Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. За последнее время в мировой практике текстильного машиностроения наметились определенные тенденции в развитии ткацких станков. Ориентация идет на пневматические станки дяя выработки легких и средних по массе тканей и рапирные станки для изготовления более тяжелых тканей.
Замена челночного парка ткацких станков на бесчелночные пригула к сокращению ассортимента вырабатываемых тканей и повышению
расхода сырья на квадратный метр ткани. Так бесчелночные ткацкие станки, неоснащенные зевообразовательными каретками или жаккардовыми машинами, а они составляют основной парк ткацкого оборудования, практически не позволяют изготзализать ткани со специальными оффектэми на ее поверхности, в том число такими, как переменная плотность ткани по основе и утку в продольном направлении полотна. Учитывая высокую стоимость нового оборудования, исследования по расширению ассортимента тканей должно проводиться в направлении создания тканей новых структур с улучшенными потребительскими свойствами, разработки новых технологий и средств для их изготовления применительно к существующему парку бесчелночных ткацких станков. Следует отметить, что в последнее время вырос спрос на облегченные по массе ткани, имеющие на своей поверхности тканые эффекты, выполненные сочетанием переплетения и переменной плотности расположения основных и уточных нитей, которые относятся к тканям мелкоузорчатого класса переплетений. Для их выработки требуются ткацкие станки, оснащенные зевообрззовательными каретками или жаккардовыми машинами. Изготовление данных тканей на станках с кулачковыми зевообрззовательныш механизмами требует разработки специальных технология.
Новые технологии требуют создания технических решения, обеспечивающих их реализацию. Теоретические и экспериментальные исследования, проводимые в этих направлениях, должны положить основу в создании новых ткацких станков и механизмов, обесгочивашдах расширение ассортимента и качества вырабатываемой продукции. При этом необходимо найти пути снижения энергоемкости и себестоимости выпускаемых изделия, что позволит сделать ткацкое производство более гибким к потребностям рынка.
Критический анализ опубликованных работ показал, что до сих пор не существует обобщенной: теории проектирования и изготовления' узорчатых тканей с переменной плотностью по основе и утку одновременно в поперечном и продольном направлениях. Решение данной проблемы требует проведения комплексных теоретических и зкепери-. ментальных исследования процессов проектирования и изготовления узорчатых тканей на базе современных представлений теории строения и проектирования тканей.
Таким образом, разработка теоретических основ проекгировэиия узорчатых тканей новых структур с переменной плотностью, технология и средств их изготовления является своевременной и актуальной.
Работа выполнена в рамках межвузовской научно-технической
прогрэммы "Перспективные технологии, материалы и изделия легкой и текстильной промышленности (".Легтекст"), тематического плана научно-технических работ Ивановской государственной текстильной академии на 198S - 1998 гг.
І|ЕІІЬ РЛГОШ. Целью данной работы является разработка теоретических основ проектирования, научно обоснованных технологических и технических решений для изготовления узорчатых тканей новых структур с переменной плотностью расположения основных и уточнья нитей на бесчелночных ткацких станках.
Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:
- получена теоретическая зависимость, учитывающая взаимосвязь
расположения основных и уточных нитей в структуре однослойной TK3-
.ни, позволившая определить порядок фазы строения элементов раппорта узора ткани с переменной плотностью расположения нитей;
предложена новая теоретическая концепция расчета геометрической плотности ткани, давшая возможность раскрыть неопределенности при определении параметров строения тканей, имеющих порядки фазы строения близкие к крайним; исследования функциональной взаимосвязи диаметров нитей позволили сделать вывод о невозможности выработки однослойных тканей с одновременно 'равными предельными порядками фазы строения и сформулировать новую концепцию косвенной оценки напряженности процесса формирования ткани на ткацких станках, обеспечившую рациональный выбор ткацкого оборудования для изготовления узорчатых тканей новых структур;
разработана новая структура строения тканей с эффектом па-ременной плотности по основе в поперечном и утку в продольном направлениях, использование которой обеспечило возможность изготовления данных изделия на ткацких станках, оснащенных кулачковыми зе-вообразовэтельными механизмами;
предложена методика расчета параметров строения тканей, позволившая спроектировать новые узорчатые ткани с эффектом переменной плотности по основе и утку; теоретические зависимости, учитывающие взаимосвязь параметров структуры ткани и заправки ткацкого станка, обеспечили прогнозирование величины порядка фазы строения, яатикения нитей утка, жесткости нитей на изгаб элемента полотняного переплетения уаорчатой ткани, находящейся в заправке ткацкого станка;
создан комплекс технических решений, воплощенный в новых технологиях выработки тканей с. эффектом переменной плотности го
утку, обеспечивающий изготовление данных тканей на бесчелночных ткацких станках с кулачковыми горообразовательными механизмами; теоретические и экспериментальные исследования технических средств и натяжения нитей основы позволили рассчитать величину деформации нитей в процессах зевообразования и прибоя, силы прибоя при наработке уплотненной по утку полосы узорчатой ткани, что дало возможность нормализовать параметры строения и изготовления тканей с переменной плотностью расположения нитей;
