Разработка системы оперативного контроля плотности ткани по утку

Актуальность темы

Одним из условий эффективного развития любой отрасли производства, в том числе и текстильной, является повышение качества продукции при минимальных затратах человеческого труда и экономии материальных ресурсов. Это условие выдвигает перед производственниками задачу разработки средств оперативного контроля качества выпускаемого продукта.

Повышение эффективности ткацкого производства может быть достигнуто в том числе путем уменьшения отклонений от требуемых значений заданных параметров качественных показателей выпускаемого продукта. Одним из основных показателей качества тканых текстильных полотен является равномерная плотность ткани по утку. Точное соблюдение заданного значения указанного показателя при минимальных затратах человеческого труда сможет. обеспечить эффективная система контроля плотности ткани по утку (СКПТУ), позволяющая оперативно определять текущее значение плотности непосредственно на ткацком станке во время его работы. Существующие в отечественном производстве методики и средства, служащие для оперативного контроля указанного параметра, не нашли широкого применения. В настоящее время на большинстве предприятиях контроль плотности ткани по утку производится в лаборатории путем подсчета уточных нитей в куске суровой ткани в соответствии с ГОСТ 3812–72, ГОСТ 29 104.3−91. Периодичность контроля иногда составляет 1 или 2 раза в квартал, следствием этого является несвоевременное обнаружение и устранение причин, отклонения плотности ткани по утку от заданного значения, что приводит к увеличению брака в ткацком производстве и снижению качества выпускаемого продукта.

Таким образом, современное текстильное ткацкое производство нуждается в надежной системе оперативного контроля плотности ткани по утку с целью уменьшения брака, увеличения производительности оборудования и выпуска продукции высокого качества.

Диссертация выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ИГТА.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности контроля показателя плотности ткани по утку непосредственно в процессе производства текстильного полотна путем разработки системы оперативного контроля этого показателя.

Задачи исследований. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

— проведен аналитический обзор известных устройств и методов контроля плотности ткани по утку;

— проведена классификация способов контроля плотности ткани по уткувыбраны наиболее приоритетный способ и прототип устройства;

— выполнен синтез и анализ имитационной модели устройства с целью теоретического исследования выбранной методики и реализации её в устройстве контроля плотности ткани по утку;

— разработан алгоритм функционирования СКПТУ, позволяющий реализовать работу системы на программном уровне;

— разработан экспериментальный образец устройства оперативного контроля плотности ткани по утку;

— экспериментально исследовано поведение отдельных модулей устройства и устройства в целом в производственных условияхвыявлены основные факторы, влияющие на точность контроля показателя плотности ткани по утку;

— разработан вариант усовершенствованной методики контроля плотности ткани по утку и осуществлена её апробация в производственных условиях;

— на основе усовершенствованной методики разработаны и экспериментально исследованы первичные устройства преобразования СКПТУ.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись: рабочие органы ткацкого станка — батанный механизм и механизм товарного регулятора, ткань, аппаратное обеспечение устройства контроля плотности ткани по утку. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Основой теоретических исследований послужили методы компьютерного моделированиятеория функции комплексного переменногометоды теоретической механики, теоретической электротехники и электроники, математического анализа. Экспериментальный метод включал: 1) контрольный — для проверки данных теоретического исследования, выбранной методики и разработанного устройства контроля плотности ткани по утку- 2) поисковый — для выявления методических и аппаратных решений, направленных на увеличение точности измерения. В работе широко использованы численные методы компьютерного исследования динамических моделей средствами инженерных и научных расчетов на ЭВМ.

Научная новизна. В процессе работы над методикой, обеспечивающей наиболее эффективный и точный контроль плотности ткани по утку, и реализации в устройстве оперативного контроля впервые получены следующие научные результаты:

— разработана классификация способов контроля плотности ткани по утку;

— создана имитационная модель системы оперативного контроля плотности ткани по утку;

— разработан алгоритм функционирования системы оперативного контроля плотности ткани по утку;

— разработана методика контроля плотности ткани по утку.

