Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ литературных источников и постановка задач исследований 10
1.1. Этапы совершенствования сновальных машин 12
1.2. Пути увеличения производительности сновальных машин и качества получаемых паковок 14
1.3. Определение толщины одного слоя 26
1.4. Определение параметров намотки нитей на сновальном валике 31
1.5. Цели и задачи исследований 38
Глава 2. Анализ формирования намотки нитей на сновальном валике 39
2.1. Анализ существующих математических моделей, описывающих формирование намотки нитей на сновальном валике 39
2.2. Определение плотности намотки нитей на сновальном валике с учетом послойной деформации нитей 44
2.3. Определение длины снования с учетом различной деформации нитей в слоях намотки 55
2.4. Анализ математической модели, описывающей плотность намотки нитей на сновальном валике 60
2.5. Анализ адекватности разработанной математической модели намотки нитей на сновальный валик 70
2.6. Выводы 77
Глава 3. Исследование деформированного состояния нити в намотке на сновальном валике с помощью метода конечных элементов 79
3.1. Построение расчетной модели намотки нитей на сновальном валике 80
3.2. Выбор конечного элемента 81
3.2.1. Задание типов конечных элементов 81
3.2.2. Задание констант элементов 84
3.2.3. Задание свойств материалов 84
3.3. Генерация сетки конечных элементов 87
3.4. Приложение нагрузок и закреплений к модели 90
3.5. Получение решения 91
3.6. Оптимизация проекта 92
3.7. Постпроцессорная обработка 93
3.8. Анализ результатов напряженно-деформированного состояния нити на сновальном валике 94
3.9. Выводы 103
Глава 4. Теоретическое исследование параметров намотки на сновальном валике 104
4.1. Влияние неравномерности линейной плотности снующихся нитей на параметры намотки 105
4.2. Влияние неравномерности натяжения снующихся нитей на параметры намотки 114
4.3. Влияние локального перемещения точки набегания нити на сновальный валик на параметры намотки 124
4.4. Оценка суммарного влияния неравномерности линейной плотности и натяжения снующихся нитей и локального перемещения точки набегания нити на сновальный валик на параметры намотки 131
4.5. Выводы 141
Глава 5. Экспериментальное исследование параметров и формы намотки на сновальном валике 142
5.1. Исследование бугристости намотки на сновальном валике 142
5.2. Применение дифференциального уплотнения намотки на сновальном валике 156
5.3. Расчет экономического эффекта от использования дифференциального уплотнения намотки 169
5.4. Выводы 173
Заключение 176
Список литературы 182
Приложение 198
- Пути увеличения производительности сновальных машин и качества получаемых паковок
- Определение плотности намотки нитей на сновальном валике с учетом послойной деформации нитей
- Анализ результатов напряженно-деформированного состояния нити на сновальном валике
- Влияние неравномерности натяжения снующихся нитей на параметры намотки
Введение к работе
Технологический процесс снования представляет собой одну из основных стадий формирования паковки из определенного числа основных нитей, заданной расчетом длины, необходимой для образования ткани на ткацком станке. В процессе снования на одном сновальном валике группируется расчетное число параллельно расположенных нитей. В последующем нити с нескольких сновальных валиков перевиваются на ткацкий навой.
От качества процесса снования в большой степени зависит производительность ткацких станков и качество получаемой ткани. Увеличение выпуска и улучшение качества тканей должно осуществляться путем дальнейшего совершенствования техники и технологии их изготовления, внедрения новых высокопроизводительных и малоотходных технологических процессов, создания автоматизированных текстильных производств.
Рыночные условия российской экономики вынуждают производителя расширять ассортимент и повышать качество вырабатываемых тканей с учетом многообразия покупательского спроса населения, т.е. повышать конкурентоспособность продукции. В связи с этим, важное место занимает себестоимость производимых тканей, снижение которой может быть достигнуто за счет повышения эффективности всех технологических переходов выработки тканей, а так же снижения отходов сырья и т.д.
