Введение к работе
Актуальность темы. Многие поставленные и решаемые вопросы проектирования нитей и пряжи являются основными при проектировании технологий прядильных производств всех видов волокон в текстильной промышленности. Отсутствуют методы, в которых с единых теоретических позиций рассматривались бы необходимые для решения проблем и задач текстильной технологии вопросы расчетов нитей на прочность. Эти вопросы даны в постановке, не соответствующей методам современной науки и, в частности, механики. Чаще всего решения основаны на частных эмпирических связях, полученных в результате статистических методов планирования экстремальных экспериментов, которые были модны в шестидесятых годах прошлого века.
Проектированию нитей и пряжи посвящено огромное число работ. Наиболее полные и корректные ответы на вопросы, связанные с расчетом нитей, даны в статьях и книгах J.W.S. Hearle. Периодически появляющиеся зарубежные и отечественные работы самого последнего времени в этой области, где даны неточные решения, противоречат элементарным положениям механики деформируемого твердого тела. Наиболее известным и применяемым в расчетах прочности пряжи является метод А.Н. Соловьева. Но и его конечная формула, и основные положения этого метода базируются на эмпирических связях, определяющих прочность пряжи по известным характеристикам волокон.
Необходим универсальный метод, распространяющийся на любые волокна и следующий классической схеме, принятой в механике.
Цель и основные задачи исследования. Целью диссертации является создание общей теории деформирования, прочности и проектирования нитей и пряжи, являющейся универсальной и распространяющейся на любые натуральные и химические волокна.
В работе решены следующие основные задачи:
исследованы напряжения и деформации волокон, нити и пряжи, на основе которых описано действительное состояние нити при ее нагружении и проведены прочностные расчеты нити;
в рамках статистической теории прочности волокон и концепции наислабейшего звена аналитически описан масштабный эффект, выражающий зависимость прочности образца от его длины;
в результате решения оптимизационной задачи прочности волокон определен коэффициент реализации прочности волокон в нити и в пряже, вычисляемый до сегодняшнего времени экспериментально;
рассмотрены напряжения, деформации и предельное состояние пряжи из волокон конечной длины с регулярной схемой миграции;
разработана теория проектирования пряжи из многокомпонентной смеси в условиях существенного различия геометрических и прочностных свойств волокон компонентов;
дана оценка работоспособности спроектированной пряжи при ее формировании на кольцевой прядильной машине;
- проведена оптимизация параметров обработки отходов различных ви
дов;
уточнены параметры кардочесания при переработке аппаратных смесей с вложением нетрадиционных видов сырья.
определены оптимальные значения параметров гарнитуры рабочих органов с игольчатой и цельнометаллической пильчатой лентой на I, II, III прочесах при переработке смесей с вложением ангорской шерсти.
найдены оптимальные значения скоростных параметров и разводок I, II, III прочесов: прочесные числа рабочих валиков, процент опережения бегуна, ширина меловой полоски, скорость съемных барабанов, разводки предпрочеса и основных прочесов при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть).
Основные методы исследования. Диссертационная работа построена на комплексном использовании теоретических и экспериментальных методов и средств исследований. Использованы методы классического анализа, механики деформируемого твердого тела, механики нити, теории оптимизации. В работе широко использованы вычислительные методы, реализованные в математической программе MathCAD. Основные теоретические положения проверены экспериментально на лабораторном и производственном оборудовании с использованием современной измерительной аппаратуры. Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждена корректным применением теорий, апробацией и внедрением результатов работы.
Научная новизна состоит в создании теоретических основ проектирования нитей, пряжи и технологических процессов изготовления аппаратной шерстяной пряжи из смесей с вложением нетрадиционных видов сырья. В диссертационной работе впервые:
- создана общая теория деформирования, прочности и проектирования нитей и пряжи, являющаяся универсальной и распространяющаяся на любые натуральные и химические волокна;
дано полное исследование напряжений и деформаций волокон, нити и пряжи, приближающее прочностные расчеты нити к действительному состоянию нити при ее нагружении;
в рамках статистической теории прочности волокон и концепции наислабейшего звена аналитически описан масштабный эффект, выражающий зависимость прочности образца от его длины;
в результате решения оптимизационной задачи прочности волокон определен коэффициент реализации прочности волокон в нити и в пряже, вычисляемый до сегодняшнего времени экспериментально;
получено соотношение, определяющее длину участка скольжения волокна при нагружении пряжи, аналитически найден коэффициент скольжения, характеризующий уменьшение напряжений в пряже;
разработана теория проектирования пряжи из многокомпонентной смеси в условиях существенного различия геометрических и прочностных свойств волокон компонентов;
рассмотрена механика скрученных между собой нитей;
развита теория образовании сукрутин при переработке нитей и пряжи, выведен критерий образовании сукрутин;
дана оценка работоспособности спроектированной пряжи при ее формировании на кольцевой прядильной машине;
- развиты и дополнены теории баллонирования нити применительно к
кольцевой прядильной машине.
