Введение к работе
Актуальность темы исследования. Процесс формирования ткани на ткацком станке является следствием совокупного действия ряда механизмов станка - механизмов отпуска и натяжения основы, зевообразования, прокладывания утка, прибоя, отвода и навивания ткани. Основной и наиболее интенсивной технологической операцией процесса формирования ткани заданного строения на ткацком станке является фронтальный прибой уточной нити, во время которого при получении большинства тканей основная и уточная системы нитей испытывают наибольшие напряжения, вследствие чего во время этой технологической операции наблюдается повышенная обрывность пряжи. В связи с этим большое значение для технологии ткачества имеет исследование условий прибоя уточной нити к опушке ткани в зависимости от различных факторов с последующей разработкой рекомендаций, направленных на снижение обрывности пряжи во время прибоя. Такое исследование позволяет не только изучить напряженные условия работы нитей на ткацком станке, но и выбрать рациональные параметры заправки станка в зависимости от типа производимой ткани, объективно выработать требования к нитям, поступающим в ткачество.
Исследование условий прибоя уточной нити представляется важным при проектировании новых ткацких станков, так как позволяет определить расчетные нагрузки основных механизмов станка и разработать обоснованные технологические требования.
Изучением процесса формирования ткани на ткацком станке, и в частности прибоя уточной нити к опушке ткани, в последние десятилетия занимались многие исследователи.
В большинстве работ по теории формирования ткани для математического описания процесса взаимодействия нитей в зоне формирования при прибое используется формула Эйлера, которая получена для случая равновесия идеально гибкой, нерастяжимой нити, охватывающей негладкую цилиндрическую поверхность, несопоставимо большего радиуса, чем радиус поперечного сечения самой нити. Однако в тканях нити основы охватывают нити утка не по цилиндрической, а по иной поверхности, а поперечные сечения нитей малы и сопоставимы. В большинстве тканей основа и уток при взаимодействии получают сильный изгиб, и модель идеальной нити этому случаю не соответствует. Ещё в большей степени эта модель не соответствует моношггям (например, капроновым или металлонитям), обладающим сравнительно большой жёсткостью на изгиб. Формула Эйлера для идеальной нити не может в полной мере учесть взаимодействие нитей в зоне формирования ткани.
В диссертационной работе с учетом вышеизложенного сделан вывод о необходимости разработки такой теории взаимодействия нитей в зоне формирования ткани при прибое, в основу которой должна быть положена
не формула Эйлера для идеальной нити, а нелинейная механика гибких нитей. Данная теория и разработанная на ее основе методика расчета, прогнозирования параметров формирования ткани на ткацком станке и исследования влияния на них различных факторов должны обеспечить решение важных для технологии ткачества задач по определению натяжений в нитях основы и утка, других параметров формирования ткани, оценке влияния на эти параметры различных факторов, прогнозированию значений параметров формирования и выдаче обоснованных рекомендаций по снижению натяжения в нитях, что будет способствовать уменьшению их обрывности при прибое.
Итак, решаемая в данной диссертационной работе задача, связанная с разработкой методики расчета, прогнозирования параметров формирования ткани на ткацком станке и исследования влияния оценки на них различных факторов, является актуальной.
Цель и задачи исследования. Главной целью работы является разработка методики расчета, прогнозирования параметров формирования ткани на ткацком станке и оценки влияния на них различных факторов, в основу которой положена теория формирования ткани, базирующаяся на основных положениях нелинейной механики гибких нитей, а также использование разработанной методики для решения практических задач.
Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
-получена упрощенная математическая модель взаимодействия основной и уточной нитей в зоне формирования ткани;
-разработана методика расчета, прогнозирования параметров формирования ткани и оценки влияния на них различных факторов, применимая для исследования параметров формирования любых тканей полотняного переплетения, в том числе и тканей сильно уплотненных по основе и утку;
-на основе разработанной методики с использованием компьютерных технологий решены практические задачи по расчету, прогнозированию параметров формирования бязи арт. 222 и опытной технической ткани и исследованию влияния на эти параметры различных факторов.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы дифференциального и интегрального исчислений, теории дифференциальных уравнений, сопротивления материалов и теории упругости, теоретической механики и нелинейной механики гибкой нити, текстильного материаловедения, численные математические методы. Численная реализация математической модели взаимодействия основной и уточной нитей в зоне формирования ткани выполнялась методом конечных разностей с использованием компьютерной математической системы MathCAD.
Достоверность теории формирования ткани и разработанной на её основе методики расчета, прогнозирования параметров формирования ткани на ткацком станке и исследования влияния на них различных факторов подтверждена достаточно хорошим совпадением расчетных и экспериментальных данных.
Научная новизна работы заключается в разработке нелинейной теории формирования ткани, в рамках которой на основе положений нелинейной механики гибкой нити выполнено следующее:
-
получена упрощенная математическая модель взаимодействия основной и уточной нитей в зоне формирования ткани;
-
разработана методика расчета, прогнозирования параметров формирования ткани и оценки влияния на них различных факторов;
3) на основе разработанной методики для момента крайнего переднего
положения берда с использованием компьютерных технологий построены
деформированные оси основы и прибиваемой уточины в зоне
формирования ткани (на примере бязи арт. 222), определены расчетные
значения натяжений в нитях и другие параметры формирования ткани,
исследовано влияние таких факторов, как сила прибоя, жесткости нитей на
изгиб и растяжение, коэффициент трения между нитями, дозировка на
параметры формирования ткани, вскрыты причины и даны объяснения
поведения этих параметров при изменении указанных факторов,
построены зависимости, характеризующие поведение параметров
формирования ткани в течение времени прибоя;
4) на основе разработанной методики определены параметры
формирования опытной технической ткани на станке СТБ-2-180 и
исследовано влияние заправочного натяжения основы на величину
прибойной полоски и другие параметры этой ткани, получены кривые
изменения силы прибоя, натяжений основы у опушки ткани и в уточинах,
сил взаимного давления между нитями в зависимости от заправочного
натяжения основы, величины прибойной полоски.
Практическая значимость и реализация результатов работы
На основе упрощенной математической модели взаимодействия нитей в зоне формирования ткани при прибое разработаны методика и пакет программ для автоматизированного расчета и прогнозирования параметров формирования ткани, которые внедрены на научно-производственном объединении «КОНВЕРСИПОЛ», г. Иваново, где они использованы при создании новых специальных технических тканей.
В условиях НПО «КОНВЕРСИПОЛ» внедрение методики и пакета программ привело к увеличению точности и сокращению времени расчета и проектирования новых тканей.
Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены и получили положительную оценку на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности», г. Иваново, 2007 г., 2008 г.
Публикации. Результаты диссертационной работы полностью отражены в 8 публикациях, в том числе в 5 статьях в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», 3 публикациях в сборниках материалов и тезисах докладов международных научно-технических конференций.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка используемой литературы, приложений. Основное содержание работы изложено на 213 страницах машинописного текста, включает 28 рисунков, 2 таблицы, список используемой литературы из 123 наименований, приложения на 66 страницах, в которых приведены программы для расчета параметров формирования и строения тканей, акт внедрения результатов диссертационной работы.