На защиту выносятся:

1. Имитационная модель СКПТУ.

2. Методика контроля плотности ткани по утку.

3. Конструкция и метод проектирования измерительного преобразователя СКПТУ.

Практическая ценность работы. Практическая ценность проведенных исследований состоит в непосредственном использовании полученных теоретических и экспериментальных результатов работы для совершенствования процесса и средств контроля качества формирования тканых полотен (патент РФ № 2 264 487).

Эффективность от новых решений на программном, методическом и аппаратном уровне подтверждена актом производственных испытаний устройства оперативного контроля плотности ткани по утку.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены на следующих конференциях:

• межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2004), г. Иваново, ИГТА, 2004 г.;

• 57-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству», г. Кострома, КГТУ, 2005 г.;

• межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученый — развитию текстильной и легкой промышленности» (Г10ИСК-2005), Иваново, ИГТА, 2005 г.;

• всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (ДНИ НАУКИ 2005), Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, 2005 г.

Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, опубликованы в десяти печатных работах, в том числе четыре статьи в журнале «Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности», одна статья в журнале «Вестник Ивановской государственной текстильной академии», одна статья в «Трудах II Всероссийской научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB», четыре тезиса докладов на научно-технических конференциях, один патент РФ на изобретение (патент РФ № 2 264 487).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из четырех глав, включает выводы и рекомендации, список литературы, список литературы из 101 наименования. Текст работы изложен на 151 странице, включая приложения, 65 рисунков и 10 таблиц.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор литературы.

Рассматриваемая нами проблема актуальна в течение многих лет. Ей посвящен значительный ряд научно-исследовательских работ, которые ведутся и в настоящее время.

В первом разделе обзора литературы рассматривается проблема качества ткани, и степень влияние на качество такого параметра ткани как плотность по утку.

И.С. Морозовская отмечает [1], что проблема качества рассматривается как определяющая не только эффективность развития экономики, но и повышение конкурентоспособности изделий. Проблема качества чрезвычайно сложна и носит комплексный характер. Одним из этапов повышения качества [2] продукции является её изготовления в точном соответствии с требованиями стандартов. В. И. Гостев [3] указывает, что повышения производственного качества ткани можно достичь за счет повышения технологической точности ее изготовления. Характеристикой качества суровых тканей я является её сортность [4,8]. Сортность определяются по порокам. Там же говорится, что среди других пороков является: чередование на суровой ткани поперечных полос с различной плотностью по утку. В диссертационной работе, автором которой является Р. В. Быкадоров [5], для изучения факторов, определяющих качество тканей, представлен анализ пороков 10 артикулов меланжевых тканей при выработке на ткацких станках СТБ-2−330. Данные анализа приведены в табл. 1.1. Построена диаграмма Лоренца-Парето и кумулятивная кривая рис. 1.1, позволяющая в наглядной форме определить распределение основных пороков тканей. Как видно из рисунка (рис. 1.1) в группу негативных причин, существенно влияющих на качество ткани, входят такие пороки как: неровный бой и неровнота по утку. Следовательно, для улучшения качества вырабатываемых тканей необходимы мероприятия по профилактике и снижению этих пороков.

Распределение пороков меланжевых тканей.

Таблица 1.1.

Пороки суровых тканей Процент тканей, пониженных в сорте Кумулятивный процент.

Полосы по основе 0,99 22,0.

Неровный бой 0.98 42,7.

Рассечка бердом 0.74 59,1.

Пролеты 0,32 66,2.

Отсечки 0,30 72,9.

Неровнота по утку 0,23 78,0.

Цветная нить 0,17 81,8.

Масляные и грязные пятна 0,13 84,7.

Прочие 0,69 Е = 4,50 юо, о.

Пороки суровых тканей.

Рис. 1.1. Диаграмма Лоренца-Парето.

В Интернет публикации [6] отмечено, что одним из действий для успешной реструктуризации предприятия являлось: «Уменьшение отклонений от заданных значений для получения более равномерной плотности тканей» .