Практическая значимость работы. Методология проектирования технологии и пряжи, изготовленной из нетрадиционных видов сырья, реализована в промышленности в условиях ЗАО «Текстильная фирма «Купавна». Получены оптимальные технологические параметры машины для очистки волокна с целью получения высокой степени очистки и максимальной длины волокна после обработки в смесях с использованием нетрадиционных волокон. Даны оптимальные технологические параметры чесальной машины для разволокнения крутых концов, обрезков ткани в ткачестве и отделке для получения максимальной длины волокон из нетрадиционных смесей. Спроектированы составы аппаратных смесей с использованием нетрадиционных волокон (ангорской шерсти). Разработаны пять новых планов технологической обработки нетрадиционных видов сырья в аппаратной системе прядения, и для всех технологических потоков определены значения средней длины волокон по массе, коэффициентов вариации длины волокон по массе, средней длины волокон по сечению, коэффициентов вариации длины волокон по сечению, долю волокон менее 10 мм, 20 мм, 30 мм, 50 мм, что позволяет выбрать необходимый технологический поток в зависимости от длины волокон в смеси. Получены градиенты и величины квадратической неровноты для оптимальных вариантов при использовании игольчатой ленты и цельнометаллической пильчатой ленты, оптимальных разводок и скоростных режимов кардочесания (прочесных чисел I, II, III прочесов, процента опережения бегуна, скоростей съемных барабанов на I, II, III прочесах). Уточнены параметры кардочесания при переработке аппаратных смесей с вложением нетрадиционных видов сырья. Определены оптимальные значения параметров гарнитуры рабочих органов с игольчатой и цельноме-
таллической пильчатой лентой на I, II, III прочесе при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть). Найдены оптимальные значения скоростных параметров и разводок I, II, III прочесов: про-чесные числа рабочих валиков, процент опережения бегуна, ширина меловой полоски, скорость съемных барабанов, разводки предпрочеса и основных прочесов при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть).
Апробация работы.
Материалы по теме диссертации докладывались и получили одобрение: на международных научно-технических конференциях «Современные проблемы развития технологии и техники текстильного производства» (Либерец, ЧССР, 1981 г., 1983 г.); на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 2004 г., 2008 г.); на Всероссийских научно-технических конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Москва, 1995-2008 г.г.); на межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 2005 г., 2008 г.); на межвузовских научно-технических конференциях «Современные проблемы текстильной промышленности» (Москва, РоссЗИТЛП, 2003 г., 2004 г.); на Всероссийских научно-технических конференциях «Текстиль XXI века» (Москва, МГТА-МГТУ, 1996-2008 г.г.); на заседании ученого совета ОАО НПК «ЦНИИШерсть» (Москва, 2008 г.); на заседании кафедры технологии шерсти ГОУВПО «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина» (Москва, 2008 г.); на заседании проблемного совета факультета технологии и производственного менеджмента ГОУВПО «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина» (Москва, 2008 г.).
Личное участие автора в получении изложенных в диссертации результатов. Постановка цели, выбор методов и средств решения поставленных задач, теоретические положения и обобщение полученных результатов, выводы и рекомендации, сформулированные в работе, принадлежат автору. Внедрение результатов и исследований выполнено как автором лично, так и под его руководством при непосредственном участии.
Публикации. Основные результаты отражены в 44 работах, из них 1 монография, 5 учебных пособий, 9 статей в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», 29 статей и тезисов на научно-технических конференциях.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Содержание диссертации изложено на 306 страницах, из них основного текста 257, содержит 42 рисунка, 74 таблицы. Библиографический список включает 211 источников на 23 страницах. Приложение составляет 26 страниц.