В настоящее время имеются предпосылки дальнейшего совершенствования технологии партионного снования и повышения его эффективности на основе широкого применения компьютерных технологий при моделировании технологического процесса, а также анализа полученных данных. Современные программные комплексы моделирования (CAD-программы, системы численного моделирования, пакеты проектирования и анализа и т.д.) позволяют посредством численных решений задач получать результаты не только в табличном виде, но и в векторной и растровой форме. Актуальность работы. Производительность труда и качество вырабатываемых тканей в значительной мере зависит от обрывности нитей основы на ткацких станках. Обрывность нитей основы в процессе ткачества, в свою очередь, во многом определяется качеством подготовки основ и эффективностью отдельных подготовительных операций, в том числе процесса снования. Практика показывает, что не все технологические требования, предъявляемые к процессу снования, выполняются в полной мере.
Из-за неравномерности натяжения нитей и ряда других причин при партионном сновании поверхность намотки пряжи на сновальном валике не является строго цилиндрической. Бугристость намотки приводит к разно-длинности нитей в намотке, что вынуждает прибегать к чрезмерному затормаживанию сновальных валиков при шлихтовании для предотвращения провисания нитей, сходящих с намотки больших радиусов. При этом более короткие нити, свиваемые с меньших радиусов намотки сновального валика, оказываются перенапряженными (особенно в пусковых режимах), испытывают повышенную вытяжку и теряют свои упругие свойства. Неравномерность натяжения нитей при сновании передается на ткацкий навой, вызывая разнодлинность нитей и нецилиндричность намотки основы на навое, что отрицательно сказывается в процессе ткачества.
Низкое качество сырья и устаревшее технологическое оборудование обусловливают низкую производительность процессов производства тканей, неудовлетворительное их качество. В связи с этим особую актуальность приобретают научно-исследовательские работы, направленные на снижение отходов сырья и на повышение качества вырабатываемых тканей, а также снижения их себестоимости. Важное место в решении этих проблем занимает технология подготовки основных нитей в партионном сновании, где закладываются основы высокоэффективного производства качественных тканей. Снование пряжи является одной из самых ответственных подготовительных операций. Все ошибки, допущенные на этом этапе, неустранимы в последующих технологических процессах, повышают обрывность нитей в ткачестве, отходы пряжи и снижают качество вырабатываемой ткани. Требования, предъявляемые к процессу снования, определяются созданием необходимой структуры намотки сновальных паковок, во многом зависящей от условий их формирования.
Несмотря на неоднократные попытки исследователей текстильщиков нормализовать и усовершенствовать процесс снования на партионных сновальных машинах, указанные проблемы, а именно: разнонатянутость снующихся нитей основы, разнодлинность нитей, бугристость намотки сновальных валиков и т.д., вследствие недостаточной изученности их, остаются до сих пор до конца нерешенными.
Работа выполнена на кафедре ткачества в Димитровградском институте технологии, управления и дизайна (филиал Ульяновского государственного технического университета).
На защиту выносятся:
• разработанная математическая модель, описывающая напряженно-деформированное состояние нитей в намотке на сновальном валике и установленные на ее основе закономерности изменения плотности намотки и напряжений в слоях намотки на сновальном валике;
• результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния нитей в намотке на сновальном валике с помощью метода конечных элементов, реализованного в комплексе ANSYS;
• результаты аналитических исследований влияния неравномерности линейной плотности, неравномерности натяжения снующихся нитей и локального перемещения точки контакта снующейся нити со сновальным валиком на бугристость, разнодлинность и плотность намотки получившейся паковки;
• способ дифференциального уплотнения намотки на сновальном валике, основанный на разработанной математической модели и позволяющий увеличить длину нитей на сновальном валике, а также снизить бугристость намотки и разнодлинность нитей. Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с применением теоретических и экспериментальных методов. При теоретических исследованиях использовались методы дифференциального и интегрального исчисления, аналитической геометрии, матричной и векторной алгебры. Работа выполнена с использованием основных положений теории наматывания нитей на сновальную паковку, механики вязкоупругого состояния тела, современных методов компьютерного моделирования и анализа, математических методов моделирования и статистической обработки экспериментальных данных на ЭВМ. Теоретические положения работы подтверждены лабораторными исследованиями и производственными испытаниями. В процессе производственных экспериментов использовался разработанный бесконтактный счетчик длины нитей на сновальном валике. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью методов теории вероятностей и математической статистики, реализованные в пакетах программ Staistica, SPSS, Maple, MathCAD. Все основные исследования проведены в производственных условиях на сновальных машинах СП-140-2Л.