Для того чтобы плотность ткани по утку была равномерной необходимо применять эффективные методы и устройства контроля [11,12]. Следующий раздел обзора посвящен именно этой проблеме.

В диссертационной работе Р. В. Быкадорова [5,7] предложено устройство контроля плотности ткани по утку. Работа устройства заключается в подсчете числа приближений берда, соответствующих, числу прибитых.

Рис. 1.2 Способы контроля поверхностного состояния текстильных материалов уточных нитей, на определенном контролируемом участке длины (10 см). В диссертационной работе C. JL Костина [9], приведены способы контроля структурных параметров текстильных материалов, в частности, которые, могут примениться и для контроля плотности ткани по утку. Приведены методики, контроля структурных характеристик текстильных материалов, основанные на их оптических свойствах. Проведен их анализ. Составлена их классификация (рис. 1.2.). Предложено устройство, контролирующее плотность ткани по утку. В данном устройстве для контроля поверхностной плотности ткани из видеосигнала строк, формируемых передающей телекамерой, с помощью формирователя кода плотности утка и счетчика импульсов, выделятся только те, которые соответствуют сканированию электронным лучом промежутков между нитями основы. Из выделенного сигнала формируется прямоугольные импульсы, соответствующие пересечению лучом нитей утка. Импульсы подсчитываются счетчиком. В другом литературном источнике [13], под авторством А. А Анисимова, А. П. Буркова, С. В. Тарарыкина предложена классификация методов и средств измерения поверхностной плотности, плотности по утку и основе (рис. 1.З.). В соответствии с ГОСТ 3812–72 плотность по утку (основе) определяется как число нитей, приходящееся на 100 мм длины (ширины) ткани. Наиболее простой способ измерения плотности по утку заключается в подсчете числа уточных нитей на определенном интервале длины ткани. Для этой цели используются различные датчики наличия нитей: механические, электрические, оптические и оптоэлектронные (см. рис. 1.3). Электромеханические датчики содержат подвижные щупы и иные механизмы, замыкающие электрические контакты при прохождение уточных нитей [14,15]. Такие устройства отличаются большой инерционностью и применяются только на ткацких станках, при низкой скорости движения ткани. Электростатические датчики действуют на основе различия диэлектрических свойств нитей и межниточных промежутков [16]. В подобных устройствах используется коронный разряд, что требует применения источника высокого напряжения. В оптических системах для получения неподвижного изображения движущейся ткани используется стробоскопический эффект [17]. При этом подсчет числа нитей на интервале длины ткани производит человек-оператор. В статье [18], авторами которой являются также: А. А Анисимов, А. П. Бурков, С. В. Тарарыкин рассмотрены причины возникновения погрешности измерения плотности по утку, в системах, на основе фотоэлектрических датчиков частоты следования нитей. Авторами предложено применение адаптивного дискретного фильтра, настраиваемого при помощи системы ФАПЧ, для коррекции сигнала датчика частоты следования нитей, что позволяет существенно снизить погрешность измерения плотности ткани по утку. rie тгноч-а.

1 J Г} ДЛГ’ЖКи til Lit.

MciitJ UV>^-*MC"IKII «ли ti"'i-i.

П-ОВСрХНОСГНОгД UriuIll (.ICTL n^>HHUCLIIX t t? гыньш.

I it:"iqoiuc^uic тлуЧСШШ.

C4CS SCv. QT4 TU.vOB.

ЛЦ11.

PIliDtr-UvHl ОЭСГ.

Tiki фопшрпсм.

HIU.-l.

I"}4cmiq.bi шантан!

Piic. 1.3. Классификация средств ггзмерешгя плотности ткани.

