Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ научной и технической литературы 7
Выводы по разделу 27
2. Подача нити к рапирам 28
2.1. Отмеривающий и компенсирующий механизмы 28
2.2. Кинематика компенсатора 34
2.3. Кинематика нити при существующей схеме заправки утка 53
2.4. Кинематика нити при упрощенной схеме заправки утка 62
Выводы по разделу 79
3. Прокладывание утка в зеве 80
3.1. Движение рапир и нити 80
3.2. Натяжение уточной нити при существующее схеме заправки утка 84
3.3. Натяжение уточной нити при упрощенной схеме заправки утка 106
Выводы по разделу 118
4. Оптимизация объектов исследования 119
4.1. Предварительный эксперимент 119
4.2. Параметры заправки основы 122
4.3. Параметры заправки утка 128
Выводы по разделу 135
Обобщенные выводы и рекомендации 136
Список литературы 138
- Отмеривающий и компенсирующий механизмы
- Кинематика нити при существующей схеме заправки утка
- Натяжение уточной нити при существующее схеме заправки утка
- Параметры заправки основы
Введение к работе
С каждым годом спрос на технические ткани возрастает. Они используются в космической технике, авиа- и судостроении, оборонном комплексе и многих других отраслях народного хозяйства. Однако их получение связано с определенными трудностями. Большинство ткацких станков предназначено для выработки тканей из натуральных волокон тогда как в тканях технического назначения, в основном, используются высокомодульные синтетические нити. Это вызывает определенные сложности в ткачестве. Приходится разрабатывать новые технологии подготовки полуфабрикатов, производить модернизацию существующего ткацкого оборудования. Последнее существенно снижает затраты при производстве тканей специального назначения, что делает их выпуск экономически целесообразным. В этом заключается актуальность работы.
Цель работы заключается в создании и получении технических тканей, используемых в оборонном комплексе.
Для достижения поставленной цели ставятся и решаются следующие задачи:
- обосновываются прочностные характеристики ткани, волокнистый состав нитей основы и утка, ряд других показателей;
- анализируются возможности ткацкого оборудования и обосновывается тип станка, обеспечивающего получение ткани заданных характеристик;
- исследуется процесс питания станка утком, вносятся изменения в схему его заправки, повышающие надежность прокладывания в зеве нитей из стекла; - подрабатываются параметры заправки станка, обеспечивающие его высокую производительность.
Методы исследования. В работе использовались основные положения векторной алгебры, методы научного познания анализ и синтез, эксперимент, уравнение механики переменной массы, аналитический метод и др. При обработке полученных данных использовались компьютерные технологии.
Научная новизна работы заключается в том, что автором впервые сделано следующее:
- разработана и получена техническая ткань, где в качестве основы используется пряжа из хлопка, а в качестве утка — сдвоенные комплексные стеклонити, за счет которых удалось втрое повысить прочностные характеристики ткани по утку при сохранении поверхностной плотности, соответствующей миткалю арт. 43/78;
- исследован процесс прокладывания уточной стеклонити на ткацких станках СТБ2 - 180, П - 125ZE8 и АТПР - 100 - 4. На первых двух типах станков не удалось добиться надежного прокладывания уточной нити: на станке СТБ стальные губки прокладчика разрушают нить, а на пневматическом станке она прокладывается только до середины полотна. Наиболее приемлемым для получения данной ткани оказался станок АТПР.
- исследовано движение уточной стеклонити при существующей схеме ее заправки на станке АТПР, при которой наблюдались случаи потери нити приемной рапирой в период схождения рапир в зеве, что связано с силами трения, препятствующими скольжению нити при ее огибании нитепроводников компенсатора;
предложена упрощенная схема заправки утка с меньшим сопротивлением движению нити, что повысило надежность прокладывания стеклонити в зеве и позволило получить ткань удовлетворительного качества; - произведен сравнительный анализ питания станка утком при существующей и упрощенной схемах заправки нити, определены оптимальные параметры перехода нити из рапиры в рапиру;
- исследована кинематика звеньев компенсатора и движение уточной нити при разных схемах ее заправки на станке, определены перемещение, скорость и ускорение нити, дан анализ изменения этих величин;
- исследовано натяжение уточной нити из стекла для периода прокладывания ее в зеве, в основу которого положены основные определения динамики точки переменной массы.