разработан комплекс методов, обеспечивший изучение состояния нитея и ткани в динамических условиях на ткацком станке;
предложена новая концепция оценки характера расположения нитей основы и утка в тканях, сформированных полотняным и производными от него переплетениями, позволившая создать новые структуры тканей с переменной плотностью по основе в продольном и утку в поперечном направлениях и технологии выработки тканых изделия, основанные на использовании специальных устройств для смещения литой в горизонтальной плоскості? относительно своего продольного направления и комбинации в раппорте узора переплетений с различной длиной основных и уточных настилов;
создана методика проектирования узорчатых тканей с переменной плотностью расположения нитей основы в продольном и утка в поперечном направлениях, обеспечившая новый подход при моделировании тканых узоров на поверхности ткани.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. В теоретических исследованиях моделей строения тканей, проектировании их парамеїров применены методы дифференциального и интегрального исчисления, аналитической и начертательной геометрии, методы теоретической механики и сопротивления материалов, механики идеально гибкой нити, теории упругости и текстильного материаловедения. При анализе и проектировании' технических средств для реализации способов изготовления тканых изделии исгользозаны методы теоретической механики, теории механизмов и деталей машин. Экспериментальные исследования характеристик вырабатываемых изделий проводщшсь с прімоношом методов тензоштрического измерения натяжения шггей и 5« осциллогра-фирования, фотографирования. Основные теоретические положения, полученные в работе, подвергались экспериментальной проверке на стендах в лаборатории и на ткацких стачках .в производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Рекенжз уравнений выполлоно аналитиж»скіу.ги. и численной
методами, обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики и планирования эксперимента с использованием ЭВМ. Погрешности прямых и косвенных измерений определялись методами математической статистики и теории погрешностей. НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в том, что впервые:
разработана обобл;енная теория проектирования и изготовления узорчатых тканей новых структур, позволяющая на основе предложенных технологических и технических решения создавать ткани с аффектом переменной плотности расположения нитей на бесчелночных ткацких станках с кулачковым зевообразовательным механизмом;
получена формула для расчета порядка фазы строения, как однослойной ткани с равномерной структурой расположения нитей, так и элементов раппорта узора ткапи с эффектом переменной плотности;
теоретически обоснована модель элемента строения ткани для расчета геометрической плотности; раскрыты неопределенности при вычислении параметров строения ткани, имеющей порядок фазы строения близкий к крайнему; обосновано положение о невозможности изготовления однослойной ткани с одновременно равными предельными порядками фазы строения; введены понятия приведенных предельных коэффициентов наполнения ткани для сравнительной оценки напряженности выработки тканей на ткацких станках различных модификаций и определены их максимальные значения;
разработана новая структура однослойной ткани с переменной плотностью по основе в поперечном и утку в продольном направлениях для изготовления на бесчелночных ткацких станках с кулачковым зевообразовательным механизмом;
введено понятие подобной ткани при определении параметров строения узорчатых изделий с эффектом переменной плотности и предложен алгоритм расчета данных параметров; получены уравнения для определения средней уработки нитея в однослойных тканях с переменной структурой расположения нитей, а также уработки основных и уточных нитей в элементах раппорта узора данных тканей;
предложены уравнения для расчета порядка фазы строения, натяжения нитей утка, жесткости нитей на изгиб при прогнозировании структуры элемента полотняного переплетения, с неравномерным расположением основных нитея, узорчатой ткани, находящейся в заправке ткацкого станка;
проведены теоретические и экгоримантальные исследования процесса формирования уплотненной по утку полосы ткани с эффектом переменной плотности; получены формулы дія определения количества
нитей утка в разреженной и уплотненной полосах, з.ягоритм расчета деформации нитей основы от процессов зевообразозания и прибоя, характер изменения силы прибоя при наработке уплотненной полосы узорчатой ткани по утку; установлена закономерность перемещения опушки ткани в период работы блокировочного устройства средства изменения плотности по утку;
получены аналитические зависимости для проектирования и конструирования средств изменения плотности ткани по утку и нового кулачкового зевообразовательного механизма с увеличенной оборотностью;
установлены основные закономерности характера изменения натяжения нитей основы при изготовлении тканей с переменной плотностью расположения нитей на лвевморэпирных ткацких станках;
предложены зависимости для определения коэффициента жесткости системы заправки ткани при растяжении и параметров формирования ткани в динамических условиях на ткацком станке;
получены математические модели описывающие характер расположения основных и уточных нитей в тканях, сформированных полотняным и производными от него переплетениями; вскрыты причишл и описан процесс бокового смещения нитей относительно их продольного направления; созданы научныо основы проектирования новых структур.тканей с переменной плотностью по основе в продольном и утку в поперечном направлениях; введено понятие "плавающих" нитей основы и утка, предложены формулы для расчета уработки данных нитей в структуре узорчатой ткани.
