Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ литературных источников. 9
1.1. Аналив работ, посвященных влиянию способов подготовки основных нитей к ткачеству иа их физикемеханические свойства и обрывность.
1.2. Анализ работ, посвященных напряженно-деформированому состоянию нитей на ткацком станке .
1.3. Анализ работ по оптимизации технологического процесса ткачества.
Выводы по главе. 30
Глава 2. Теоретическая часть.
2.1. Анализ геометрической модели разделения нитей в ценовом поле при использовании различных схем заправки шлихтовальной машины .
2.2. Исследования по оценке напряженности процесса разделения нитей в ценовом поле шлихтовальной машины .
Выводы по главе. 44
Глава 3. Математические методы и средства исследования.
3.1. Математические методы, применяемые при исследовании.
3.2. Средства и методы исследования. 56
Глава 4. Определение оптимальных технологических параметров машины ШБ-11/180-Л-ЗМ .
Выводы по главе. 149
Выводы по работе. 151
Рекомендации. 154
Список литературы. 155
Приложение. 162
- Анализ работ, посвященных напряженно-деформированому состоянию нитей на ткацком станке
- Анализ геометрической модели разделения нитей в ценовом поле при использовании различных схем заправки шлихтовальной машины
- Исследования по оценке напряженности процесса разделения нитей в ценовом поле шлихтовальной машины
- Определение оптимальных технологических параметров машины ШБ-11/180-Л-ЗМ
Введение к работе
В экономической ситуации, сложившейся в России всвязи с переходом на рыночные отношения и распадом СССР, для отечественных текстильных предприятий характерно ревкое изменение финансовой политики, в том числе сокращение закупок импортного оборудования; структуры производства; снабжения и сбыта.
В условиях экономического кризиса возникает необходимость в совершенствовании технологического процесса ткачества с целью получения коккурентноспособных тканей на отечественном технологическом оборудовании.
В технологии подготовки нитей основы к ткачеству известен ряд зарубежных патентов и авторских свидетельств, которые нашли свое применение в технологическом оборудовавший.
В области ткачества известен целый ряд зарубежных фирм Швейцарии, Японии, США, Италии, выпускающих оборудование для выработки широкого ассортимента конкурентоспособных тканей. Однако стоимость такого оборудования в 2-3 раза выше отечественного. Это требует огромных капиталовложений, которыми предприятия не располагают.
Поэтому, целью диссертационной работы является создание коккурентноспособных высокоплоткых тканей на отечественном техноло-гическом оборудовании на основе разработки путей совершенствования технологических процессов шлихтования и ткачества для расширения ассортиментных возможностей бесчелночных ткацких станков и получения высокоплотных тканей с заданными показателями свойств.
Актуальность диссертационной работы заключается в разработке технологии получения конкуренткоспособных высокоплотных тканей,
пользующихся повышенным спросом населения как на внутреннем, так и на внешнем рынке, которая позволит увеличить производительность отечественного технологического оборудования и уменьшить обрывность нитей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
теоретически обоснована необходимость применения усовершенствованной технологической схемы заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ-2;
предложена методика расчета натяжения и повреждаемости нитей в процессе их прохождения через ценовое поле шлихтовальной машины;
получена математическая модель технологического процесса подготовки высокоплотных основ к ткачеству, устанавливающая основные закономерности влияния технологических параметров шлихтования на свойства нитей;
определены оптимальные технологические параметры шлихтования нитей, используемых для выработки высокошготных тканей;
получена математическая модель технологического процесса ткачества высокоплотных тканей, исследовано влияние заправочных параметров ткацкого станка СТБ-2Ш на параметры строения высокоплотных тканей; выявлены факторы, в наибольшей степени влияющие на условия изготовления и свойства данных тканей;
определены оптимальные технологические параметры изготовления высокоплотных тканей на ткацком станке СТБ-220;
в результате теоретических исследований доказана целесообразность использования новой технологической оснастки при выработке высокоплотных тканей на станках СТБ.
Практической ценность работы:
- проведены исследования по оценке напряженности процесса разде-
ления нитей в ценовом поле, позволяющие прогнозировать технологическую способность нитей к последующей переработке в процессе ткачества;
полученные математические модели технологических процессов подготовки высокошютных основ к ткачеству и ткачества позволяют прогнозировать влияние параметров шлихтования на свойства нитей; заправочных параметров ткацкого станка СТБ-220 на условия изготовлений, параметры строения и свойства высокоплотных тканей;
проведены исследования по оценке повреждаемости нитей в процессе ткачества высокошютных тканей, позволяющие прогнозировать выработку высокоплотных тканей с минимальной обрывностью;
разработана технология получения высокоплотных тканей на отечественном технологическом оборудовании, результаты работы внедрены в производственные условия АО "Куровской текстиль" с экономическим эффектом 72 916 000 рублей на объем выпуска 2 млн.метров ткани.
