Исследования по взаимосвязи технологических параметров, параметров строения и свойств вырабатываемых тканей и используемых нитей

Практически каждое серьезное научное исследование включает в себя вопросы, связанные с установлением взаимосвязи между технологическими параметрами, параметрами строения вырабатываемых тканей и свойствами используемых нитей.

Работы, основанные на экспериментальном материале, представляют значительный интерес. К таким работам можно отнести труд Алексеева К.Г. []. Он предложил метод расчета параметров процесса формирования ткани. Расчет натяжения нитей основы и утка. Формула для расчета натяжения нити утка, предложенная автором, учитывает высоту волны изгиба нити утка , ее разрывную нагрузку и удлинение , геометрическую плотность ткани по основе , а также заправочные характеристики: число нитей фона и кромки, ширину проборки основы в бердо .

.

Натяжение нити основы расчитывается через натяжение нити утка и средний угол наклона конца отрезка уточины в элементе ткани к плоскости ткани . В формуле используются угол наклона конца отрезка нити основы в ткани  к плоскости ткани и угол полузева в момент прибоя .

.

Формулы расчета натяжения нитей основы и утка применены для хлопчатобумажной ткани полотняного переплетения.

Однако, работы теоретического плана, в которых зависимости между технологическими параметрами и свойствами тканей носят в основном экспериментальный характер, справедливы только для исследуемых тканей.

Поэтому значительный интерес представляют работы, в которых устанавливается универсальная взаимосвязь между технологическим параметрами изготовления ткани и ее параметрами строения.

Одним из первых такие зависимости предложил проф. Оников Э.А. Он получил уравнения, позволяющие рассчитать высоты волн изгиба нитей основы и утка в ткани полотняного переплетения на основе решения дифференциального уравнения изгиба нитей [2.42, 2.43, 3.16]. Эти формулы учитывают такие технологические характеристики, как сила нормального давления нитей друг на друга , натяжение нитей . А также параметры строения, включающие геометрические плотности ткани , линейные плотности используемых нитей и свойства нитей, как модуль упругости  и момент инерции .

,

.

 Очень ценным является то, что проф. Оников Э.А. первым при рассмотрении исследуемых процессов сумел учесть сжатие нитей в ткани. Им разработано специальное приспособление для определения характеристик на сжатие нитей, которое совместимо с электронным микроскопом, что позволяет получать интересные и необходимые данные.

Расчеты по разработанным проф. Ониковым Э.А. зависимостям дают хорошие результаты.

Проф. Степанов Г.В. [2.50, 2.51, 4.4] при исследовании тканей специального назначения получил функциональные зависимости между параметрами строения тканей и технологическими параметрами их изготовления на ткацком станке. Несмотря на то, что вид полученных Степановым Г.В отличается от формул проф. Оникова Э.А., зависимости носят аналогичный характер.

Формула Степанова Г.В. позволяет при известном натяжении основной нити и заданном коэффициенте фазы строения ткани определить необходимое натяжение уточной нити, чтобы получить ткань заданного строения. Данную задачу он решает при изготовлении стекло капроновых тканей на бесчелночных ткацких станках СТБ.

Проф. Милашюс В.М. [3.14] предложил деформационный метод установления взаимосвязи между технологическими параметрами и параметрами строения ткани. Предложенное уравнение имеет вид:

,

где   F_о,F_у - натяжение основы и утка соответственно;

     Р_о,Р_у - плотности ткани по основе и по утку соответственно;

      e_о, e_у- относительные деформации основы и утка соответственно;

      h_о, h_у- высоты волн изгиба основы и утка соответственно.

Кроме того, проф.Милашюс В.М. рекомендует определять натяжение и деформацию нитей с учетом релаксационных явлений.

Проф. Николаев С.Д. [3.15] предложил два пути решения вышеуказанной проблемы. Первый - решение дифференциального уравнения изгиба нитей основы и утка позволило получить зависимость с учетом вязкоупругих связей по линейной модели изгиба. Если считать, что нити являются упругими телами, то получаются зависимости, похожие на формулы проф. Оникова Э.А. Учениками проф. Николаева С.Д. решены дифференциальные уравнения изгиба нитей основы и утка для тканей главного, производных от главного и комбинированного класса переплетений.

 Второй путь - при помощи нелинейной теории изгиба. Получены зависимости, позволяющие с большой степенью точности рассчитать параметры строения ткани. Второй путь дает более точные результаты, а главное с точки зрения физики рассматриваемого процесса он наиболее эффективен.

Новым в этих исследованиях является то, что получены зависимости с учетом вязкоупругих свойств нитей.