Принципиальная новизна разработанных технологий и устройств подтверждена 10 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения [т 1680829, 1756414; 1756415; 1756416; 1803484; 1802001« 1802002; І810408; 2040S05; 2040608] .
Разработанные способы и технические средства изготовления узорчатых тканей новых структур с улучшенными потребительскими свойствами позволили значительно расширить ассортиментные возможности пневморзпкрных и пневматических ткацких станков с кулачковыми зевообразовательными механизмами.
Большая часть разработанной теории проектирования и изготовления узорчатых тканей опубликована автором в виде научных статей, которые используются НИИ, ОКБ, вузами, научными работниками и студентами в соответствующих научных исследованиях и инженерных расчетах.
Разработанный метод сравнительной оценки напряженности выработки ткани на ткацких станках позволил представить расчет приведенных предельных коэффициентов наполнения ткани волокнистым материалом в виде номограмм, что облегчает работникам текстильного производства и конструкторам производить рациональный выбор ткацкого оборудования для изготовления тканей с различными ткаными эффектами.
Предложенные технологические и технические решения для выработки узорчатых тканей с переменной плотностью могут быть взяты конструкторами за основу при создании нового поколения товарных регуляторов и зевообразовательных механизмов ткацких станков.
Теоретически и экспериментальные зависимости для расчета порядка фазы строения, геометрической плотности, приведенных предельных коэффициентов наполнения ткани волокнистым материалом, уработки нитей, жесткости нитей на изгиб, коэффициента жесткости системы заправки при растяжении и др. используются студентами ИГТА при изучении дисциплин "Теория строения, особенности заправки и изготовления тканей". "Методы и средства исследований технологических процессов", "Отроение и проектирование тканей" , в курсовом и дипломном проектировании, научно-исследовательской работе.
Результаты исследования неравномерности расположения нитей в структуре однослойной ткани, позволяют дессинаторам создавать новые структуры узорчатых тканей.
Внедрены следующие результаты работы:
технология и устройства [Пат.М<1680823; 1756414; 2040605] для выработки тканей с переменной плотностью на пневморапирных ткацких станках на АО "Фабрика им.СМ,Кирова"с годовым зковомичес-номическш эффектом 24 тыс. рублей (в ценах 1930 года), на АО "Кохматекстиль" с годовым экономическим эффектом 27 тыс. рублей <в ценах 1991 года); технология и устройство [Пат. Ш82040605; 2040608] для выработки тканей с переменной плотность» на пневматических ткацких станках в АО "Фабрика им.8 Марта" с годовым экономическим эффектом 20.47 млн. рублей (в ценах 1994 года);
теоретические и экспериментальные результаты, полученные при выполнении работы, внедрены в учебный процесс ИГТА при подготовке инженеров спец.280300 в курсах "Теория строения, особенности гаправки и изготовления тканей", "Методы и средства исследований технологических процессов", бакалавров по яагпивлзшга 551200 в дисциплине "Строение и проектирование тканей" и включены в учебные издания общим объемом 2.79 печатных листа.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материал по теме диссертации докладывались и получили одобрение на следующих конференциях и семинарах: областных научно- технических конференциях (Иваново - 1S88.1S88,1S89); зсэсоязной научно-технической конферэнции молодых ученых (Иваново - 1987); всесоюзной научно-технической конференции (Иваново 19S0); международных научно-технических конференциях (Иваново 1SS2- 1397); всероссийской научно-технической конференции (Москва-1SS7); республиканской научно-технической конференции (Ташкент 1997); научно-производственном семинаре кафедры ТМВ (ИГТА) и службы обеспечения качества АО "ивановский камвольный комбинат" (Иваново - 1S97); научно-кетодкческом семинаре кзфздры ткачества ИГТА (Иваново- 199G-1S38), на расширенном заседании кафедры ткачества ИГТА 28.04.93 г.. протокол КІ8.
Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты выполненных исследования представлены 20 статьям! в журналах и в межвузовских сборниках, 15 тезисами докладов нз изучно-техкичесюсс конференциях, 10 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, учебным пособием и текстом лекция для студентов спец. 280300.
ЛИЧНОЕ УЧАСТКЕ АВТОРА В ГОЛУЧИШИ НЗЛОЖЕШЇЬЇХ В ДИССЕРТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ. Постановка задачи, выбор методов и направлений исследования, обобщение полученных результатов, теорзтичестгие положения и выводы диссертации принадлежат автору. Разработка и создание технических средств, проведение экспериментальных исследований выползень) автором, а также аспирантами и студентами непосредственно под его руководством или при его участии. Во внедрении созданных технология и устройств принимали участие преподаватели кзфздры ткачества ИГТА и сотрудники промышленных гіредприятиз.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Работа состоит из' введения, анализа современного состояния исследования в области строения, проектирования и изготовления тканей (1 глава), результатов исследования (2-6 главы), общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 272 наименований, а такяю 8 прилоняяий. Основная часть диссертации изложена на 455 страницах машинописного текста, в число которых входят 72 рисунка, 31 таблица, список литарзтуры па 28 и приложения на 52 страницах.