В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:
• разработан механизм дифференциального уплотнения намотки нитей на сновальном валике с учетом различной степени деформации нитей в слоях намотки, позволяющий увеличить длину нитей на сновальном валике, а также снизить бугристость намотки и разнодлинность нитей.
• разработана математическая модель, описывающая напряженно-деформированное состояние нитей в намотке на сновальном валике и позволяющая определить плотность намотки и длину нитей с учетом различной степени деформации нитей в слоях намотки;
• разработана модель намотки нитей на сновальном валике с применением системы твердотельного моделирования КОМПАС. Созданная модель была помещена в среду программного комплекса ANSYS, реализующего метод конечных элементов, где выполнена процедура решения;
• установлен механизм влияния различных факторов на картину напряженно-деформированного состояния нитей в намотке на сновальном валике с помощью метода конечных элементов, реализованного в программном комплексе ANSYS.
Основные результаты диссертационной работы позволили предложить технические разработки, с помощью которой можно снизить отходы дорогостоящего сырья, увеличить длину нитей, наматываемых на сновальный валик, а также сократить имеющиеся в настоящее время потери пряжи в последующих переходах технологической цепочки подготовки основ, повысить производительность труда и оборудования за счет увеличения КПВ работы оборудования. Результаты работы используются на ОАО «Димитровградтек-стиль», г. Димитровград.
Фактический годовой экономический эффект от внедрения в производство дифференциального уплотнения намотки на сновальном валике составил более 84 тыс. рублей.
Основные научные результаты и технические решения, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для совершенствования существующих и создания новых сновальных машин.
Реализация результатов работы. Работа проводилась согласно плану научно-исследовательских работ Димитировградского института технологии, управления и дизайна.
Основные положения работы доложены на 5 международных, всероссийских, региональных конференциях, научно-технических семинарах. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе одно свидетельство о регистрации программного продукта.
Пути увеличения производительности сновальных машин и качества получаемых паковок
Качество процесса снования влияет на работу большого количества ткацких станков. Поэтому при создании новых машин следует стремиться не столько к повышению их производительности, сколько к улучшению качества снования. Увеличение надежности машины достигается в основном за счет увеличения надежности работы тормозной и сигнальной систем при обрыве нити и надежности работы нитенатяжителей.
Операции смены бобин и ликвидация обрыва нити являются по трудоемкости превалирующими операциями по сравнению с другими операциями (соответственно 41 и 45% всей трудоемкости) и в основном определяют трудоемкость снования. Очевидно, что уменьшением их повторяемости и продолжительности можно, в первую очередь, повышать производительность труда в процессе снования. Поэтому на современных сновальных машинах повышение производительности труда и расширение ассортиментных возможностей достигается совершенствованием конструкции сновальной рамки, на котором можно уменьшить перегибы нитей в направляющих, устанавливать бобины массой 3-4 кг и который оснащен совершенными нитенатяжи телями, обеспечивающими снижение обрывности и время ликвидации обрыва.
Утверждение о том, что повышение производительности труда в сновании вызвано только увеличением его скоростей, является ошибочным. Увеличение скорости снования может увеличить съем продукции с единицы производственной площади, но не производительность труда в сновании.
Результаты расчета показывают, что при совершенствовании операции ставки бобин и ликвидации обрыва нити можно увеличить производительность машины на 30-35 %, а трудоемкость снования снизить на 60-70%.