Практическая значимость работы. Получена техническая ткань из нитей стекла и хлопка, которая разработана на основе миткаля арт. 43/78. При проектировании ткани было учтено, что поверхностная плотность ее не должна превышать аналогичную плотность для указанного выше артикула, но при этом прочность ткани на разрыв в направлении утка должна быть повышена втрое;
- на основе векторного анализа получены законы перемещения звеньев компенсатора и движения нити при двух схемах ее заправки на станке, получены расчетные формулы для нахождения перемещения, скорости и ускорения нити;
- предложена упрощенная схема заправки уточной нити, снижающая сопротивление ее движению по направляющим компенсатора на 38,4%, что позволило повысить надежность прокладывания стеклонити на станке ATI IP. Данную схему заправки утка можно использовать не только для технических высокомодульных нитей, но и для нитей из натуральных волокон;
- получены расчетные уравнения по определению натяжения нити при ее выходе из уточной вилочки и для зон движения нити по направляющим компенсатора, что позволяет дать более точную оценку кинематики нити из стекла;
- разработаны параметры заправки основы и утка, снижающие обрывность при работе станка, а также повышающие надежность прокладывания в зеве стеклонити;
- результаты исследовательской работы могут быть использованы в учебном процессе при изучении студентами курса по технологии ткачества.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА, на техническом научном семинаре, на межвузовских научно-технических конференциях «Поиск-2006», «Поиск-2007», «Поиск-2008» и «Прогресс-2006», «Прогресс-2007», «Прогресс-2008».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», 4 статьи в журнале «Известия Ивановского отделения Петровской академии наук и искусств», девять тезисов докладов на межвузовских научно-технических конференциях, проводимых в ИГТА.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций. Она содержит 149 страниц текста, 27 таблиц, 17 рисунков, приложения. Список литературы включает 97 наименований. В приложениях приводятся образцы полученных тканей, акт промышленной апробации работы.
Отмеривающий и компенсирующий механизмы
В публикации [42] рассматривается натяжение нити при прокладывании ее в воздушном потоке. Приводятся аналитические зависимости, применимые для предварительного расчета скорости принудительной подачи и длины прокидки нити в воздушном потоке. Движение нити будет устойчивым, если при перемещении ведущего ее конца вдоль оси воздушного потока натяжение на ведомом конце увеличивается, а скорость нити не превышает скорости воздушного потока вдоль всей длины прокидки. Длина прокладываемой уточной нити зависит от характера распределения скорости воздушного потока, скорости принудительной подачи нити и не должна превышать определенной для заданных параметров величины. В работе [60] анализ тензограмм, полученных для определения величины и характера натяжения уточной нити на станке АТПР - 100, показал, что среднее натяжение уточной нити за один оборот главного вала ткацкого станка колеблется от 3 до 8 сН, а максимальное значение натяжения 52 сН достигается в момент действия компенсатора. В основном недолеты утка являются следствием увеличения натяжения уточины в конце прокладывания, что, в первую очередь, зависит от взаимодействия нити с компенсатором и давления воздуха в рапирах.
В публикации [45], рассматривается возможность выработки хлопчатобумажных тканей из пряжи малой линейной плотности на ткацких станках АТПР. С помощью методов планирования и анализа эксперимента определены оптимальные технологические параметры получения рассматриваемых тканей на пневморапирном ткацком станке АТПР — 100 — 4, которые способствуют выработке ткани арт. 966. В результате оптимизации процесса выработки ткани обрывность по основе снижается в 2,5 раза и по утку в 3,5 раза, к тому же в 2,5 раза снижается количество недолетов утка.
. В публикации [20] исследованы условия работы уточных нитей в зоне формирования ткани, изменение их натяжения по ширине полотна и по глубине зоны, а также взаимодействие с зубьями берда. Значительные изменения натяжения уточины по ее длине в зоне формирования вызывают необходимость усовершенствования процесса формирования ткани с целью выравнивания условий работы уточных и основных нитей по ширине заправки станка.
Автор [53] доказывает возможность изготовления х/б тканей из пряжи линейной плотности 60 текса на станке АТПР. Определены оптимальные параметры обеспечивающие изготовление их с небольшой обрывностью нитей основы и утка. Изготовление ткани данного ассортимента на станке АТПР возможно при условии использования рапир специальной конструкции с дополнительным подсосом воздуха.
В работе [29] приведены функциональные зависимости для расчета напряженно деформационного состояния нитей основы за один оборот главного вала станка, а также обоснована необходимость учета вязкоупругих параметров при расчете натяжения и деформации нитей. Установлено, что деформация утка в различные периоды тканеформирования, рассчитанная по упругой модели, значительно меньше, чем рассчитанная по вязкоупругой.
