Оценка технологичности нитей при выработке тканей различных переплетений

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Тема диссертационной работы актуальна, она обусловлена необходимостью повышения эффективности технологии и получения текстильных материалов, повышения качества и расширения ассортимента нитей и изделий из них.

Как известно, качество готовой продукции напрямую зависит от сырья. Связь налицо: чем качественней сырье, из которого будет произведена ткань, тем привлекательней будет и готовое изделие. Продукция текстильной и легкой промышленности по объективным обстоятельствам всегда имеет устойчивый спрос (обеспечение условия жизнедеятельности человека, использование в различных технологических процессах, а также в виде конструкционных материалов во многих технических устройствах, в том числе и оборонного значения). Обеспечение стабильного развития текстильной и легкой промышленности, увеличение выпуска конкурентоспособного ассортимента тканей, продукции технического и специального назначения к 2015 г. в 3−4 раза больше против уровня 2005 г. невозможно без расширения сырьевой базы отрасли. В России имеется достаточно надежная сырьевая база текстильной и легкой промышленности, которая может в перспективе использоваться с большей эффективностью, чем в настоящее время, и получить значительное развитие.

В диссертационной работе разработан метод оценки технологичности нитей при выработке тканей различных переплетений на основе теории подобия и анализа размерностей с учетом разрывной нагрузки и выносливости пряжи к многократному растяжению. Исследованы физико-механические свойства нитей различного волокнистого состава с целью прогнозирования эффективности их переработки на ткацком станке.

Предложен метод определения функциональных зависимостей, устанавливающих взаимосвязь между свойствами нитей, параметрами строения ткани и технологической способностью нитей к переработке, которые позволяют прогнозировать предполагаемые условия выработки ткани на ткацком станке. Проведена оценка напряженно-деформированного состояния нитей основы при выработке тканей различных переплетений.

Разработана методика оценки технологической способности нитей с использованием метода имитации процесса ткачества при испытании нити от контактного взаимодействия с зубом берда, глазком галева.

Проведено сравнение физико-механических свойств нитей, полученных на приборе ИПП классическим способом и способом имитации устройств ткацкого станка.

На основе метода математического планирования эксперимента получены математические модели, устанавливающие взаимосвязь между параметрами строения и свойствами тканей, условиями их изготовленияопределены оптимальные параметры изготовления тканей заданных параметров и свойств.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

• Математические модели, устанавливающие взаимосвязь между технологической способностью нити к переработке её на ткацком станке и параметрами заправки станка.

• Результаты расчетов по функциональным зависимостям, устанавливающих взаимосвязи между свойствами нитей, параметрами строения ткани и технологической способностью нитей к переработке на основе теории подобия и анализа размерностей.

• Методику оценки технологической способности нитей с использованием метода имитации процесса ткачества.

• Оптимальные технологические параметры изготовления хлопчатобумажной ткани на бесчелночном ткацком станке.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является разработка методаоценки технологичности нитей при выработке тканей различных переплетений на основе теории подобия и анализа размерностей с учетом разрывной нагрузки и выносливости пряжи к многократному растяжению. Оценка технологичности исходного сырья в ткачестве, исследование его физико-механических свойств, прогнозирование технологического процесса ткачества.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Задачами исследования являются:

• разработка метода оценки технологичности нитей при выработке тканей различными переплетениями на основе теории подобия и анализа размерностей;

• анализ и математическое описание изменения показателей, характеризующих технологическую способность нитей к переработке;

• теоретические и экспериментальные исследования • влияния технологической оснастки на разрушение текстильных нитей в процессе их переработки на ткацких станках;

• разработка эффективного метода оценки технологической способности нитей к переработке на имитирующем процесс ткачество устройстве при испытании нити от контактного взаимодействия с зубом берда, глазком галева;

• сравнение физико-механических свойств нитей, полученных на приборе ИПП классическим способом и способом имитации устройств ткацкого станка.

• расчет натяжения нитей основы за период образования раппорта ткани по утку;

• расчет повреждаемости нитей на основе теории длительной прочности.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ. Методика данного научного исследования включает проведение теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования проводились с применением методов теории подобия и анализа размерностей, методов теории длительной прочности, теории дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры ткачества, текстильного материаловедения Московского государственного текстильного университета имени А. Н. Косыгина. При обработке экспериментальных данных применялись современные методы анализа и планирования эксперимента, использовалась современная вычислительная техника и программное обеспечение с использованием математической системы MathCad 2000 Professional, Microsoft Office Excel 2003, методов математической статистики, стандартных и специально разработанных программ. Проводился сравнительный анализ экспериментальных данных с теоретическими результатами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

• на основании теории подобия и анализа размерностей получены функциональные зависимости, устанавливающие взаимосвязь между свойствами нитей, параметрами строения ткани и технологической способностью нитей к переработке на ткацком станке;

• разработана методика оценки технологической способности нитей к переработке на имитирующем процесс ткачество устройстве при испытании нити от контактного взаимодействия с зубом берда, глазком галева;

• проведено сравнение физико-механических свойств нитей, полученных на приборе ИПП классическим способом и способом имитации устройств ткацкого станка.

• на основе метода математического планирования эксперимента получены математические модели, устанавливающие взаимосвязь между параметрами строения и свойствами тканей, условиями их изготовления;

• определены оптимальные параметры изготовления тканей заданных параметров и свойств.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Практическая значимость работы заключается в следующем:

• предложенный метод оценки технологического потенциала нитей позволяет прогнозировать поведение нитей при выработке тканей различных видов переплетений.