Современная партионная сновальная машина характеризуется следующими особенностями (на пример машины фирмы "Бенингер", Швейцария). Универсальность машины достигается возможностью сновать все виды пряжи и нитей от 7,5 до 170 текс, с плотностью намотки от 0,3 до 0,7 г/см3 [3].
На современных партионных сновальных машинах высокая производительность машины и труда достигается: скоростью снования, доходящей до 1000 м/мин, что обеспечивается надежной системой экстренного торможения машины; уменьшенной обрывностью нити на высокой скорости снования, что обеспечивается конструкцией сновальной рамки, в частности, нитенатяжите-лей; микропроцессорной системой информации о параметрах процесса и автоматической установкой и контролем параметров; максимальной массой основы на валу с большими диаметрами фланцев (до 1000-1200 мм) наличием приспособлений, позволяющих уменьшить время перезаправки партии и время ликвидации обрыва;
Высокое качество намотки основы на валике достигается: отсутствием концов несвязанных или связанных с нарушением структуры намотки нитей, что обеспечивается надежным остановом машины при обрыве нити со вре менем торможения в пределах 0,2с при максимальной скорости снования 1000 м/мин; высокой точностью общей длины основы, что обеспечивается устройством, измеряющим длину основы с точностью до 0,1%; постоянством длины витков пряжи на валу, что обеспечивается совершенной конструкцией нитенатяжителей, а также равномерной раскладкой нитей вдоль оси вала с шагом от 0 до 6 мм; отходом укатывающего валика от сновального при его торможении во избежание повреждения нитей; установкой системы обеспыливания в зоне работы машины [3].
На большинстве сновальных машин, работающих на отечественных предприятиях, измерение длины снования нитей осуществляется с помощью мерильных валиков, кинематически связанных с механическими счетчиками. Но как указывалось еще в [4] и подтверждено дальнейшими многочисленными исследованиями [5... 17], существует проскальзывание нитей по поверхности мерильного валика, возрастающее с повышением скорости снования.
Р.В.Быкадоров экспериментально определил [9] величину проскальзывания нитей по мерильному валику в момент пуска и останова машины в зависимости от диаметра намотки сновального валика и среднего диаметра бобин в сновальной рамке. Констатируется, что с увеличением диаметра намотки валика при уменьшении диаметра бобин проскальзывание нитей увеличивается. В.В.Чижовым и Ю.Ф.Ерохиным установлено [10], что проскальзывание нитей по мерильному валику за один останов сновальной машины составляет от 15 до 20 см.
Исследования, проведенные П.Л. Гефтером и его соавторами [14], позволили сделать следующие выводы: разница в длине основы на сновальных валах, в первую очередь обусловлена различным числом пусков и остановов машины при сновании (из-за обрывов нитей, смены бобин и других причин); вследствие проскальзывания нитей по мерильному валику длина нитей, намотанных на вал, практически всегда больше длины, измеренной счетчиком; из-за различия в регулировке тормозов мерильного и сновального валов проскальзывание нитей основы в период останова машины во много раз больше, чем в период пуска.
По утверждению В.А. Врублевского [16] проскальзывание нитей по мерильному валику возрастает с увеличением скорости снования, что объясняется центробежной силой, отрывающей нити от огибаемой поверхности. Причем центробежная сила пропорциональна квадрату скорости снования.
Согласно исследованиям Е.П. Корягина и В.А. Сурова [17], проскальзывание нити по мерильному валику в установившемся режиме работы сновальной машины незначительно по сравнению с периодами её пуска и останова. Причем погрешность измерения длины нитей в период останова машины зависит от тормозного механизма и радиуса намотки сновального валика, при котором происходит торможение, и от радиуса намотки, при котором осуществляется настройка тормозной системы на одновременный останов мерильного и сновального валов [18]. С.К. Паникратов [19] определил, что основная погрешность измерения длины нитей при сновании возникает из-за эластичного растяжения нити, охватывающей мерильный валик. При сбегании текстильного материала с мерильного валика в установившемся режиме образуется дуга скольжения [20], в результате чего скорость выходной ветви, огибающей мерильный валик будет несколько больше или меньше (в зависимости от соотношения натяжений) его входной скорости.