Автор защищает:
усовершенствованную технологическую схему заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ;
методику оценки напряженности процесса шлихтования нитей;
рекомендации по процессу подготовки высокоплотных основ к ткачеству;
экспериментальные данные исследования условий изготовления, параметров строения, свойств высокоплотных тканей и математические зависимости их взаимосвязи с параметрами заправки ткацкого станка СТЕ-220;
оптимальные технологические параметры изготовления высокоплотных тканей на станке СТБ;
- результаты экспериментальных исследований использования различной технологической оснастки на станках СТБ.
Анализ работ, посвященных напряженно-деформированому состоянию нитей на ткацком станке
Вопросам изучения важнейших характеристик напряженно-деформированного состояния нитей - натяжению и деформации уделено большое внимание в работах российских и зарубежных исследователей, поскольку эти характеристики определяют правильность протекания технологического процесса образования ткани.
Фундаментальные исследования по совершенствованию технологического процесса ткачества с точки зрения напряженно-деформированного состояния нитей проведены проф. Гордеевым В.А., проф. Ефремовым Е.Д., проф. Букаевым П.Т., проф. Ерохиным Ю.Ф. Однако, во всех укаванных исследованиях в качестве характеристики упругих свойств текстильных материалов использован коэффициент жесткости нитей основы и ткани, что дает лишь приближенную картину рассматриваемого явления, поскольку поведение текстильных материалов при малом и большом времени нагружения различно.
Проф. Гордеевым В.А. ( 1.2, 2.17, 2.18 ) разработаны вопросы динамики упругой системы заправки и воздействующих на нее механизмов при выработке обычных и специальных тканей; вопросы динамики механизмов отпуска основы с учетом движения подвижной систе 9 мы скала и навоя. Автор считает, что изменение натяжения основы происходит пропорционально изменению ее деформации. Для определения натяжения расчетным путем проф. Гордеев В.А. предлагает использовать тригонометрические полиномы.
В работе проф. Ефремова Е.Д. (2.20, 2.21 ) получены достаточно простые формулы для расчета натяжения и деформации нитей при прибое и зевообраэовании о учетом геометрии заправки ткацкого станка.
Интересны исследования проф. Ерохика Ю.Ф.( 2.19, 3.4 ) по совданию новых основных регуляторов для бесчелночных ткацких станков» разработке рекомендаций по выработке тканей на широких ткацких станках с двумя навоями. Но в теоретических расчетах проф. Ерохина Ю.Ф., как и в расчетах предыдущих авторов, использован коэффициент жесткости, что дает лишь приближенную картину рассматриваемых вопросов.
Проф. Букаевым П.Т.( 2.3, 3.2 ) получены зависимости по определению натяжения и деформации нитей основы за цикл работы ткацкого станка; проведены комплексные исследования импульса прибойного натяжения с учетом теорий скорости прибоя ии избыточного натяжения контактной зоны. Полученный интеграл позволяет определить суммарное прибойное натяжение, которое характеризует и оказывает влияние на процеоо прибоя.
Релаксационным процессам, происходящим на ткацком станке., посвящены работы П.В.Власова, Е.А.Качеишвили, В.М.Милашюса. О явлении релаксации в нитях свидетельствуют работы по текстильной технологии и текстильному материаловедению проф. В.П.Щербакова, проф. Г.Н.Кукина, проф. А.Н.Соловьева, проф. Коблякова.
Явления релаксации в наибольшей степени предопределяют усло-вия поведения "нитей в ткачестве. Однако, в большинстве исследований в качестве релаксационных функций влияния выбраны функции, не учитывающие реальное поведение текстильных материалов при малом и большом времени.
Впервые при изучении напряженно-деформированного состояния нитей на трикотажных машинах проф. Щербаков В. П., используя слабо - РЯ сингулярное ядро Ржаницина и его резольвенту, дает реальную картину поведения нитей в любой отревок времени. ( 3.3 ).
Дальнейшее развитие вопросы, связанные с напряженно-деформированным состоянием нитей в процессе ткачества, получили в исследованиях проф. С.Д.Николаева. ( 3.1 ). Автор дает математическое описание напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке. Используя теорию наследственной вявкоупругости Больцмана и выявив особенности поведения текстильных материалов в процессе ткачества, С.Д.Николаевым предложен более простой метод определения вязкоупругих свойств при растяжении на основе анализа и выявления недостатков метода логарифмических совмещений, разработанного М.А.Колтуновым.