• проведены исследования нитей на многократное истирание о бердо и глазок галева в условиях, приближенных к условиям работы ткацкого станка, которые позволяют наиболее эффективно оценивать свойства пряжи к такому вида воздействиям, с целью прогнозирования поведения нити в процессе ткачества.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены и обсуждены на заседаниях кафедры ткачества МГТУ имени А. Н. Косыгина (2006;2009 гг.) — на международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2008) — на всероссийской научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки-2009) — на 61-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству» 2009 г. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 статьи в журнале «Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности», 1 статья в сборнике научных трудов по текстильному материаловедению (посвящается 100-летию Кукина Г. Н.), 1 статья в сборнике научных трудов аспирантов ГОУВПО «МГТУ имени А.Н. Косыгина», 7 тезисов докладов на всероссийских и международных научно-технических конференциях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 72 формулы, 16 таблиц и состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 83 наименований и приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Выполненный анализ литературного обзора в данной работе показал, что накоплен большой опыт исследования физико-механических свойств нитей, переработке их на ткацком станке, условий изготовления тканей на ткацких станках. Однако многие вопросы остаются малоизученными. Очевидна необходимость на основании теории подобия и анализа размерностей разработать функциональные зависимости, устанавливающие взаимосвязь между свойствами нити и её физико-механическими характеристиками. Необходимо продолжить аналитические и экспериментальные исследования физико-механических свойств нитей различного волокнистого состава, с целью прогнозирования их поведения при выработке тканей заданных параметров и свойств.

2. Применение теории подобия позволило установить функциональные зависимости, устанавливающих взаимосвязь между свойствами нитей, параметрами строения ткани и технологической способностью нитей к переработке, которые позволяют прогнозировать предполагаемые условия выработки ткани на ткацком станке. Получены комплексные переменные сырьевой состав нитей основы, перерабатываемых на ткацком станке, вид переплетения вырабатываемых тканей.

На основании полученных зависимостей с помощью теории подобия представляется функция, состоящая из комплексных переменных Дг и П2, П3 и П2 = «у, которые характеризует прочность нитей,.

П2: У.

3. Предложена методика по определению функциональных зависимостей, устанавливающие взаимосвязь между свойствами нитей, параметрами строения ткани и технологической способностью нитей к переработке с использованием теории подобия и анализа размерностей. Получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитывать коэффициент использования технологического потенциала нитей различной линейной плотности при выработке тканей различных переплетений.

С учетом разрывных характеристик: к, =.

Т С.

F Р.

3 рн // Л.

О У.

ЗЕ — 05 II * о У.

0,0025.

1Л о у я я о у 0,1274.

С учетом выносливости пряжи к многократным растяжениям: к2 = п мр, а Л, а У.

ЗЕ — 05 Ч Л2 о У.

— 0,0025.

-^-4- 0,1274.

Я, Я.

Полученные зависимости учитывают вид переплетения, характеризующегося комплексной переменной П2. Полученные формулы позволяют рассчитывать коэффициент использования технологического потенциала нитей различного волокнистого состава различной линейной плотности. Также появляется возможность проследить тенденцию изменения параметров заправки на ткацком станке, с целью прогнозирования предполагаемых условий выработки ткани.

4. Проведен аналитический расчет деформации, и натяжения нитей основы в процессе ткачества раппорта ткани по утку с учетом технологических параметров заправки ткацкого станка и вида переплетения ткани. Установлено, что с увеличением длины уточного перекрытия в переплетении ткани, напряжение нитей на ткацком станке уменьшается, т. е. при оценке технологичности нитей на ткацком станке следует учитывать наблюдающиеся различные законы нагружения.

Проведена оценка напряженно-деформированного состояния нитей основы при использовании критерия длительной прочности с учетом реального закона нагружения нитей на ткацком станке. Для снижения коэффициента повреждаемости нитей в процессе нагружения целесообразно увеличивать время отдыха и уменьшать время нагружения. Уменьшение длительности нахождения нити под нагрузкой в цикле формирования раппорта ткани по утку приводит к увеличению выносливости нитей, а, следовательно, к увеличению технологической способности ее к переработке.

5. В ходе исследования технологичности нитей различного волокнистого состава, было установлено, что химические нити более устойчивы к разрывным нагрузкам, к многократным растяжениям, к многоцикловым истирающим воздействиям в петле, берда, глазку галева.

Проведен анализ результатов исследований физико-механических свойств нитей различного волокнистого состава, позволяющий определить наиболее технологически выносливую нить при переработке её на ткацком станке.

Установлено, что для объективной оценки выносливости основных нитей к истирающим воздействиям необходимо использовать устройства, имитирующие процесс воздействия берда и ремизной рамы на ткацком станке на нити основы.

Проведен анализ характеров разрывов нитей различного волокнистого состава при их истирании на имитирующем ткацкий станок устройстве.

6. Установлены математические зависимости условий изготовления, параметров строения и свойств хлопчатобумажной ткани от параметров заправки ткани на станке, заправочного натяжения, линейной плотности по утку и плотности ткани по утку.

Анализ полученных математических моделей технологического процесса ткачества позволил установить основные закономерности изменения параметров строение, свойств и условий изготовления исследуемой ткани.

В результате решение компромиссной задачи определены оптимальные технологические параметры изготовления хлопчатобумажной ткани на бесчелночном ткацком станке АТПР-100:

— плотность ткани по утку 150 нитей/10 см;

— заправочное натяжение 17,5 сН/нить;

— линейная плотность нитей утка 29×2 текс.

Оптимальные параметры изготовления позволят снизить напряженно-деформированное состояние нитей основы и получить ткань заданных параметров и свойств.