениям, что намного повысило достоверность расчётов; получены функциональные зависимости напряженности выработки ткани полотняного переплетения применительно к ткацкому станку СТБ2-180, которые можно использовать для анализа деформации заправки не только на данном станке, но и на других ткацких станках;

- определены кинематические характеристики движения ламели, соответствующие фазе прибоя утка, в основу которых положено решение неоднородного дифференциального уравнения четвёртого порядка; полученные соотношения применимы и для анализа движения ламели при фазах зевообразования;

- доказано, что инерционная составляющая силы действия ламели на нить основы при установившейся работе ткацкого станка превышает силу её тяжести более в пять раз, что дополнительно увеличивает натяжение нити, а следовательно, и всей основы примерно на 10%;;

- дана оценка влияния массы ламели на осыпаемость шлихты, в основу которой положен факторный эксперимент; рекомендовано использовать в ткачестве ламели меньшей массы, а с целью повышения надёжности работы основонаблюдателя проводить разуплотнение ламелей на рейках, доведя количество последних до шести.

Практическая значимость заключается в разработке метода оценки напряжённости нитей основы в системе заправки станка при получении однослойных тканей главных видов переплетений; разработке параметров снижения обрывности основы и утка в ткачестве, применительно для ламелей облегчённого типа, снижающих осыпаемость шлихты, что приведёт к экономии клеящих материалов и улучшению экологических условий труда в ткацком производстве.

Результаты диссертационной работы можно использовать в учебном процессе при подготовке инженеров-технологов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА, на межвузовской научно-технической конференции в г. Костроме (2004 г.) и конференциях «Прогресс-2005» и «Поиск-2005», г. Иваново.

Публикации. По материалам диссертации опубликован 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», две на межвузовской научно-технической конференции в г. Костроме 2004 г., восемь тезисов докладов на международных научно-технических конференциях, проводимых в ИГТА.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и рекомендаций. Она содержит 154 страницы

ОБОБЩЁННЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Натяжение основы при работе ткацкого станка циклически изменяется. Получить точное аналитическое соотношение изменения натяжения основы в пределах цикла сложно, а порой и невозможно из-за ряда факторов, которые не всегда можно учесть. Наиболее вероятный путь получения нужной зависимости - это разложение функции в ряд Фурье. Приводится методика применения рядов Фурье к исследованию динамики изменения натяжения основы.

Получены функциональные аналитические соотношения напряжённости формирования ткани полотняного переплетения применительно к ткацкому станку СТБ2-180, которые можно использовать для анализа циклической деформации основы и для других типов ткацких станков.

Натяжение нитей основы на ткацком станке зависит от двух составляющих: статической и динамической. Первую устанавливают при заправки станка, вторая - возникает в процессе формирования ткани. Максимальное натяжение основы приходится на фазу прибоя и превышает её статическое натяжение, наблюдаемое в фазе выстоя зева, примерна на 30%. По отношению к начальному (заправочному) натяжению пик натяжения составляет 60 - 70%. Это надо учитывать при заправке основы на станке для каждого артикула ткани. Рассмотрено взаимодействие ламели с нитью основы при установившейся работе ткацкого станка; определены её перемещение, скорость и ускорение, соответствующие фазе прибоя утка, т.е. в момент, когда натяжение основы резко возрастает и носит ударный характер.

5. На основе решения неоднородного дифференциального уравнения четвёртого порядка доказано, что инерционная составляющая силы действия ламели на нить основы (в фазе прибоя) превышает её вес более чем в пять раз, что дополнительно увеличивает натяжение нити, а следовательно, и всей основы примерно на 10%.

6. Проведена оптимизация питания станка основой и утком, получены адекватные многофакторные модели. Проанализировано влияние переменных на обрывность нитей. Рекомендованы оптимальные заправочные параметры, снижающие обрывность по основе и утку в пределах 8-12% по сравнению с показателями, наблюдаемыми в производстве.