Метод основан на анализе экспериментальных данных на релаксацию напряжений, полученных на универсальной разрывной машине FP-10. С.Д.Николаевым на основе найденных границ изменения мгновенного модуля упругости установлено, что при рассмотрении технологического процесса ткачества достаточно использовать линейную теорию вявкоупругости. Для дальнейших расчетов автором получены упрощенные формулы для расчета вявкоупругих параметров для нитей равличного волокнистого состава.
Процесс выработки высокоплотных тканей сопряжен с увеличением натяжения и деформации нитей. С.В.Ямщиковым ( 3.9 ) рассмотрен один из способов регулируемого воздействия на натяжение: нитей путем вибрационного воздействия на опушку ткани и получена математическая модель, отражающая эффективность вибрационного прибоя в зависимости от частоты и амплитуды колебаний, длительности воз-действия тканеформирующего органа на опушку ткани и натяжение основы.
Е.А.мамцевым ( 3.10 ) предложен метод расчета перемещения окала ткацкого станка с учетом колебаний упругой системы заправки. Автор делает вывод о том, что для оовдания условий переработки основы с наименьшей потерей эксплутационных свойств, необходимо достичь выравнивания ( сглаживания ) колебаний в натяжении нитей основы, возникающих при образовании зева, прибое и навивании ткани.
Неподдельный интерес вызывают исследования ученых Лодзинско-го политехнического университета Я.Шосланда, С.Вроцлавского, Б.Игнасека ( 2.11, 2.12 ) по исследованию нетрадиционных МЄТОДОЕ уплотнения утка с целью снижения напряженно-деформированного состояния нитей. Авторами разработаны принципиальные основы нового метода уплотнения утка и устройство для вибрационного прибоя бер-да. Выявлено явное превосходство вибрационного метода прибоя утка для субмаксимальных и максимальных шютностных тканей.
В работе М.Азаршаба ( 2.14 ) анализируются способы оценки напряжения основных нитей и показывается, как на практике отдельные параметры наладки ткацких станков влияют на способности основных нитей к переработке в ткачестве.
И.Фрончаком ( .15 ) всесторонне изучена работа упругой системы заправки на участке опушка ткани-ремизка. Результаты исследования позволяют регулировать натяжение нитей основы и добиться минимизации движении опушки ткани для получения тканей заданной структуры.
Весьма интересны исследования по определению нагрузки на нити в процессе ткачества с точки зрения геометрии зева, проведен-ные Н.Вайндорфом ( 2.16 ). Автором выявлено влияние вида геометрии зева на образование материала и качество ткани, а также ее внешний вид. Основа нуждается в определенной основной растягивающей силе для нормальной работы ткацкого станка, которая в нижнем веве выше, чем в верхнем, поскольку ткацкий эев чаще всего располагается ассиметрично, как глубокий аев. Ассиметричное расположение зева необходимо прежде всего при очень плотных тканях или тканях с большой плотностью нитей утка. Применение относительно ассиметричнои геометрии зева окавывает благоприятное влияние на нагрузку нитей, так как происходит выравнивание растягивающей силы в верхнем и нижнем зевах. Следовательно, растягивающие силы нитей должны быть наименьшими.
Анализ геометрической модели разделения нитей в ценовом поле при использовании различных схем заправки шлихтовальной машины
Эспериментальные исследования технологического процесса шлихтования указывают на то, что наибольшее натяжение нити испытывают в зоне первого разделительного прутка. Показателем напряженности процесса разделения нитей в ценовом поле является угол разделения нитей ос.
Анализ технологического процесса прохождения нитей черев ценовое поле (рис.2.1) свидетельствует о том, что угол разделения нитей изменяется в достаточно больших пределах и зависит от многих факторов, в первую очередь, от величины приклея и от условий прохождения нитей через пропиточную и сушильную секции. Так, при использовании обычной заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ ее = 22.6 град., при использовании усовершенствованной заправки ее = 19.0 град. (рис.2.2 а и 2.2 б). При этом наблюдается изменение натяжения нитей от 30 до 35 сН/нить при обычной заправке шлихтовальной машины ( рис 2.2 а ) и от 18 до 22 сН/нить в случае усовершенствованной заправки ( рис 2.3 б ).
С целью описания изменения натяжения нитей при их разделении и сравнительного анализа условий прохождения нитей через ценовое поле нами проведен анализ геометрической модели разделения нитей в ценовом поле при использовании обычной и усовершенствованной схем заправки шшх "овальной машины.
