Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор 12
1.1. Характеристика отделочного производства и валковых машин 12
1.2. Взаимодействие валковых механизмов с обрабатываемым материалом 14
1.3. Механические свойства ткани и изменение ее линейных размеров в процессе производства 17
1.4. Обзор исследований по валковым машинам 21
1.5. Выводы по главе 29
2. Исследование процесса сжатия ткани в жале валов модулей 30
2.1. Определение силы сопротивления качению валов при изменении толщины текстильного материала 30
2.2. Силовое взаимодействие в зоне контакта металлического и эластичного валов 35
2.3. Моделирование процесса деформации ткани при сжатии 39
2.4. Зависимость толщины ткани от напряжения сжатия 46
2.5. Экспериментальное исследование изменения структуры ткани под влиянием сжимающих нагрузок 50
2.6. Выводы по главе 55
3. Исследование процессов вытяжки и усадки ткани и их влияния на структуру и свойства текстильного материала 57
3.1. Особенности деформации растяжения ткани при транспортировке валковыми модулями 57
3.2. Анализ процесса скольжения валов модулей 60
3.3. Исследование изменения параметров контакта по дуге захвата валов 64
3.4. Анализ статической модели зоны деформации ткани 67
3.5. Расчет натяжения ткани в двухвалковой транспортирующей системе 72
3.6. Экспериментальное исследование процессов изменения линейных размеров тканей 76
3.7. Теоретическое исследование процесса изменения строения ткани под действием растягивающих нагрузок 78
3.8. Влияние растягивающих нагрузок характеристики тканей 83
3.9. Теоретические основы процесса усадки тканей 88
3.10. Зависимость усадки от технологических факторов 92
3.11. Влияние усадки на структуру ткани 97
3.12. Влияние усадки на неравновесность текстильного материала 102
3.13. Выводы по главе 104
4. Исследование влияния импульсных нагрузок на текстильный материал 107
4.1. Анализ переходных процессов в валковом модуле 107
4.2. Взаимодействие неровности материала с валами модуля 111
4.3. Анализ активного и пассивного этапов соударения неровности ткани с валами модуля 113
4.4. Определение импульсных касательных нагрузок на ткань в валковых модулях 118
4.5. Определение деформационных показателей тканей для циклов нагружения и разгрузки 124
4.6. Экспериментальное определение упруговязких характеристик тканей в условиях кратковременных нагружений 127
4.7. Исследование процесса растяжения ткани в импульсном режиме 134
* 4.8. Исследование процесса сжатия ткани в импульсном режиме 136
4.9. Оценка эффективности разработок 142
4.10. Выводы по главе 143
Общие выводы и рекомендации 146
Библиографический список использованной литературы 149
Приложения 163
- Механические свойства ткани и изменение ее линейных размеров в процессе производства
- Силовое взаимодействие в зоне контакта металлического и эластичного валов
- Экспериментальное исследование процессов изменения линейных размеров тканей
- Анализ активного и пассивного этапов соударения неровности ткани с валами модуля
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена исследованию влияния статических, динамических и импульсных нагрузок на физико-механические свойства и структуру хлопчатобумажных тканей при обработке в валковых модулях.
В диссертации изложены научно обоснованные технологические решения, внедрение которых способствует сохранению и улучшению свойств тканей. Разработаны теоретические основы силового взаимодействия текстильного материала с валами модулей; смоделирован процесс деформации ткани при сжатии и определена зависимость ее толщины от напряжения сжатия; предложен способ для определения показателей структуры тканей под нагрузкой; выявлен характер влияния- удельной нагрузки на структуру и свойства тканей; рассмотрены особенности процессов натяжения и вытяжки текстильного материал а в. зонах деформации, при транспортировке; исследован процесс изменения линейных размеров и строения тканей под действием растягивающих нагрузок; получена математическая модель зависимости усадки от технологических факторов и выявлен характер ее влияния на свойства тканей; установлен механизм воздействия импульсных нагрузок на параметры текстильного материала; приведен расчет ожидаемого годового экономического эффекта от внедрения результатов научно-исследовательской работы; предложены рекомендации по стабилизации показателей тканей при обработке в валковых машинах.