Проф. Николаевым С.Д. доказано, что расчеты, проведенные по линейной теории изгиба, и расчеты, проведенные по нелинейной теории изгиба, дают одинаковые результаты, если отношение высот волн изгиба к геометрическим плотностям ткани не превышает 30%. Для большинства исследуемых тканей это требование выполняется.

Заслуживают внимания исследования Б.М.Примаченко [2.45, 4.3]. Он подробно исследовал процесс фронтального прибоя уточной нити на ткацком станке и установил взаимосвязь между силовыми характеристиками процесса и геометрическими характеристиками вырабатываемой ткани.

Интересны экспериментальные исследования проф. Власова П.В. [1.3, 1.6] предложил бесконтактный способ установления взаимосвязи между технологическими параметрами и параметрами строения на основе использования радиоактивного излучения b-источников. Достоинством этого метода является и то, что при помощи радиоактивных источников можно управлять технологией изготовления и строением тканей. Однако, в целом весьма положительная идея не нашла выхода в промышленности и в научных исследованиях, хотя высказана была более 40 лет назад.

Практически в каждом научном исследовании устанавливаются зависимости между параметрами строения ткани, технологическими параметрами и свойствами нитей и тканей. Но в основном получаемые зависимости имеют регрессионный характер. Из наиболее важных и интересных работ отметим следующие - [2.4, 2.5, 2.35, 2.56, 3.2, 3.7, 3.11, 3.13, 3.15, 3.17, 3.18, 3.19, 4.2, 4.5].

Анализ литературных источников позволяет сделать следующие выводы:

- натяжение и деформация основных и уточных нитей предопределяют условия протекания технологического процесса ткачества, строение и свойства вырабатываемых тканей;

- существуют различные подходы к исследованию натяжения нитей на ткацком станке;

- аналитические методы расчета натяжения нитей основы и утка учитывают в одних случаях работу системы заправки ткацкого станка (технологические параметры, параметры наладки основных механизмов), в других - свойства нитей;

- параметры напряженно-деформированного состояния нитей (натяжение и деформация) изменяются на ткацком станке, как за каждый оборот главного вала, так и по глубине и ширине заправки; на эти параметры оказывают влияние релаксационные процессы, интенсивность которых зависит от свойств используемого сырья;

- при анализе напряженно-деформированного состояния нитей на ткацком станке следует рассчитывать напряженность заправки. Наиболее универсальным критерием, на наш взгляд, является критерий длительной прочности.

- напряженность заправки ткацкого станка предопределяется строением вырабатываемой ткани, свойствами используемых нитей, технологическими параметрами изготовления ткани, типом оборудования, его скоростным режимом;

- при анализе напряженно-деформированного состояния заправки ткацкого станка целесообразно вскрывать физику рассматриваемого явления, выявлять факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс разрушения нитей с целью уменьшения интенсивности их воздействия.

- в большинстве проведенных исследований по установлению взаимосвязи между технологическими параметрами и параметрами строения ткани нити принимаются упругими, без учета сжатия и смятия нитей;

- наиболее точной теорией установления подобной взаимосвязи является нелинейная теория изгиба стержней, однако, для большинства вырабатываемых тканей хорошие результаты дает и более удобная для расчетов линейная теория изгиба;

- часто при установлении взаимосвязи между технологическими параметрами, параметрами строения и свойствами вырабатываемых тканей используются экспериментальные методы исследования и устанавливаются эмпирические зависимости.

Несмотря на то, что имеются функциональные зависимости по расчету технологических параметров, параметров строения тканей и напряженности заправок ткацких станков, до настоящего времени отсутствует метод проектирования технологии изготовления тканей заданного строения.

 

Цель и задачи исследования.

Целью данной работы является разработка метода проектирования технологического процесса изготовления тканей заданного строения на основе взаимосвязи между параметрами строения и технологическими параметрами процесса прибоя утка к опушке ткани, учета распределения натяжения основы по глубине заправки и изменения натяжения утка в процессе фронтального прибоя, анализа напряженности заправки ткацкого станка.

Задачами данного исследования являются:

разработка метода проектирования технологического процесса изготовления тканей заданного строения;

анализ изменения параметров строения спроектированной ткани в суровом виде и в процессе ее изготовления на ткацком станке;

анализ изменения натяжения основы и утка в процессе фронтального прибоя;

анализ изменения натяжения основы по глубине заправки ткацкого станка;

анализ напряженности заправки ткацкого станка;

выбор скоростного режима ткацкого станка;

расчет обрывности основы и производительности оборудования;

апробация разработанного метода и проектирование изготовления хлопчатобумажной ткани на пневморапирном ткацком станке;

разработка автоматизированного метода расчета технологических параметров изготовления тканей при проектировании технологического процесса;

получение математических моделей влияния технологических параметров на строение и свойства тканей;

оптимизация технологического процесса изготовления ткани.