Исследования Каревой Т.Ю. ( 3.8 ) посвящены вопросам оптимизации выработки тканей комбинированных переплетений с переменной дискретной плотностью по утку на станке АТПР-100-2. В качестве параметра оптимизации была выбрана обрывность основных нитей, являющаяся комплексным выходным параметром, зависящим от таких входных факторов, как заправочное натяжение нитей основы, положения скала относительно уровня грудницы по горизонтали и момента заступа. Автор делает вывод, что на обрывность нитей основы наибольшее влияние оказывают заправочное натяжение основы и момент заступа. Определенные оптимальные технологические параметры заправки станка повволили осуществить выработку тканей с минимальной обрывностью и максимальной производительностью станка.
В работе А.Г.Литовченко ( 3.18 ) определялись оптимальные технологические параметры выработки тканей из комбинированных нитей, изготовленных на прядильно-крутильной машине ПКПМ-160.
При определении автором оптимальных технологических параметров изготовления указанных тканей компромиссная задача ставилась следующим образом: оптимальный вариант заправки должен характеризоваться фиксировнным значением разрывной нагрузки ткани вдоль утка, минимальной общей поверхностной плотностью ткани, максимальной стойкостью ткани к раздиранию по основе.
Рассматривая вопрос о стратегии управления прочностью закрепления ворса в условиях меняющихся параметров, аєтор отмечает, что единственной формой воздействия на прочность закрепления ворса является изменение следующих параметров: урайотки прижимной основы, натяжения прижимной основы при прибое ( с прутком и бее прутка ), натяжение коренной основы ( с прутком и без прутка ). В результате изучения графа и анализа полученных относительных степеней воздействия параметров друг на друга автором сделан вывод о том, что для увеличения прочности закрепления ворса необходимо изменить натяжение прижимной основы при прибое ( без прутка ), а оно, в свою очередь, приведет к изменению уработки прижимной основы и наоборот. При исследовании использовалась бинарная- причинно-следственная теория информации Шеннона.
Основным жезультатом оптимизации преимущественно для всех проведенных исследований является снижение обрывности нитей на ткацких станках при выработке различных по строению и свойства}.! тканей методом построения математической модели процесса и выявления аналитических зависимостей между входными и выходными факторами.
Анализ литературных источников позволяет сделать вывод о - зо том, что иссследований, посвященных определению оптимальных технологических параметров изготовления хлопчатобумажных высокоплот-наых тканей на ткацких станках не проводилось. Поэтому целью данной работы являлось определение оптимальных параметров иеготовле-ния высокоплотных тканей на бесчелночных ткацких станках.
Исследования по оценке напряженности процесса разделения нитей в ценовом поле шлихтовальной машины
Для оценки напряженности процесса разделения нитей в ценовом поле и обоснования использования усовершенствованной технологической схемы заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ нами проведен расчет повреждаемости нитей основы в период разделения нитей в ценовом поле.
При исследовании применялась методика определения параметров долговечности нитей, принятая на кафедре ткачества МГТА. В качестве критерия длительной прочности использован критерий Еейли.
Определим коэффициент повреждаемости основы в процессе шлихтования при использовании обычной и усовершенствованной схем заправки шлихтовальной машины. График изменения напряжения основы на шлихтовальной машине ШБ-11/180-Л-ЗМ представлен на рис.2.5. Повреждаемость нитей при их разделении в ценовом поле определялась на ЭВМ. Блок-схема программы представлена в приложении к диссертационной работе.
Анализ табличных данных показывает, что предложенная усовершенствованная технологическая схема заправки шлихтовальной машины позволяет в 3.3 раза уменьшить повреждаемость нитей в процессе шлихтования с целью улучшения фи8ико-механических свойств нитей, снижения их обрывности в процессе ткачества и повышения технологической сособности нитей к переработке.
1. В результате исследования технологического процесса прохождения нитей черев ценовое поле шлихтовальной машины получено теоретическое обоснование необходимости изменения схемы заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ.
2. С целью описания изменения натяжения нитей при их разделении и сравнительнеого анализа условий прохождения нитей через ценовое поле проведен анализ геометрической модели разделения нитей в ценовом поле при использовании различных схем заправки шлихтовальной машини.
3. Для оценки напряженно-деформированного состояния нитей на шлихтовальной машине рассчитана повреждаемость нитей при их разделении в ценовом поле. Установлено, что применение усовершенствованной схемы заправки шлихтовальной машины позволяет в 3.3 раза уменьшить повреждаемость нитей с целью улучшения физико-механических свойств нитей и повышения их технологической способности к переработке в ткачестве.