В работе исследовались стационарные и нестационарные режимы работы валкового оборудования в производственных и лабораторных условиях.
Автор защищает:
- методику проведения и результаты экспериментального исследования по изучению влияния удельного давления на структуру ткани;
- модель процесса деформации ткани и уровень предельного значения нагрузки при сжатии;
- способ и устройство для контроля параметров тканей под нагрузкой; - результаты исследований процесса вытяжкич тканей при транспортировке и установленные допустимые нормы их натяжения;
- математическую модель зависимости усадки ткани от технологических факторов и результаты анализа влияния-усадки, на структуру текстильного материала;
- результаты экспериментальных исследований по определению упруговязких характеристик тканей в условиях кратковременных нагружений и влияния импульсных нагрузок на их структуру.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. В отделочном производстве процессы обработки и транспортировки тканей производятся валковыми-модулями текстильных машин (отжимы, плюсовки; каландры и др.).
Основными- особенностями этих процессов являются: наличие сжимающих и растягивающих, нагрузок на материал, изменение линейных раз-меров по основе, чередование стационарных и нестационарных режимов работы.
Качество и эффективность обработки- текстильных материалов в валковых машинах достигается в результате действия совокупности различных технологических факторов. В работе проводились комплексные исследования в области влияния! силовых факторов (сжимающих, растягивающих и динамических нагрузок) на структуру и свойства тканей.
При проектировании и эксплуатации валковых машин показатель нагрузки является одним из главных и характеризуется двумя параметрами: линейной нагрузкой в жале валов и удельным давлением.
Для одинаковой линейной- нагрузки (интенсивности прижима) валы, с различными- диаметрами, твердостью- и толщиной покрытия, обеспечивают разные уровни силового воздействиями деформации текстильного материала. Достижение заданного эффекта отделки возможно при определенной величине удельного давления на текстильный материал. В связи с этим работа валковых машин должна оцениваться не только линейной нагрузкой, но и удельным давлением в зоне контакта валов модулей, непосредственно влияющим на структуру материала. С учетом возрастающих требований к повышению эффективности технологических процессов, реализуемых в валковых машинах, обоснованный выбор удельного давления для получения заданных параметров тканей (толщины, плотности, разрывной нагрузки и др.) - одно из перспективных и актуальных направлений совершенствования конструкций оборудования и повышения качества отделки текстильных материалов.
Транспортировка тканей по машинам поточных линий должна проводиться с заданным оптимальным натяжением, обеспечивающим нормальные условия проведения технологических процессов (сохранение линейных размеров и свойств тканей). Изменение показателей силового поля в зонах обработки сопровождается нестабильностью параметра натяжениями неравномерной вытяжкой тканей вдоль основы, что является причиной их неравновесности по длине.
В процессе транспортирования текстильного материала периодически имеет место увеличение его натяжения и накопление необратимых (остаточных) деформаций при вытяжке. Это приводит к значительному снижению потребительских свойств ткани и производительности оборудования, повышению удельного расхода сырья и энергоресурсов.
Исследования процессов деформации и изменения строения тканей под действием растягивающих нагрузок, их математическое моделирование, определение допустимых норм натяжения, обеспечивающих сохранение параметров тканей в соответствии с госстандартами, являются актуальными.
Значительный интерес представляет исследование процесса усадки тканей, его зависимости от технологических факторов и влияния на свойства материала.
Технологические процессы обработки ткани в валковых машинах сопровождаются чередованием стационарных (установившееся движение) и нестационарных (пропуск швов, складок) режимов их работы, при этом последние характеризуются наличием импульсных нагрузок на материал.
Импульсные нагрузки по величине превышают нагрузки в установившемся движении, что приводит к изменению соотношения упругой и эластической компонент деформации текстильного материала.
Исследование импульсного воздействия на материал необходимо с точки зрения его влияния на показатели структуры и прочности материала (плотность, разрывная нагрузка).