А.В. Авмочкиным [19] предложен прибор для определения плотности ткани. Автоматический прибор для определения плотности ткани основан на возможности подсчета числа нитей в отрезке ткани фотоэлектрическим способом за счет использования различной светопроницаемости нитей и межниточных промежутков. Направленный перпендикулярно к ткани узкий луч света задерживается нитями и свободно проходит через промежутки между ними. Перемещая такой луч по ткани вдоль основы или утка, подсчетом изменений интенсивности проходящего сквозь ткань светового потока можно определить число пересеченных лучом уточных или основных нитей.

Авторами: Д. П. Петелиным, Ю. Д. Румянцевым, А. А. Макаровым статьи [20] отмечается, что значительный интерес представляет производство тканей переменной плотности по утку [21], технологические требования которого состоят в четком определении длины участков ткани различной плотности и изменения скоростных режимов процесса ткачества при формировании таких тканей. Устройства контроля движущихся текстильных материалов на технологическом оборудовании в недалеком прошлом в основном имели механическую или электромеханическую конструкцию. Несмотря на простоту их технической реализации, они уступают электронным устройствам [22], которые позволяют не только автоматизировать сбор и обработку исходной информации, но и выполнять ряд управленческих функций. Предложена схема оценки величины линейного расстояния продукта (рис 1.4). Для управления процессом ткачества тканей переменной плотности по утку в функциональную схему вводится счетчик прокладываемых уточин с учетом изменения скоростного режима товарного вала ткацкого станка.

Управление.

Рис 1.4. Функциональная схема электронного счетчика метража текстильных материалов.

Авторами Д. П. Петелиным, Ю. Д. Румянцевым, А. А. Макаровым [23] рассмотрены основные принципы проектирования электронных информационных систем в текстильном производстве. Приведены данные по применению CAD/CAM/CAE систем в текстильной отрасли и по программно-аппаратной базе таких систем, что может быть полезным при проектировании компьютеризированных систем управления процессов в текстильной промышленности и в частности ткацком.

Рассматривая зарубежные работы, касающихся методов и устройств контроля плотности ткани, из паспорта на станок Lindauer Dornier [24] следует, что для контроля плотность ткани по утку применен дополнительный двигатель, управляющий движением товарного регулятора (программная система управляет электродвигателем). Используя этот способ, на этих станках, можно получать ткани переменной плотности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Разработана классификация способов контроля плотности ткани по утку. Синтезирована и исследована имитационная модель системы оперативного контроля плотности ткани по утку с целью определения параметрических значений функционирования системы и основных направлений ее экспериментальных исследований.

Разработаны положения, обеспечивающие расширение функциональных возможностей созданной системы, заточающиеся в дополнительном контроле параметров работы ткацкого станка: рабочая скорость (частота вращения главного вала) и производительность.

Синтезирована имитационная модель системы автоматизированного контроля плотности ткани по утку, позволяющая анализировать процесс наиболее гибкого управления плотностью ткани по утку без останова ткацкого станка.

Разработано алгоритмическое, программное и аппаратное обеспечение экспериментального образца системы оперативного контроля плотности ткани по утку. Экспериментально подтверждена эффективность разработанного обеспечения.

Определены основные факторы, влияющие на точность контроля плотности ткани по утку: вибрация ткацкого станка и сложное возвратно-поступательное движение ткани. Установлено, что основная доля погрешности измерения относится к датчику длины контрольного участка ткани.

Разработана и апробирована в промышленных условиях методика контроля плотности ткани по утку, позволяющая повысить точность контроля параметров работы ткацкого станка.

В целях повышения эффективности применения разработанной нами методики рекомендовано выполнить программную реализацию процедуры поиска оптимального числа измерений плотности ткани по утку путем вычисления и сравнения среднеквадратичного отклонения полученных данных с допустимой погрешностью контроля в электронно-вычислительном модуле СКПТУ.

9. Разработаны и экспериментально исследованы первичные устройства преобразования в системе контроля плотности ткани по утку.

10. На основании разработанного нами методического, аппаратного и информационного обеспечения предложены варианты построения автоматизированной системы контроля плотности ткани по утку, позволяющей наиболее гибко управлять плотностью ткани по утку, не прерывая технологического процесса формирования ткани.