Определение плотности намотки нитей на сновальном валике с учетом послойной деформации нитей
Исходя из поведения нитей при воздействии нагрузок, изложенного в п. 2.1 видно, что нельзя рассматривать структуру и параметры намотки нитей без учета их деформации. Также очевидно, что нити в слоях, прилежащих к стволу сновального валика деформируются в большей степени, чем нити в наружной части намотки. Причем необходимо учитывать и механические характеристики нитей, а также тот факт, что форма сечения нитей не остается постоянной в пределах всей намотки. Этим объясняется необходимость разработки математической модели, учитывающей различную интенсивность деформации нитей в слоях намотки на сновальном валике в радиальном направлении последнего.
Автор работы [60] приводит расчетную схему намотки на сновальном валике к предельному случаю, когда форма и размеры эллипсов, представляющих сечение нити в напряженном состоянии, в радиальном направлении намотки одинаковы (рисунок 2.3). Однако в действительности нити в слоях, прилегающих к стволу валика, находятся в более жестком напряженном состоянии, чем нити в наружных слоях намотки.
Согласно определению, данному в работе [103] партионное снование -это «параллельное наматывание части основных нитей на сновальный вал», что указывает на принадлежность намотки на сновальной паковке к параллельной. В работе [34] отмечается, что параллельной намоткой считают намотку с углом подъема витков менее 945 , а также то, что при параллельной намотке углом подъема витков можно пренебречь. При партионном сновании (без принудительной раскладки нитей) угол подъема витков не превышает 2, что позволяет им пренебречь. В общем случае, представляя структуру намотки нитей послойной, плотность намотки нитей в /-м слое будет равна: Таким образом, плотность намотки нитей зависит от линейной плотности пряжи и геометрических характеристик сечения деформированной нити. Определение характера деформированного состояния нити возможно на основе анализа нагрузок, действующих на нить. Определим напряжения, действующие в слоях намотки. Рассмотрим элемент нити верхнего слоя (рисунок 2.4), принимая, что счет слоев нитей на сновальной паковке идет от слоя, прилегающего к стволу валика, к наружному слою. На элементарную площадку внутренней поверхности нити действует сила dP, равная где сгп - напряжения, действующие со стороны наружного слоя на предыдущий; сп - ширина контакта двух нитей, находящихся в соседних слоях; п — количество осевых слоев на сновальном валике; Dn - диаметр витка нити, находящегося в наружном слое. Проекция этой силы на вертикальную ось равна Сила, действующая на каждой из рассматриваемых элементарных площадок равна F. С учетом этого, получим выражение, связывающее натяжение нити и напряжения, действующие со стороны наружного слоя намотки на предыдущий: где F— натяжение нити; п - количество осевых слоев в сновальной паковке. Произведя аналогичные действия для произвольного слоя намотки, в проекциях на вертикальную ось получим: где / .,- - приведенный радиус кривизны в месте контакта; TJ - приведенная упругая постоянная материалов нитей. Приведенная упругая постоянная rj материалов нитей равна [76]: где ц- коэффициент Пуассона; Е - модуль упругости (модуль Юнга). В первом приближении полагаем, что линия контура деформированной нити очерчена по эллипсу с размерами полуосей ах и Ь\ (рисунок 2.6).