Научно-исследовательские работы в- области валковых машин были направлены в- основном на совершенствование технологических процессов отжима, пропитки, крашения и заключительной, отделки-тканей: Значительный вклад в решение этих проблем принадлежит ученым: Мельникову Б.Н., Кузнецову Г.К.,,Морыганову А.П., Герасимову, М.Н. и др. Исследования в области влияния, силовых факторов на строение и свойства хлопчатобумажных тканей проводились в небольшом объеме и не имели комплексного характера.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является изыскание рациональных режимов деформирования тканей, при обработке в валковых машинах для сохранения их показателей.
В качестве таких показателей выбраны: характеристики строения ткани (плотность, линейное заполнение, наполнение, пористость и т.д.); вытяжка, усадка; неравновесность; разрывная нагрузка; длина необработанных участков ткани. В соответствии с поставленной.целью в работе решены следующие задачи:
1. Получены математические зависимости для определения удельного давления и силы трения, качения- при деформации сжатия?ткани в.жале валов модуля.
2. Разработана механическая модель процесса сжатия ткани в валковом модуле. 3. Определено влияние сжимающей нагрузки на структуру и свойства тканей и выявлены допустимые значения удельной нагрузки, обеспечивающей сохранность структуры материала.
4 . Выявлена зависимость вытяжки материала в процессе транспортировки от вязкоупругих свойств ткани.
5. Установлен характер изменения линейных размеров тканей по машинам поточной линии.
6. Исследовано влияние растягивающих нагрузок на строение и свойства тканей и установлены их допустимые нормы.
7. Получена зависимость процесса усадки тканей от технологических факторов и ее математическая модель.
8. Определено влияние усадки на неравновесность тканей.
9. Приведена оценка воздействия импульсных нагрузок на структуру и свойства тканей.
10. Исследованы особенности процессов растяжения, и сжатия тканей в импульсном режиме нагружения.
Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались теоретическими и экспериментальными методами.
В теоретических исследованиях применены методы математического моделирования, интегрального и, дифференциального исчислений, теоретической механики и сопротивления материалов, теории механики нити, упругопластических деформаций и текстильного материаловедения.
Решение уравнений выполнено эмпирическими и численными методами. Основные результаты аналитических исследований подвергались экспериментальной проверке.
Для проведения экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях использовались современные измерительные средства, специально разработанные стенды, методы- тензометрии, осцилло-графирования, а также методика математического планирования эксперимен тов. Точность измерений проверялась с использованием теории погрешностей.
Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с использованием ЭВМ.
Научная новизна заключается в следующем:
- разработана методика определения силы сопротивления качению валов при изменении толщины текстильного материала;
- получена механическая модель для описания процесса деформации ткани при сжатии, а также зависимость толщины тканей от напряжения сжатия;
- предложен оптико-механический способ контроля параметров строения по ширине ткани под нагрузкой, с помощью которого определено влияние сжимающей нагрузки на структуру ткани и установлена ее допустимая норма;
- выявлено влияние вязкоупругих свойств тканей на вытяжку материала при его транспортировке;
- экспериментально установлен характер изменения линейных размеров движущейся ткани по основе в поточных линиях;
- предложена методика исследования процесса изменения параметров структуры и свойств тканей под действием растягивающих нагрузок и выявлен их допустимый уровень;
- получена зависимость усадки ткани от технологических факторов и выявлено влияние усадки на неравновесность и разрывную нагрузку материала;
- определен характер влияния импульсных нагрузок на структуру и свойства тканей.
Практическая ценность и реализация результатов работы. В результате аналитических и экспериментальных исследований процесса сжатия тканей в жале валов модулей на основе применения силового анализа, механической и математической моделей, оптико-механического устройства разработаны рекомендации по рациональным условиям деформирования текстильных материалов на действующем валковом оборудовании предприятий.
Внедрение указанных рекомендаций позволяет улучшить качество ткани за счет сохранения ее показателей (плотность, разрывная нагрузка, воздухопроницаемость и др.) на регламентированном ГОСТами уровне.
Предложенное оптико-механическое устройство для исследования зоны контакта валов с тканью под нагрузкой в трех зонах по ее рабочей ширине обеспечивает получение информации об изменении структуры материала в каждой зоне и целесообразно к использованию для оценки влияния прогибов валов на качество отделки тканей при больших рабочих ширинах.
Рекомендации по проектированию валковых модулей переданы дляи внедрения в НТ ООО «Квинтекс».