7. Проведённый в условиях производства факторный эксперимент на осыпаемость шлихты показал, что на этот нежелательный процесс оказывает влияние сила тяжести ламели. Это надо учитывать при заправке станка, соблюдая рекомендации по применению соответствующего типа ламели по отношению к линейной плотности основной нити. Осыпаемость шлихты для бязи арт. 262 снизилась на 13,2%.

8. В результате производственной апробации основных положений диссертационной работы ожидаемый экономический эффект при выработке на станках СТБ2-180 бязи арт. 262 составит 9420 рублей в год на 100 ткацких станков.

1. Подать, Н.М. Оценка влияния силы тяжести ламели на натяжение нити при зевообразовании / Н.М. Подать, Д.Е. Ефремов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1990. №2. - с. 45-48.

2. Подать, Н.М. Оценка влияния силы тяжести ламели на натяжение нити при зевообразовании / Н.М. Подать, Д.Е. Ефремов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1990. №3. - с. 38-40.

3. Подать, Н.М. Оценка влияния силы тяжести ламели на натяжение нити при зевообразовании / Н.М. Подать, Д.Е. Ефремов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1990. №5 . - с. 51-53.

4. Гордеев, В.А. Об изменении заправочного натяжения основы в условиях изменённой схемы заправки станка СТБ / В.А. Гордеев , В.М. Лейзина // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности . 1982. - № 2. -с. 41-44.

5. Гордеев, В.А. Ткачество: Учебник для вузов / В.А. Гордеев, П.В. Волков- 4-е изд. М.: Лёгкая и пищевая промышленность. - 1984. - 488 с.

6. Романовский, П.И. Ряды Фурье. Теория поля. Аналитические и специальные функции. Преобразования Лапласа / П.И. Романовский -М.: Наука Главная редакция физико-математической литературы. 1980.

7. Лахтин, И.П. Экономное использование сырья основа эффективности текстильного производства / Лахтин И.П. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности . - 1977, - № 4. - с. 1-4.

8. Раевский, В.А. Резервы улучшения использования сырья / В.А. Раевский // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности . 1976, - №5.- с. 22-24.

9. Шварцман, Д.А. Проблемы повышения эффективности текстильной промышленности / Д.А. Шварцман Д.А., К.Г. Фирсов М.: Лёгкая и пищевая промышленность. 1981. - 848 с.

10. Ю.Покачев, А.К. Направление развития хлопчатобумажной промышленности / А.К. Покачев // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности . 1977, - № 7. - с. 3-6.

11. П.Букаев, П.Т. Справочник по хлопкоткачеству / П.Т. Букаев М.: Легпромиздат. - 1976. - 576 с.

12. Мартынова, А. А. Лабораторный практикум по строению и проектированию тканей / А.А. Мартынова М.: Лёгкая индустрия. -1976.-296 с.

13. Соколов, Н.Н. Расчёт ткани на прочность / Н.Н. Соколов, Н.А. Мамлин, О.С. Степанов // Молодые учёные развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2006): тез. докл. межвузовской науч. - техн. конф./ Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2006.

14. Николаев, С.Д. Расчёт натяжения нитей основы при зевообразовании за период ткачества раппорта ткани по утку / С.Д. Николаев, С.С. Юхин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1994. - №1. -с. 38-41.

15. Гордеев, В.А. Об изменении заправочного натяжения основы в условиях изменённой схемы заправки станка СТБ / В.А. Гордеев, В.М. Лейзина // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности . 1982. № 2. с. 41-44.

16. Степанов, С.Г. Динамика изменения натяжения основы / С.Г Степанов, Г.В. Степанов, Н.А. Мамлин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2004. - №4. - с. 41-45.

17. Мамлин, Н.А. Изменения натяжения основной нити на станке СТБ / Н.А. Мамлин // Молодые учёные развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2005): тез. докл. межвузовской науч. - техн. конф./ Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2005.

18. Мамлин, Н.А. Изменения натяжения основной нити на станке СТБ / Н.А. Мамлин // Молодые учёные развитию текстильной и лёгкой промышленности (Поиск-2005): тез. докл. межвузовской науч. - техн. конф./ Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2005.