В монографиях [67, 59] сформулированы условия качественного перехода нити из подающей в приемную рапиру. Разработана имитационная статическая модель прокладывания уточной нити на станке АТПР, которая дает возможность теоретического исследования этого процесса с помощью ЭВМ. Предложены оптимальные режимы работы ткацкого станка АТПР — 120, обеспечивающие минимальное число недолетов утка.
Кинематика нити при существующей схеме заправки утка
На пневморапирных станках необходимое натяжение уточной нити обеспечивается в основном усилием создаваемым компенсатором. Поэтому параметры его наладки — величина хода (Н) и угол начала опускания ушка ( р)- могут оказывать влияние на длину прокладываемой в зев уточины. После экспериментальных исследований и определения уработки нитей утка авторами сделаны следующие выводы: - уработка уточных нитей в ткани справа всегда больше средней уработки; - чем больше угол начала опускания компенсатора (чем позднее начинает опускаться его ушко), тем выше уработка уточных нитей; - с увеличением размаха компенсатора уработка утка уменьшается; - максимальная величина уработки уточных нитей обеспечивается при минимальном размахе и самом позднем опускании компенсатора.
В публикации [48] целью исследования была оптимизация параметров заправки репса арт. 871 на станках АТПР. Критериями оптимизации служили обрывность основных нитей и расчетная величина суммарной работы деформации при прибое.
Эксперимент проводили по точному факторному плану с малым числом опытов, близкому к Д-оптимальному. Были выбраны три основных фактора, влияющие на обрывность и работу деформации основных нитей: X] - величина заступа, град; Хг — натяжение нитей основы в зоне скало — ламели, регулируемое положением пружины на фигурных рычагах подвижной системы скала, сН; Х3 — положение основонаблюдателя по глубине станка по горизонтали относительно скала. Проведенные исследования показали, что определение оптимальных параметров заправки станка можно провести в течении небольшого времени факторный эксперимент, позволяющий определить расчетное значение суммарной работы деформации основных нитей вследствие прибоя. В работе [50] описываются результаты исследований, проведенных на специальном испытательном стенде для пневматического способа прокладывания утка. Изучалось влияние на параметры процесса прокладывания уточной нити линейной плотности волокна и пряжи, ее крутки, способа получения, соотношения различных компонентов.
Результаты испытаний на стенде пряжи из полиакрилонитрильных и полиэфирных волокон линейной плотностью 60, 130 и 220 мтекс показали, что скорость прокладывания пряжи из более грубых волокон выше. Данные были проверены на пряже кольцевого и пневмомеханического способов прядения. Более грубая пряжа имеет большую ворсистость, из-за чего повышается усилие передачи нити. Пряжа из полиакрилонитрильных волокон прокладывается с более высокой скоростью, чем пряжа из полиэфирных волокон.
На время прокладывания оказывает влияние линейная плотность пряжи: более грубая пряжа требует большего времени прокладывания.
Исследователями установлено, что увеличение коэффициента крутки пряжи кольцевого способа прядения с 75 до 110 является причиной снижения ворсистости. Дальнейшее увеличение крутки приводит к увеличению ворсистости. Этот можно объяснить тем, что кончики волокон вследствие значительного угла наклона их к оси и высоких усилий изгиба топорщатся сильнее. Исследования показали также, что время прокладывания зависит от свойств пряжи, определяемых способом ее получения. Структура пряжи пневмомеханического способа прядения способствует увеличению времени прокладывания.
С увеличением доли вложения в пряжу полиэфирного волокна снижается скорость прокладывания утка. Это можно объяснить большей длиной полиэфирных волокон, а следовательно, их меньшим числом. Большое значение имеет также меньшая плотность хлопкового волокна и иная форма поперечного сечения.
Проведена работа [46], цель которой состоит в выявлении возможности изготовления авровых тканей на станке АТПР. Для этого сравнивалась структура образцов ткани, выработанных на пневморапирном станке и на станке AT— 100.
Анализ данных, полученных в ходе исследований свидетельствует о том, что в процессе ткачества нити основы и утка в вертикальном направлении утоняются, а горизонтальном направлении происходит их утолщение. При этом размеры нитей утка изменяются в большей степени, что можно объяснить использованием в основе и утке различных нитей — натурального шелка и вискозных.
Согласно полученным данным в ткани со станка АТПР — 100 смятие нитей меньше, чем в ткани со станка AT — 100, т.е. технологический процесс ткачества на пневморапирном станке протекает более благоприятно. В связи с меньшим смятием нитей несколько снижается коэффициент наполнения ткани волокнистым материалом, что, однако, не оказывает существенного влияния на ее внешний вид.