Методика1 оперативного контроля вытяжки-усадки тканей, при транспортировке по машинам поточных линий создает предпосылки для получения-необходимой информации для АЄУТП и выявления мест изменения линейных размеров тканей в зонах обработки. Данная методика внедрена в ОАО «Красная Талка».
Исследования влияния процессов вытяжки и усадки на параметры тканей (строение, разрывную нагрузку, плотность, неравновесность) и разработанные с учетом их результатов рекомендации и технические решения способствуют достижению большей стабильности при реализации технологических процессов обработки тканей в валковых машинах, повышению КПВ их работы.
Впервые исследовано влияние импульсных нагрузок на структуру тканей при нестационарных режимах работы оборудования. Полученные результаты, могут быть полезны проектировщикам при-разработке новых видов оборудования. Основные результаты работы внедрены в ОАО «НИМ» и АО "Нэхмэл" (г. Улан-Батор).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили положительную оценку: - на межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск - 2005). — г. Иваново, ИГТА, 2005 г.;
- межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск — 2006). - г. Иваново, ИГТА, 2006 г.;
- международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (Прогресс - 2006). - г. Иваново, ИГТА, 2006 г.;
- международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (Прогресс - 2007). — г. Иваново, ИГТА, 2007 г.;
- межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые — развитию текстильной и легкой- промышленности" (Поиск — 2008). - г. Иваново, ИГТА, 2008 г.;
- расширенном заседании кафедры проектирования текстильного отделочного оборудования ИГТА, 2008 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 34 печатных работы, в том числе 3 статьи в журнале "Известия вузов. Технология текстильной промышленности", 2 статьи в журнале "Текстильная промышленность", 7 статей в журнале "Вестник научно-промышленного общества", 1 статья в журнале "Вестник ИГТА", 2 статьи в сборнике научных трудов Чжонюаньского технологического института (Китай), 17 тезисов докладов на международных и межвузовских научно-технических конференциях, 2 тезиса докладов на ивановских инновационных салонах "Инновации-2004, 2006", получено два патента РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав, изложенных на 173 страницах машинописного текста, 4 приложений, 45 рисунков и 13 таблиц, а также списка литературы из 145 наименований.
Механические свойства ткани и изменение ее линейных размеров в процессе производства
Механические свойства определяют отношение текстильного материала к различно приложенным внешним усилиям;, вызывающим деформацию растяжения, сжатия, изгиба и т.п: В процессах отделочного производства ткань подвергается действию различных сил, в результате чего она деформируется и изменяет свои свойства.
Изучение механических свойств тканей предполагает получение информации о деформируемости и разрушении их волокон и нитей под действием нагрузок [4].
Нагрузки, действующие на ткань, могут иметь следующие особенности: - по разному направленные, вызывающие деформации растяжения, сжатия, изгиба и др.; - отличающиеся по величине с неодинаковыми деформациями, в том числе разрушающими; - с разной длительностью воздействия на материал; - с различной кратностью, т.е. с разным числом чередующихся нагрузок и пауз после них. Волокна и нити состоят в основном из полимерных веществ, что обусловливает особенности их деформации, выражающиеся в большом влиянии на ее величину показателей: время действия силы, кратности числа нагрузок, различных внешних факторов - температуры, количества поглощенных веществ (например, водяных паров) и т. д. В процессе производства ткань подвергается натяжению в течении некоторого промежутка времени, в результате чего растягивается, а затем разгружается и получает отдых. Полная деформация растяжения текстильных материалов состоит из следующих частей: - обратимых: упругой и эластической; - необратимой: пластической (остаточной). Полная деформация текстильных материалов зависит от ряда факторов и прежде всего величины нагрузки, при которой происходило растяжение материала. В большей степени подвержены растяжению текстильные материалы в мокром виде[5].
Величина полной: деформации определяется растяжимостью волокон, содержащихся в-структуре материала. Наиболее растяжимыми являются материалы из шерстяных волокон, а наименьшую растяжимость имеют льняные ткани; Деформация текстильных материалов также зависит от переплетения; нитей или пряжи: чем меньше изогнуты нити или;пряжа в ткани,.тем меньше их растяжимость.