19. Гордеев, В.А. Динамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков / В.А. Гордеев М.: Легкая индустрия, 1965. - 248 с.

20. Савин, О.А. О регулировании натяжения системы заправки ткацкого станка / О.А. Савин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности .-1987. №1. - с. 58 - 62.

21. Попов, Е.П. Автоматическое регулирование и управление / Е.П. Попов -М.: Наука. 1966.

22. Глотова, Т.М. Моделирование натяжения основных нитей, создаваемого основным регулятором / Т.М. Глотова // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности . 1990. - №1. - с. 41-44.

23. Тейлор, Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем / Т. Тейлор М.: Мир. - 1975.

24. Николаев, С.Д. Расчёт натяжения основных нитей при зевообразовании на ткацком станке / С.Д. Николаев, А.В. Васильев // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1995, - № 5. - с. 29 -32.

25. Ямщиков, С.В. К вопросу о деформации ткани при зевообразовании / С.В. Ямщиков, В.Р. Крутикова // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1991. - №5. - с. 47-50.

26. Ступников, А.Н. Влияние неравномерности натяжения основы на её обрывность / А.Н. Ступников // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1978. - №1. - с. 59-62.

27. Васильченко, В.Н. Изменения условий работы нитей по ширине станка в процессе формирования капроновой ткани / В.Н. Васильченко // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1992. - №3.

28. Васильченко, В.Н. Аналитическое исследование условий работы уточных нитей в процессе формирования ткани / В.Н. Васильченко // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1988. - №1.

29. Васильченко, В.Н. Усовершенствованный способ ткани / В.Н. Васильченко, Ц.В. Апокин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1988. - №2.

30. Чугин, В.В. Неравномерность натяжения нитей ремизами в фазе открытого зева в цикле зевообразования / В.В. Чугин, С.М. Яличин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1987.- №4.

31. Амаржаргалан, Т. Неравномерность натяжения нитей основы по ширине заправки вследствие зевообразования / Т. Амаржаргалан, Е.Д. Ефремов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1997. - №3. -с. 39-42.

32. Ефремов, Е.Д. О формуле для деформации нитей основы от зевообразования и прибой / Е.Д. Ефремов, Г.Ф. Пашкова // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1987. - №3. - с. 43-46.

33. Ерохин, Ю.Ф. Регулирование натяжения основы в ветвях зева при выработке тканей полотняного переплетения / Ю.Ф. Ерохин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1969. - №3. - с.79-82.

34. Миндовский, С.К. Исследование процесса образования ткани на ткацком станке СТБ при смещении опушки ткани / С.К. Миндовский, В.М. Пантюхов, Н.В. Лустнартен // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1982. - №1. - с. 42-44.

35. Налётов, В.В. Влияние принудительной подачи ткани навстречу берду во время прибоя на ткацком станке / В.В. Налётов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1974. - №4. - с. 63-66.

36. Богза, А.Д. Надёжность процесса ткачества на станках СТБ / А.Д. Богза М.: Лёгкая и пищевая промышленность. - 1981. - 144 с.

37. Ефремов, Е.Д Деформация упругой системы заправки ткацкого станка / Е.Д Ефремов Иваново: ИХТИ. - 1979. - 72 с.

38. Шлыков, А.С. Исследование перемещения нитей основы и ремиз в процессе зевообразования на станке АТПР-100-4 / А.С. Шлыков, И.В. Синицина // Вестник ИГТА. 2003. - №3. - с. 60-65.

39. Быкадоров, Р.В. Развитии теоретических основ процесса ткачества и их практическая реализация в промышленности / Р.В. Быкадоров // -автореферат докт. дисс. Иваново: ИГТА, 1999. - 36 с.

40. Синицин, В.А. Определение характеристик процесса формирования ткани на ткацком станке по осциллограмме натяжения нитей основы / В.А. Синицин // метод, указ. ИГТА. - 1999. - 136 с.