Натяжение уточной нити при существующее схеме заправки утка
Проведенные исследования позволяют выявить наиболее рациональные наладки пневморапир, снизить себестоимость тканей за счет экономичного расхода сжатого воздуха, повысить сортность вырабатываемых тканей и производительность труда. Исследователями [76] установлено, что силовое замыкание между уточной нитью и нитепроводниками при пневморапирном способе прокладывания утка обуславливает наличие предельной скорости подачи уточной нити механизмами компенсатора и отмеривания. Превышение предельной скорости подачи нити приводит к образованию ее напуска в зоне компенсатора. Напуск уточной нити нежелателен не только потому, что нарушается циклограмма движения конца уточной нити, но и потому, что приводит к повышенным динамическим нагрузкам на нить. Динамические нагрузки могут вызвать как обрывы нити в ослабленных местах, так и недолеты уточной нити вследствие задержек в движении нити из-за возникновения повышенных значений сил трения между нитью и нитепроводниками. Для устранения напуска, следовательно, и динамических усилий нити после напуска необходимо обеспечить такую наладку станка, при которой скорость движения уточной нити не будет превышать предельной скорости.
Авторами [39] поведены исследования тканей со станков АТПР. Наблюдалось снижение качества левой стороны ткани, что связано с процессами раскрутки уточной нити при прокладывании ее с помощью рапир. Расчетные значения крутки раскручиваемой уточной нити позволили получить количественную оценку выявленного недостатка. Метолом описания реальной нити как идеальной с характерным для текстильных материалов дефектами получено дифференциальное уравнение второго порядка, характеризующее процесс раскручивания нити с учетом аэродинамических сил. Рассчитаны показатели распределения крутки по длине хлопчатобумажной нити 25 текс.
На основании проведенных исследований авторами сделаны выводы, что для улучшения качества ткани на станке АТПР необходимо предусмотреть механизмы препятствующие раскручиванию уточной нити в период выстоя подающей рапиры и при свободном движении нити в зеве. В работе [17] были проведены исследования влияния релаксационной (остаточной) крутки уточной нити на прочность ткани.
Получены эмпирические формулы, позволяющие оценить влияние на крутку нити ее линейной плотности и способа прядения. Составлена программа, согласно которой на ЭВМ было рассчитано распределение крутки нити по длине после полного прокидывания уточной нити через зев. Это позволило определить длину левого конца уточной нити, прочность которого не соответствует необходимым требованиям.
Теоретические расчеты подтверждены экспериментальными исследованиями прочностных свойств ткани. Исследователями сделан вывод, что для получения на станках АТПР тканей с равномерной прочностью по ширине полотна необходимо в качестве утка применять хлопчатобумажную пряжу пневмомеханического способа прядения с начальной круткой, близкой к критическому значению.
В публикации [87] разработана новая конструкция рапир, позволяющая без изменения конструкций других механизмов и деталей станка существенно повысить надежность прокладывания уточной нити, повышения качества вырабатываемых тканей и снижения характерного порока тканей, вырабатываемых на этих станках - недолеты утка.
Для ускорения оснащения фабрик новыми рапирами разработана оригинальная технология модернизации рапир, позволяющая существенно снизить время изготовления рапир и потенциальные затраты. Установка модернизированных рапир на ряде предприятий позволила существенно снизить недолет уточной нити, а разработанная технология — ускорить процесс оснащения предприятий новыми рапирами.
Параметры заправки основы
В монографии [68] установлена зависимость параметров движения рапирного механизма от угла поворота главного вала станка. Получено точное аналитическое выражение подаваемой компенсатором длины нити через угол поворота главного вала станка, скорость и ускорение подачи нити. Расчет этих зависимостей выполнен с применением ЭВМ, исходные параметры приняты по данным Климовского машиностроительного завода, при этом выявлена достаточно хорошая согласованность работы компенсатора и рапирного механизмов. Полученные математические модели позволяют легко обнаружить пригодность любого нового набора конструктивных параметров компенсатора и рапирного механизма и наметить пути его улучшения. Кроме того с их помощью можно определить влияние параметров конструкции отдельных механизмов на процесс подачи уточной нити в зев.
В работе [66] рассмотрены вопросы изменения технологических параметров воздушных потоков в рапирах в зависимости от их конструкции. Установлено влияние этих параметров на эффективность прокладывания уточных нитей при различных способах прядения.
Исследователями установлено, что подавляющее большинство недолетов утка образуется из-за неправильной передачи уточной нити из правой рапиры в левую. Установлено также, что количество недолетов утка не подчиняется ни одному теоретическому закону распределения дискретной величины, что вызывается неправильной установкой параметров заправки утка без учета аэродинамических характеристик самих рапир.