Упругая часть деформации текстильных материалов проявляется мгновенно после снятия нагрузки и ее наличие свидетельствует, об устойчивости структуры. материала:. Жри незначительной величине: деформации упругая? ее часть; может быть.равна полной, т.е: материал после: снятияшагрузки» полно-. стью восстанавливает, свои первоначальные размеры..С увеличением величи-ныполной; деформации возрастает юдоля упругой; однако;: одновременно! появляются иідругиевидьгдеформаций:
Существенное влияние на упругие деформации текстильных материалов оказывают частота изгибов и крутка нитей или пряжи, вид переплетения. Повышению упругих свойств способствуют и некоторые виды специальных отделок тканей, придающих им несминаемость, несмачиваемость и другие свойства.
Эластическая деформация, исчезающая в течение определенного времени после снятия нагрузки, свидетельствует о прохождении в материале релаксационных процессов во; времени. Если это время не превышает нескольких минут, то такая эластическая деформация-может и не оказывать вредного влияния: на ткань...Увеличение длительности деформации приводитв дальнейшем к сокращению: размеров:материала .т.\е.\ кего-усадке. Наиболее:интенсивно, т.е. почти мгновенно, эластическая деформация; проявляется; при: повышенной влажности воздуха wв мокромматериале: Эластическая;деформация: реализуется до момента установления в материале равновесного со- стояния. Таким образом, более полного проявления эластической деформации можно достичь влажной и влажно-тепловой обработкой.
Остаточная или пластическая деформация не исчезает после прекращения действия растягивающей нагрузки. Появление этой деформации свидетельствует о нарушении или разрушении структуры материала, которое приводит к смещению волокон, макромолекул, образованию новых межмолекулярных связей в волокне, распрямлению волокон в структуре материала и фиксированию их в новом положении. Такое проявление остаточной деформации, как правило, не сопровождается уменьшением прочности текстильного материала. Если остаточная деформация явилась следствием частичного разрушения структуры материала, то его прочность уменьшается.
Текстильные материалы, наряду с деформацией растяжения, подвергаются и деформации сжатия, которая:также состоит из упругих, эластических, и пластических компонентов. Вшроцессе сжатия происходит не только собственно деформация исходных материалов, но и их конформация. При этом в основном из материала удаляется воздух и волокна располагаются более плотно. По мере увеличения давлений величина деформации нарастает все медленнее. Для высоких давлений на волокнах характерно появление вмятин, после чего возникают трещины, надрывы и расщепление. Дальнейшее повышение давления сопровождается разрушением волокон.
Волокна при сжатии выдерживают меньшие напряжения, чем при растяжении. Это объясняется тем, что при растяжении разрыв идет поперек волокна, а значит и поперек молекул, а при сжатии - вдоль оси волокна - вдоль молекул. В первом случае в основном разрушаются более прочные химические связи, во втором — более слабые межмолекулярные.
В- красильно-отделочном производстве под действием влажно-тепловых обработок происходит сокращение линейных размеров текстильных материалов (усадка).
Проявление усадки у текстильных материалов,является следствием релаксационных процессов при повышении влажности материала, вызывающих исчезновение деформации растяжения, и набухания волокон, приводящего к увеличению диаметра нитей в поперечном сечении. Механическая стирка способствует более полному протеканию релаксационного процесса и проявлению эластических деформаций в материале. Появление эластических деформаций связано с напряжением, которое получает материал в отделочных операциях. При влажных обработках напряжения с волокон, нитей и структуры материала снимаются и материал приходит в равновесное состояние, т.е. усаживается.
Силовое взаимодействие в зоне контакта металлического и эластичного валов
Основным физическим воздействием, которое текстильный материал испытывает в жале валов, является деформация сжатия, осуществляемая под действием усилия, направленного по нормали к обрабатываемой поверхности полотна.
Наиболее важным параметром при обработке ткани в валковых модулях является удельное давление и его распределение по ширине площадки контакта между валами и текстильным материалом. Эффект воздействия на полотно в конечном счете определяется величиной и характером распределения удельного давления, которое в значительной степени зависит от вязкоупругих свойств ткани.