41. Савостьянов, А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности /

42. A.Г. Савостьянов -М.: Лёгкая индустрия. 1980. - 320 с.

43. Власов, П.В. Нормализация процессов ткачества / П.В. Власов М.: Лёгкая и пищевая промышленность. - 1982. - 240 с.

44. Ефремов, Е.Д. О деформации основы от многоремизного зевообразовательного прибора / Е.Д. Ефремов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1968. - №5. - с. 65-69.

45. Ефремов, Д.Е. Деформация и натяжение основной нити вследствие зевообразования и прибоя / Д.Е. Ефремов, Е.Д. Ефремов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1988. - №4. - с. 41-44.

46. Ефремов, Е.Д. Перемещение нитей основы в следствии прибоя на ткацком станке / Е.Д. Ефремов, А.О. Ахунбабаев, С.А. Шутова, В.А. Врублевский // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1985.-№6.-с. 33-35.

47. Ефремов, Е.Д. Определение коэффициента жёсткости основной нити в заправке ткацкого станка / Е.Д. Ефремов, А.О. Ахунбабаев, С.А. Шутова,

48. B.А. Врублевский // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1987. - №1. - с. 48-51.

49. Васильченко, В.Н. Прибой уточной нити / В.Н. Васильченко М.: Легпромиздат. - 1993. - с. 3-14.

50. Якубовский, Ю.В. Основы механики нити / Ю.В. Якубовский М.: Лёгкая индустрия. - 1973. - с 255-228.

51. Степанов, С.Г., Динамика прибоя утка / С.Г. Степанов, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2002. - №2. - с. 54-57.

52. Степанов, С.Г. О прибое утка / С.Г. Степанов, Н.М. Сокерин, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2002. №3. - с. 41-45.

53. Савин, О.А. Распределение прибойного натяжения системы заправки ткацкого станка по зонам / О.А. Савин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1987. - №2. - с. 45-48.

54. Ерохин, Ю.Ф. Регулирование натяжения основы / Ю.Ф. Ерохин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1969. №5. - с. 79-82.

55. Ерохин, Ю.Ф. Регулирование натяжения основы во время прибоя / Ю.Ф. Ерохин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1971. - №12. - с. 22-23.

56. Ефремов, Д.Е. Регулирование натяжения нитей основы во время прибоя / Д.Е. Ефремов, И.Н. Пахотина // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1990. - №6. - с. 46-48.

57. Степанов, С.Г. Динамика взаимодействия ламели с нитью основы/ С.Г. Степанов, Г.В. Степанов, Н.А. Мамлин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2004. - №6.

58. Мамлин, Н.А. Влияние массы ламели на натяжение основы / Н.А. Мамлин // Студенты и молодые учёные КГТУ производству:материалы 56-й межвузовской науч. техн. конф./ КГТУ. - Кострома, 2004.

59. По дать, Н.М. Зависимость деформации и натяжения основных нитей от подъёма ламелей на одинаковую высоту / Н.М. Подать // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1990. - №1. - с. 54-56.

60. Светлицкий, В.А. Механика гибких стержней и нитей / В.А. Светлицкий -М.: Машиностроение. 1978.

61. Стразд, Г.Э. Влияние ламельного механизма на деформацию основных нитей / Г.Э. Стразд // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1971. - №5. - с. 63-66.

62. Широва, ЕЛ. Взаимосвязь деформации и натяжения основных нитей за один оборот главного вала ткацкого станка / Е.А. Широва // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1998. - №3.

63. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К.А. Семондяеев М.: Наука. - 1986.

64. Натансон, И.П. Краткий курс высшей математики / И.П. Натансон. -Санкт-Петербург: Лань. 1999.

65. Бондарь, А.Г. Планирование эксперимента в химической технологии / А.Г. Бондарь, Г.А. Статюха Киев: Вища школа. - 1976. - с. 184.

66. Мамлин, Н.А. Параметры заправки станка СТБ2-180 / Н.А. Мамлин, Г.В. Степанов // Молодые учёные развитию текстильной и лёгкой промышленности (Прогресс-2005): тез. докл. межвузовской науч. - техн. конф./ Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2005.