Определим приведенный радиус кривизны в точке контакта рпрЛ. где Pi - радиус кривизны эллипса, ограничивающего сечение нити в 1-м слое; Pi+i - радиус кривизны эллипса, ограничивающего сечение нити в i+1-м слое. Радиус кривизны в произвольной точке плоской кривой, заданной в параметрическом виде, описывается следующим уравнением [77]: Зная уравнения эллипсов в параметрическом виде и координаты точки контакта D этих эллипсов (рисунок 2.6), можно определить радиус кривизны эллипсовидного сечения нити. Радиус кривизны в точке контакта D находится из уравнения: Если сравнить между собой величины полуосей эллипсовидных сечений нити в соседних осевых слоях намотки, то, согласно расчетам, проведенным по разработанной математической модели, и экспериментальным данным, оказывается, что их различие составляет не более 0,01%. Пренебрегая этой разностью, определим приведенный радиус кривизны эллипсовидного сечения нити в точке контакта с соседними нитями рпрЛ, который равен: где рпрЛ - приведенный радиус кривизны в месте контакта; Д/+1 и bj+i - большая и малая полуоси эллипсовидного сечения нити в (/+1)-м слое. Решая совместно уравнения (2.5), (2.8), (2.12) численным методом на ЭВМ с применением пакета MATHCAD, получаем значения плотности намотки нитей в произвольно выбранном слое от линейной плотности нитей, силы натяжения нити, наружного диаметра готового сновального валика, характеристик материала нити и др. Размеры эллипсовидного сечения нити оп ределим из характера расположения нити в плоскости диаметрального сечения сновального валика.
Анализ результатов напряженно-деформированного состояния нити на сновальном валике
Пакет программ ANSYS позволяет представлять результаты расчета, как в табличном виде, так и в удобной растровой или векторной форме.
Картина распределения напряжений в местах контакта трех нитей, находящихся в намотке на сновальном валике представлена на рисунке 3.7. Наглядно видно, что максимальные напряжения локализуются в месте контакта нитей, и распространяются на глубину, сравнимую с площадкой контакта этих нитей. Характерно, что линия контакта нитей в сечении, перпендикулярном оси нити очень близка к прямой. Следует отметить, что во всех слоях намотки зона контакта нитей практически прямолинейна.
Зоны равных напряжений описываются дугами окружности лишь вблизи зоны контакта нитей. В остальной области сечения нитей линии равных напряжений очерчены параболами.
На рисунке 3.8 представлено распределение суммарных напряжений (а) и поле деформаций (б) в зоне контакта нитей (на приведенных рисунках горизонтальная ось симметрии сечения нижних нитей условно закреплена). Сетка конечных элементов условно не показана. Можно отметить, что перемещение начальной токи контакта во всех случаях нагружения равно среднему арифметическому смещения осей нитей, находящихся в соседних слоях намотки. Указанный факт подтверждает и симметрия полей напряжений и деформаций.
Учитывая, что пакеты графического анализа позволяют с высокой точностью определить площадь объектов, можно легко определить объемный коэффициент заполнения сновального валика к в любом слое сновального валика как отношение площади, занимаемой деформированным сечением нити, и площади слоя.
Анализ полученных данных позволяет отметить, что плотность намотки уменьшается с увеличением номера слоя, в котором расположена нить (то есть с приближением к наружному слою намотки). В таблице 3.3 представлены некоторые результаты исследований плотности намотки и объемного коэффициента заполнения сновального валика в слое, прилежащем к стволу сновального валика и в наружном слое для различных типов нитей (диаметр ствола сновального валика с/о=0,24 м; рассадка фланцев Я=1,4 м; число слоев в намотке и=1000).
Так, плотность намотки на сновальном валике при сновании хлопчатобумажной пряжи кольцевого прядения линейной плотности 200 текс в слое, прилежащем к стволу сновального валика (с диаметром ствола t/c=0,24 м, рассадкой фланцев //=1,4 м и максимальным диаметром намотки /)=0,6 м) составляет 0,6353 г/см , а в наружном слое - 0,1186 г/см , что в 5,6 раз выше. При рассмотрении плотности намотки других типов пряжи на сновальный валик, картина изменения плотности намотки аналогична: плотность намотки в слое, прилежащем к стволу сновального валика в 3,4 - 5,7 раз выше, чем плотность в наружном слое. Объемный коэффициент заполнения сновального валика также уменьшается: с 0,5567 (для пряжи из смеси льняных и лавсановых волокон - 70/30) или 0,8758 (для пряжи из смеси вискозных и хлопковых волокон - 20/80) в первом слое до 0,145 или 0,177 в наружном слое соответственно. Следует сказать, что при увеличении числа слоев на сновальном валике объемный коэффициент заполнения стремится к своему максимальному теоретическому значению, определенному в главе 2 (формула 2.65).