Решения контактных задач теории упругости [57] позволяют вычислить перемещения, относительные удлинения и сжатия, а также составляющие напряжений при незначительных размерах деформаций и контактных площадок в сравнении с радиусами контактирующих поверхностей.
Точность вычисления сближения упругих тел при начальном линейном контакте также зависит от учета конечных условий. Однако с достаточной, для практики точностью, сближения при контакте эластичного вала с металлическим можно вычислить по формуле А.И. Петрусевича после некоторого ее преобразования, веденный модуль нормальной упругости; ks — коэффициент Пуассона эластичного вала при приложении радиальной нагрузки.
При статическом контакте эластичного вала с металлическим происходит деформация покрытия вала на глубину, не превышающую 2...3 мм. Величина площадки при отсутствии внешних сил, вызывающих тангенциальные напряжения, зависит от нормального давления Рн, радиуса валов, модуля упругости эластичного вала и коэффициента Пуассона материала покрытия вала. Определенную роль играет также анизотропия свойств материала по разным координатным осям. Различают зону перекрытия валов, рассчитываемую аналитически из геометрических соотношений
Длина дуги контакта валов с тканью определяется как сумма длин входной i и выходной 2 зон проводки ткани через валы (рис. 2.2)
Ширина ВЭф зоны контакта, определяется согласно уравнению Герца-Беляева, учитывающему контакт жесткого и упругого валов. Без учета анизотропии свойств покрытия в упрощенном виде формула имеет вид: где Ez - радиальный модуль упругости покрытия, МПа. Длина эффективной дуги контакта Вэф составляет приблизительно 60-70% от геометрически определяемой величины В. Более точные результаты по определению деформации эластичных валов можно получить, если учитывать анизотропию материала покрытия[58, 59]. В этом случае различают значения модулей упругости и коэффициентов Пуассона по координатным осям. Тогда величины h и Вэф соответственно определятся хуЬ) где Ех — модуль упругости при сжатии в направлении х, соответствующем направлению продольной оси вала; кху = Еу1 Ех - коэффициент Пуассона, то есть соотношение относительных деформаций в направлении осей у их; Е2 — модуль упругости при сжатии в направлении z, соответствующем направлению вертикального нагружения; kyz — коэффициент Пуассона, равный отношению вертикальной и горизонтальной радиальных деформаций при вертикальном нагружении; % =EZ/Ех - коэффициент, учитывающий анизотропию покрытия и неадекватность деформации при приложении нагрузок вдоль осей z и х.
С увеличением удельного давления и диаметра эластичного вала (при постоянном диаметре металлического вала) ширина зоны перекрытия- и площадки контакта возрастают, а интенсивность их роста снижается, причем зависимость носит криволинейный характер [60].
Кроме, нормального давления на процесс обработки ткани оказывают влияние и касательные напряжения- [61], которые на контактируемых поверхностях могут возникать как в состоянии статического нагружения валов, так и при относительном смещении последних в связи с различием упругих постоянных материалов или радиусов контактируемых поверхностей валов.
Законы распределения нормальных и касательных сил по поверхности контакта зависят от упругопластических свойств ткани и материала валов, которые определяют величину, направление и линию, действия распределённых нормальных и-касательных сил [62].
При сжатии текстильного материала происходит его деформация, состоящая из упругой, эластической и необратимой (пластической) составляющих. Взаимосвязь и одновременность протекания упругой и пластической деформации при этом особенно ярко проявляются. Экспериментальные исследования [63] показывают, что даже при невысоких давлениях , не превышающих предел упругости материала, наряду с упругими деформациями развивается и пластическая, обуславливающая уплотнение ткани. При величинах давления, превышающих предел упругости, начинает проявляться тенденция снижения упругой (обратимой) деформации и роста пластической (остаточной) деформации; то есть упругие связи "трансформируются" "в пла-стическиев результате микроразрывов и перегруппировки макромолекул волокон. При этом рост в.первую очередь остаточной деформации имеет характерную зависимость от длительности процесса.
При сжатии ткани упругая полностью обратимая деформация єу возникает мгновенно. Затем за период приложенной нагрузки trt2 нелинейно нарастают две другие составляющие деформации: еэ - эластическая деформация ткани иє„- необратимая пластическая деформация (рис.2.3).