Для анализа сложных технологических процессов широкое применение нашли математические методы планирования и анализа экспериментальных данных, позволяющие получить математическую модель процесса или объекта, оценить степень влияния входных факторов на критерии оптимизации, спрогнозировать свойства выходящего продукта и осуществить оптимизацию процесса.
Экспериментальные исследования включали 2 этапа: 1. Определение оптимальных технологических параметров шлихтования нитей для выработкой х/б высокоплотной ткани. 2. Определение оптимальных технологических параметров изготовления х/б высокоплотной ткани на бесчелночком ткацком станке СТЕ-220.
С целью определения оптимальных параметров шлихтования нитей для выработки высокоплотной ткани исследовалось влияние факторов, определяющих процесс шлихтования нитей, ка их свойства. Для этого применялся полный факторный эксперимент (ПФЭ), реализующий все возможные неповторяющиеся комбинации уровней исследуемых факто-роЕ, позволяющий по скаку и величине коэффициентов регрессии судить о силе и характере влияния факторов на выходной параметр.
Определение оптимальных технологических параметров машины ШБ-11/180-Л-ЗМ
Одним из основных направлений технического прогресса Б отечественной х/б промышленности является оптимизация технологического процесса шлихтования с целью получения нитей с заданными показателями свойств.
Несовершенство существующей технологии подготовки нитей к ткачеству высокоплотных тканей значительно снижает ассортиментные возможности отечественного ткацісого оборудования. Поэтому целью исследований, представленных в данной главе являлась разработка технологии подготовки нитей основы к тісачеот-ву высокоплотных тканей. Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи: - разработаны условия подготовки высокоплотных основ к ткачеству на отечественном технологическом обрудовакии; - исследовано влияние технологических параметров шлихтования на физико-механические свойства нитей, используемых для выработки высокоплотных тканей; - определены оптимальные технологические параметры шлихтования нитей основы для выработки высокоплотных тканей.
Первым этапом работы являлось исследование физико-механических свойств нитей при использовании существующей технологии подготовки нитей основы к ткачеству с различной плотностью основ при шлихтовании.
Для зтого были проведены испытания нитей базовой ткани арт. ЗЗМХ и ткани арт. 3163, имеющих одинаковую линейную плотность нитей То = Ту = 36 текс, ошлихтованных в одинаковых условиях. Основной отличительной особенностью этих тканей являлось следующее: число нитей основы в процессе шлихтования при одинаковой ширине заправки было в 2,5 роза больше у ткани базового арт. 38 MX.
Аналив данных таблицы 4.1 показывает, что весь комплекс физико-механических свойств лучше у ткани арт.3163, где плотность основ в процессе шлихтования была в 2,5 раза меньше плотности нитей арт.38 MX. Следовательно, уменьшение плотности основ при шлихтовании оказывает благотворное влияние на качество ошлихтованных нитей. Это происходит благодаря тому, что уменьшение плотности шлихтуемых основ способствует увеличению площади контакта нити с раствором шлихты, что приводит к более быстрому и глубокому проникновению шлихты в нить, имееющую пористо-капиллярную структуру.
Анализ уравнения показывает, что увеличение площади нити, участвующей в процессе контакта со шлихтой приведет к лучшему проникновению шлихты ЕК /хрЬ нити.
Поэтому, с целью увеличения площади контакта нити со шлихтой, нами была предложена усовершенствованная схема заправки шлихтовальной машины ШВ-11/180-Л-ЗМ-, обеспечивающая необходимые условия подготовки высокоплотных основ к ткачеству.
Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что процесс шлихтования с применением усовершенствованной схемы зздрзвки шлихтовальной машины позволяет увеличить: - разрывную нагрузку нитей на 29.8 % ( при обычной заправке рост разрывной нагрузки составляет 14.7 Ж ); - количество циклов на многократное растяжение в 6.9 раза ( при обычной - в 4.6 раза ); - приклей на 1.7 %.
Исследование разрывной нагрузки и разрывного удлинения нитей, количества циклов на многократное истирание и многократное растяжение нитей, приклея проводилось в процессе проведения ПФЭ. Матрица планирования эксперимента, факторы и уровни их варьирования представлены в таблицах 3.1 и 3.2 п.1 главы 3. Результаты исследования приведены в таблице 4.3. Приведенные данные свидетельствуют о том, что параметры шлихтования оказывают существенное влияние на свойства нитей.
На основе математической обработки экспериментальных данных была получена математическая модель технологического процесса шлихтования, устанавливающая взаимосвязь между параметрами шлихтования и свойствами ошлихтованных нитей. Коэффициенты уравнений регрессии, табличные и расчетные значения критерия Фишера представлены в таблице 4.4. Значимые коэффициенты регрессии подчеркнуты.