Кроме того, следует отметить существенную зависимость плотности намотки на сновальном валике от линейной плотности нити, что подтверждает результаты исследований, полученные в главе 2.
В таблице 3.4 представлены результаты исследований плотности намотки на сновальном валике в слоях, прилежащих к стволу сновального валика и в наружных слоях в зависимости от линейной плотности нити (диаметр ствола сновального валика d0=0,24 м; рассадка фланцев Я=1,4 м; число слоев в намотке и=1000). Из таблицы 3.4 видно, что при намотке хлопчатобумажной пряжи линейной плотностью 20 текс, отношение плотности намотки в слое, прилежащем к стволу валика и наружном слое равно 2,24, а при намотке хлопчатобу мажной пряжи линейной плотностью 150 текс, это отношение увеличивается до 4,96.
Как указывалось в главе 2, может объясняться более значительным объемом свободного пространства между нитями большего диаметра, которое заполняется деформированной нитью в процессе наработки сновального валика. Можно сделать вывод, что диаметр нити более существенно влияет на плотность намотки в слоях, прилегающих к стволу валика, и гораздо менее существенно в наружных слоях сновального валика.
В таблице 3.5 представлены результаты исследований плотности намотки на сновальном валике в слоях, прилежащих к стволу сновального валика и в наружных слоях в зависимости от силы натяжения нити (диаметр ствола сновального валика d$=,2b м, рассадка фланцев #=1,4 м число слоев в намотке п= 1000).
Рассмотрим влияние силы натяжения нитей на плотность намотки в различных осевых слоях сновального валика. Видно, что сила натяжения нитей существенно влияет на плотность намотки в наружных слоях сновально го валика и практически не влияет плотность намотки в слоях, прилежащих к стволу валика.
Анализируя полученные данные, можно отметить, что с увеличением, как степени деформации нитей (с приближением к стволу сновального валика), так и их силы натяжения, плотности намотки также растет.
Влияние неравномерности натяжения снующихся нитей на параметры намотки
Теоретически и экспериментально установлено [41], что основное технологическое требование о постоянстве и равенстве натяжения нитей при сновании на современном оборудовании не выполняется. В главе 2 показано, что натяжение оказывает существенной влияние на деформированное состояние нитей в сновальной паковке. Таким образом, неравномерность натяжения нити, неизбежно возникающая в производственных условиях как вследствие конструктивных особенностей размещения бобин в шпулярнике, так и вследствие высоких скоростей снования, будет существенно влиять на разнодлинность, бугристость и плотность намотки на сновальном валике.
Этим объясняется необходимость исследования и снижения неравномерности натяжения нитей при сновании, недопустимо высокой в настоящих условиях.
Одной из причин, вызывающих появление неравномерности натяжения одновременно снующихся нитей, является несовершенство траектории движения и геометрии заправки нитей на сновальной машине. Различное положение бобин по длине и высоте сновальной рамки приводит к различию в углах перегиба нитей. Нити с верхних и нижних выпускных гребенок больше перегибаются в вертикальной плоскости, чем нити со средних горизонтальных рядов бобин.
Один из способов выравнивания натяжения нитей при сновании состоит в том, чтобы снизить неравномерность среднеинтегральной величины натяжения нитей по ширине сновальной паковки, возникающую за счет различной длины нитей вдоль сновальной рамки и различия в углах перегиба нитей на направляющих, а также несколько уменьшить за счет применения дифференцированных нагрузок в нитенатяжных приборах. Медленное изменение средней величины натяжения нитей в процессе снования, вызванное изменением диаметра бобин, можно выравнить при помощи автоматических нитенатяжных приборов.