С момента снятия нагрузки До момента / обозначающего полную релаксацию напряжений в материале, обратимые части деформаций еу и еэ уменьшаются до 0, а остаточная (пластическая) деформация еп остается, отражая необратимые изменения в структуре текстильного материала при его сжатии, связанные с действием напряжения. Величины упругой и пластической деформаций должны учитываться при обработке ткани давлением, при этом замедленные эластические деформации оказывают влияние на сохранение тканью и изделиям из нее приданной им формы в процессе дальнейшего использования.
Экспериментальное исследование процессов изменения линейных размеров тканей
Одной из важных проблем при эксплуатации машин и поточных линий отделочного производства является получение точной информации об изменении размеров ткани по длине.
Для нормальной работы машин, качественной обработки тканей и выпуска заданного объема продукции требуется оперативный контроль этого параметра [102, 103, 104]. Процесс изменения линейных размеров-текстильных материалов зависит от вида технологического оборудования, режима влажно-тепловой обработки, натяжения № скорости движения-ткани, давления в жале- валов и других факторов.
Контроль за изменениями линейных размеров тканей, целесообразно проводить одним или двумя импульсными? датчиками фотоэлектрического типа на входе и выходе каждой машины линии. Величина изменения размеров при этом определяется на основе данных о длине вошедшей в зону обработки и выбранной из нее ткани [105] .
Для контроля изменения линейных размеров тканей в поточных линиях отделочного производства на кафедре проектирования текстильного отделочного оборудования разработан прибор ППУ-4. Измерительная часть прибора выполнена на микросхемах серии К176 и состоит из четырёхдекадного счётчика и индикатора АЛС30Г. Предварительно усиленный сигнал поступает с фотоэлектрических датчиков. Датчики состоят из измерительных дисков с обрезинкой по рабочей поверхности и длиной окружности 0,5м. На дисках по окружности соосно с оптоэлектрон-ной парой выполнены отверстия.
При работе с прибором в процессе прохождения отверстия датчика через оптоэлектронную пару производится автоматическое включение счета. Через 20 оборотов диска 10 секунд высвечивается результат, после чего этот показатель сбрасывается и прибор готов к следующему циклу измерений.
Результаты измерений высвечиваются на четырёхразрядном индикаторе прибора с точностью до одного знака после запятой согласно выражению П! и п2 — число импульсов импульсных датчиков . Величина может иметь положительное (при вытяжке) или отрицательное (при усадке) значения.
Контроль деформации тканей прибором ППУ-4 производился на линии ЛЗО-140 установленной на ОАО "Красная Талка" для тканей бязь арт. 227, сатин арт. 520. В соответствии с разработанной методикой проведения эксперимента [102, 103] были получены результаты замеров линейных размеров тканей (таблица 3.1).
Суммарная вытяжка ткани на машинах составляет: для ткани бязь арт. 227 - (+1,9%), для ткани сатин арт. 520 - (+ 1,6%). Деформацию полотен ткани целесообразно измерять в нескольких точках по ширине полотна, получая информацию о неравномерности изменения её линейных размеров.
Исследуем механизм изменения строения ткани полотняного переплетения под действием внешних растягивающих сил и после удаления внешних нагрузок в процессе релаксации. Примем, что нить в ткани полотняного переплетения рассматривается как гибкая упруговязкая балка, зажатая в подвижных опорах, имеющих возможность перемещаться в плоскостяхXOZи YOZ(pnc. 3.7 а, б) [106]. hovihy— высота волн изгиба основы и утка в элементе ткани; 10и1у- длина полуволн основной и уточной нити в элементе ткани; L0 и Ly — длина основной и уточной нити в элементе ткани; а и /? - углы наклона основной и уточной нити в элементе ткани. Рассмотрим изменение строения ткани при растяжении. Из условия равновесия элемента ткани следует:
Из равенства (3.41) видно, что с изменением натяжения нитей в ткани изменяются и параметры ее строения. Общая величина изменения параметров строения ткани при растяжении выразится суммой приращений на бесконечно малых промежутках длиной AXj .Таким образом, параметры строения ткани можно записать в следующем виде:
После снятия растягивающей нагрузки строение ткани изменяется за счет релаксации упругой и эластической долей деформации. Исследование данного процесса необходимо рассматривать отдельно, так как релаксация ткани, вызванная упругой деформацией, вызывает изменение строения ткани, качественно отличное от того, которое влечет за собой релаксация медленной части эластической деформации.