В работе [28] с целью получения более благоприятного закона компенсирования, рассмотрена возможность изменения параметров механизма пространственного шарнирного четырехзвенника, который установлен на серийно выпускаемых станках АТПР. Разработана программа
расчета на ЭВМ совместной работы трех механизмов: Механизма отмера уточной нити, механизма компенсации и рапирного механизма.
Анализ полученных данных показал, что применив смещение оси кривошипа в механизме компенсации уточной нити и не изменяя при этом размеров и конструкций других звеньев, можно улучшить закон компенсации уточной нити. Оптимальным вариантом признан механизм со смещением оси кривошипа на 40 мм. При этом подача длины уточной нити в приемную рапиру в начальный период увеличивается, что позволяет повысить надежность удержания конца уточины в приемной рапире и снизить недолеты утка.
В монографии [88] разработаны оптимальные параметры изготовления хлопчатобумажных тканей на станках СТБ и ATI IP в условиях Кировского производственного меланжевого объединения.
Экспериментальные работы, в ходе которых исследовалось натяжение основных нитей в зоне «навой — скало» и «скало — основонаблюдатель» показали, что механизм подвижного скала слабо реагирует на изменение натяжения основы при зевообразовании и практически не реагирует на изменение натяжения при прибое уточной нити. Исследователям это позволяет сделать о том, что существующий основный регулятор, поддерживая среднее натяжение нитей основы, на реагирует на внутрицикловые колебания и нуждается в дальнейшем совершенствовании.
Авторами предложена измененная конструкция системы подвижного скала, позволяющая уменьшить амплитуду внутрицикловых колебаний натяжения нитей основы, уменьшить потерю прочности нитей в процессе ткачества, улучшить условия изготовления ткани.
Внедрение результатов исследований позволило уменьшить обрывность в процессе ткачества, повысить производительность оборудования и улучшить физико-механические свойства ткани.
В публикации [65] с целью определения влияния способа формирования уточной пряжи на натяжение утка в зоне уточного контролера на пневморапирных ткацких станках записывалось натяжение при прокладывании уточной пряжи 50 и 60 текс кольцевого и пневмомеханического способов прядения. Перерабатывалась пряжа четырех опытных партий с одинаковой круткой. Анализировалось максимальное натяжение утка перед его отрезанием в момент нижнего положения компенсатора. Эксперимент и обработка его результатов проводилась по плану ПФЭ 2 . В исследуемых пределах влияние способа формирования утка более значительно по сравнению с влиянием линейной плотности уточной пряжи. Натяжение утка перед отрезанием при прокладывании утка кольцевого способа прядения в 1,4 раза больше, чем при прокладывании утка с машин БД-200, причем эта разница увеличивается с увеличением радиуса действия компенсатора. Такая закономерность сохраняется при прокладывании утка как с цилиндрических, так и с конических бобин машин БД-200, что объясняется структурными особенностями кольцевой пряжи, отличающейся большей засоренностью, неравномерностью и ворсистостью, увеличивающих трение между проложенной уточиной и нитями основы в момент заступа при обратном перемещении уточины под действием компенсатора перед ее отрезанием и пробоем. Прокладывание утка с машин БД-200 с меньшим натяжением при прочих равных условиях увеличивает длину уточины в среднем на 10 мм по сравнению с прокладыванием утка с кольцепрядильных машин.
В публикации [36] рассматривали надежность прокладывания уточной нити в зев основы на пневморапирном ткацком станке АТПР. Этот процесс во многом зависит от устойчивости питания рапир сжатым воздухом. Проведенный сравнительный анализ работы станка при питании рапир сжатым воздухом из индивидуального компрессора и пневмолинии показал, что при выработке шелковых тканей из химических нитей предпочтение следует отдавать централизованной подаче воздуха.
Предложен новый способ питания рапир сжатым воздухом, основанный на прекращении подачи сжатого воздуха в подающую рапиру после передачи ею уточной нити и усилении струи сжатого воздуха в приемную рапиру. Разработано устройство для его осуществления. Методом осциллографирования с применением разработанного автором мембранного тензодатчика установлено, что нарастание и убывание давления сжатого воздуха, подаваемого в подающую рапиру, подчиняется экспоненциальному закону. Оптимальные значения начала и длительности отсечки сжатого воздуха в подающую рапиру зависят от вида, линейной плотности уточной нити и ширины заправки ткани по берду. Применение этого способа повышает надежность прокладывания уточной нити до 1,8 раза и снижает число недолетов утка.