Несмотря на известный круг факторов, влияющих на изменение натяжения снующихся нитей, существует необходимость комплексного подхода к исследованию влияния натяжения нитей на бугристость, разнодлинность нитей и плотность намотки получившейся паковки. Смоделировав неравномерность натяжения снующихся нитей на плотность намотки, разнодлинность нитей и бугристость намотки на сновальном валике, можно оценить степень влияния натяжения нитей на указанные факторы.
Анализ литературных источников показал, что при нормальном протекании технологического процесса неравномерность натяжения снующихся нитей составляет в среднем 25% [41]. На рисунках 4.5 и 4.6 представлены кривые распределения плотности намотки по ширине сновального валика, полученные с помощью разработанной математической модели, при случайном изменении натяжения нитей.
Можно отметить, что изменение натяжения нитей существенно сказывается на изменении плотности намотки, причем при изменении натяжения снующихся нитей на 10%, изменение плотности намотки составляет около 8%. Отмеченная закономерность объясняется нелинейным влиянием натяжения на плотность намотки, что подтверждается зависимостью напряжений в слоях сновальной паковки от натяжения нитей, которая выражается формулой (2.50).
Необходимо отметить, что тренд плотности намотки убывает с увеличением номера слоя, в котором находится нить, то есть с приближением к наружному слою сновальной паковки, что полностью подтверждает исследования, проведенные в главе 2.
С увеличением среднего значения натяжения снующихся нитей, плотность намотки растет, причем характер колебаний последнего параметра около среднего при разных значениях среднего натяжения нитей не изменяется. При изменении других исследуемых параметров, таких, как геометрические характеристики сновального валика, физико-механические свойства нити и др., характер исследуемой зависимости не изменяется.
Оценим влияние неравномерности натяжения на разнодлинность нитей в сновальной паковке. Смоделировав неравномерность натяжения нитей, получим зависимости, представленные на рисунке 4.7 и 4.8. Как и в предыдущем случае, можно отметить, что представленные зависимости распределения относительной разнодлинности нитей по ширине сновального валика повторяет распределение натяжения нитей.
Можно отметить, что при увеличении среднего натяжения нитей разнодлинность нитей уменьшается. Это обусловлено тем, что при большем натяжении нитей образуется более компактная сомкнутая намотка, содержащая сгруппированные сильнодеформированные нити.
При этом создаются благоприятные условия для наматывания нити по наименьшему диаметру и образования плотной намотки с проекцией образующей на плоскость, параллельной осевой линии, максимально приближенной к прямой. Аналогично, при уменьшении среднего натяжения снующихся нитей разнодлинность увеличивается, что может объясняться меньшей сгруппированностью витков вследствие меньшей степени деформации нитей.
Также можно отметить тенденцию к увеличению разнодлинности нитей с увеличением номера слоя, в котором находится нить (с приближением к периферии намотки), что полностью подтверждается ранее проведенными теоретико-экспериментальными исследованиями формирования намотки (см. гл. 2). Как уже отмечалось, диаметр намотки нити представляет собой значимый фактор, определяющий форму будущей сновальной паковки. Смоделировав случайное изменение натяжения нитей, можно получить проекцию осевого сечения сновальной паковки (формы сновальной паковки). Результаты расчетов представлены в виде кривых на рисунках 4.9 и 4.10.
Наглядно видно, что случайное изменение натяжения нити отражается на изменении наружного диаметра намотки, причем функция диаметра намотки повторяет абсолютное изменение натяжения снующихся нитей. Характер изменения геометрических параметров проекции периферии намотки при изменении номера слоя, в котором находится нить, остается аналогичным. Необходимо отметить существенное влияние неравномерности натяжения нитей на профиль намотки, причем с ростом тренда натяжения, разброс диаметров пропорционально увеличивается, что можно проследить, сопоставляя рисунки 4.9 и 4.10. Указанный характер влияния неравномерности натяжения объясняется тем, что изменение натяжения нитей влечет за собой соответствующее изменение плотности намотки (при постоянных других влияющих факторах), то есть нити с большей неравномерностью в натяжении образуют паковку с большей бугристостью.