Схема изменения строения ткани вследствие релаксации упругой деформации показана рис. 3.8 а,б.
Треугольники ABC и LEF характеризуют строение ткани в натянутом состоянии соответственно по утку и основе в зоне, где B=const. При натяже ний основы F0, стремящемуся к нулю, натяжение основной нити в ткани Роп также стремится к нулю. Упругая сила уточной нити создает реактивный момент, который заставляет уточину выпрямляться, а основную нить изгибаться. Одновременно с этим будет, проходить линейная усадка основной и уточной нитей, которая влечет за собой уменьшение высот волн и длин полуволн нитей по обоим направлениям. В результате действия реактивного момента строение ткани будет характеризоваться треугольниками ABC и L Е F, а параметры строения ткани выразятся следующим образом: (3.43) строения ткани от изгиба основной и выпрямления уточной нитей.
Анализ активного и пассивного этапов соударения неровности ткани с валами модуля
Активный этап удара заключается в том, что контактная сила возрастает, а деформации в зоне контакта соударяющихся элементов (валов и неровности ткани) носят упругопластический характер. Подставим в основное уравнение удара (4.17) выражение для контактной силы из уравнения (4.12): Отсюда можно непосредственно найти максимальную величину упру-гопластической деформации, приведенная кинетическая энергия соударяющихся элементов. При этом t-т, что соответствует длительности активного этапа удара, то есть длительности переднего фронта ударного импульса (интервал времени, в течение которого контактная сила возрастает от 0 до Ртах) В этот момент времени ускорения соударяющихся элементов будут максимальны а скорости равны по величине, но направлены в противоположные стороны, как это следует из уравнения (4.16). Найдем абсолютные значения скоростей Следовательно, в момент времени t=r, когда v=0, скорости V/ и v2 будут равны по абсолютной величине: Интегрируя уравнение (5.23), получим где Xi и х2 - смещения валов. Воспользовавшись соотношениями (4.15), (4.16), (4.23) и (4.25), можно выразить смещения и скорости соударяющихся элементов через упруго -пластическую деформацию г/ и относительную скорость их сближения v Текущие ускорения соударяющихся элементов будут в соответствии с уравнениями (4.14) равны
Во время пассивного этапа удара происходит разгрузка соударяющихся элементов, что приводит к восстановлению упругих деформаций и увеличению расстояния между их центрами инерции, при этом контактная сила уменьшается до нуля [132].
Согласно эмпирическому закону Герстнера упругие и пластические деформации при нагружении развиваются независимо друг от друга, то есть где Г]і — упругая компонента деформации; щ — пластическая компонента. Ввиду независимости обеих компонент для упругой деформации можно ввести эмпирическую аппроксимацию, аналогичную принятой ранее (4.12). В связи с этим в конце активного этапа удара деформация будет равна
Во время пассивного этапа удара происходит восстановление упругих деформаций, т.е. упругопластическая деформация при этом будет равна где (rj2)max - остаточная деформация в зоне контакта соударяющихся элементов.
Уравнение деформирования во время пассивного этапа, с учетом уравнения (4.30) будет иметь следующий вид:
Действие возмущающих сил от неровностей тканей на валы модулей сопровождается в ряде случаев уменьшением деформации эластичного покрытия до нуля и нарушением контакта валов [133]. Момент сопротивления вращению вала в его подшипниках качения уменьшает линейную скорость точек, расположенных на его рабочей поверхности, и приводит к рассинхро-низации рабочих скоростей приводного и прижимного валов (рис. 4.5).
Это является причиной возникновения импульсных нагрузок Ти на ткань при восстановлении контакта валов после пропуска неровности материала , так как скорость точек поверхности прижимного вала резко возрастает до величины скорости ткани (рис. 4.6). Ткань получает дополнительное избыточное натяжение, что может привести к потере её прочности или разрыву [134].
