Содержание к диссертации
Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Осевое сматывание пряжи 9
1.2 Входное натяжение нити 34
1.3 Факторы, влияющие на обрывность нити в процессе вязания 38
1.4 Транспортирование волокнистых материалов в зонах питания и выпуска текстильных машин 42
1.5 Выводы по главе 46
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 48
2.1 Натяжение нити в точке сматывания 48
2.2 Натяжение пряжи при ее скольжении по поверхности паковки 53
2.3 Определение оптимальных параметров сматывания пряжи с конической паковки при использовании подвижного нитенаправителя (шарика) 58
2.4 Влияние изменения провисания пряжи под действием воздушного потока на ее натяжение 78
2.5 Зависимость длины нити в петле трикотажного полотна от натяжения подаваемой нити 86
2.6 Выводы по главе 91
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАТЯЖЕНИЯ ПРЯЖИ ПРИ СМАТЫВАНИИ И ДЛИНЫ НИТИ В ПЕТЛЕТРИКОТАЖНОГО ПОЛОТНА 92
3.1 Разработка методики экспериментального исследования натяжения нити 92
3.2 Исследования натяжения нити в процессе ее осевого сматывания с бобины 94
3.3 Экспериментальное определение длины нити в петле трикотажного полотна 99
3.4 Выводы по главе 104
4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ..105
4.1 Проблема обрывности трикотажной пряжи 105
4.2 Факторы, влияющие на обрывность пряжи в процессе вязания 105
4.3 Обрывность как следствие разрушения нитей и петель трикотажа 108
4.4 Критерии разрушения нити в процессе вязания 110
4.5 Выводы по главе 114
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 115
ЛИТЕРАТУРА 117
ПРИЛОЖЕНИЯ 129
- Осевое сматывание пряжи
- Натяжение нити в точке сматывания
- Разработка методики экспериментального исследования натяжения нити
- Проблема обрывности трикотажной пряжи
Введение к работе
Актуальность проблемы. Текстильная и лёгкая промышленность страны -это крупный производственно-экономический комплекс. В решении задач ускорения научно-технического проіресса, роста производительности труда, улучшения качества работы и выпуска конкурентоспособной продукции немалая роль, наряду с текстильной, принадлежит лёгкой промышленное и, в частности, трикотажному производству.
В современной технологии трикотажного производства основным средством изготовления полотна и деталей одежды является трикогажная пряжа, поэтому качество трикотажных изделий в большей степени определяется качеством трикотажной пряжи. В связи с этим трикотажная пряжа должна удовлетворять ряду требований, основными из которых являются:
-
прочность;
-
равномерность по линейной плотности.
Недостаточная прочность и повышенная неповнота ведбт к увеличению обрывности пряжи, в процессе вязания. Из-за высокой обрывности трикотажной пряжи ухудшается качество продукции и снижается производительность труда. Часть рабочего времени приходится затрачивать на ликвидацию обрывов пряжи и на устранение последствий этих обрывов.
В условиях существующей технологии вязания трикотажных полотен и изделий и внедрения нового оборудования исследование процессов шпенодачи, особенно на многосистемных трикотажных машинах, приобретает все большее значение.
Настоящая диссертационная работа посвящена решению задач, связанных с созданием и внедрением в производство высокоэффективных способов и средств улучшения процесса нитеподачя.
Работа выполнена в соответствии с планом исследований Ивановской юсу-дарственной текстильной академии и в рамках научно-технической программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» па 2003 -2004 гг.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности трикотажного производства путем совершенствования процесса нитеподачи на многосистемиых трикотажных машинах за счет выравнивания натяжения и снижения обрывности трикотажной пряжи при сматывании с бобины и в процессе ее дальнейшей транспортировки в зону вязания.
Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
проанализировано современное состояние проблемы сматывания пряжи с паковок;
предложены пути снижения натяжения сматываемой пряжи с конических трикотажных бобин;
разработана математическая модель процесса осевого сматывания пряжи с паковки при использовании подвижного питенаправителя;
- получено теоретическое обоснование технологических характеристик
транспортируемого длинномерного текстильного материала, нагруженного равно
мерно распределенной наїрузкой и сосредоточенными силами, с целью дальней
шего прогнозирования изменения этих характеристик;
- разработано специальное устройство (подвижный нитенаправитель) для
снижения и выравнивания натяжения пряжи при безбаллонном сматывании с ко
нических трикотажных бобин, позволяющее уменьшить обрывность пряжи и ста
билизировать длину ниш в петле рисунчатого трикотажного полотна.
Методика исследований. При теоретическом изучении рассматриваемой проблемы использованы методы дифференциального и интегрального исчислений, математического моделирования, теоретической механики, механики идеально гибкой нити.
Экспериментальные исследования проводились с применением современной измерительной аппаратуры на лабораторном и действующем производственном оборудовании с использованием метода тензометрии для определения натяжения и метода непосредственного измерения для определения длины нити в петле. Обработка экспериментальных данных выполнена с применением методов математической статистики на ЭВМ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке прикладных вопросов механики нити при сматывании пряжи с конической трикотажной бобины в случае использования подвижного нитенаправителя, а также при транспортировании нитей в зону вязания.
Н диссертационной работе впервые:
разработаны теоретические основы механизма сматывания нити с конических трикотажных наковок при использовании подвижного нитенаправителя;
получены выражения для определения натяжения сматываемой пряжи с использованием подвижного нитенаправителя и без него;
разработаны теоретические основы транспортирования пряжи для случая ее неравномерного провисания между рабочими органами текстильных машин.
Практическая значимость и реализации результатов работы. Разработанные способы но стабилизации процесса нитеподачй и технические средства для их реализации позволили повысить качество выпускаемой продукции и производительность труда в трикотажном производстве.
Созданные методики теоретического и экспериментального определения параметров натяжения пряжи при ее осевом сматывании с паковки и подачи в зону вязаний можно применять для оптимизации процессов нитеподачй на трикотажных машинах.
Результаты работы рекомендуются к использованию производственниками при совершенствовании процесса вязания, а также студентами при изучении дисциплин «Основы ресурсосберегающих технологий выработки трикотажных изделий» и «Технологии процессов выработки и строения трикотажа базовых рисунчатых переплетений».
Промышленная реализация результатов диссертационной работы осуществлена па Ивановском трикотажном предприятии 000 «Тритекс». Применение но-
вого способа и технических средств совершенствования процесса нитсподачи позволило нормализовать натяжение пряжи при подаче се в зону вязания, снизить обрывность нитей, выровнять длину нити в петле трикотажного полотна, тем самым улучшив его вешний вид.
Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на:
- международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2003 г.);
- межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов
«Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности.» (Поиск-
2004) г. Иваново, 2004 г.;
межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности.» (Поиск-2006) г. Иваново, 2006 г.;
расширенном заседании кафедры начертательной іхюмстрии и черчения Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 2006 г.).
Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, опубликованы в 8 печатных работах, в том числе две статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», одна статья в сборнике «Известия Ивановского отделения Петровской академии паук и искусств», одна депонированная статья, три тезиса докладов конференций, получено одно свидетельство РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из чешрех глав, содержит выводы и рекомендации, приложения, выполнена на 137 страницах машинописного текста, включает 29 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 114 наименований.
Осевое сматывание пряжи
Повышение качества выпускаемой продукции и эффективности производства в текстильной промышленности тесно связано с совершенствованием технологических процессов, в том числе и со снижением уровня обрывности пряжи.
Осевое сматывание нити с паковки является наиболее распространенным способом подачи нити для осуществления последующих технологических операций. Осевое сматывание производится на прядильно-крутильных, тростильных мотальных сновальных, трикотажных и других машинах. Широкое распространение процесса осевого сматывания требует обоснованного выбора геометрических, кинематических и динамических условий этого процесса, от которых зависит производительность труда и оборудования, а также качество продукции.
К процессу осевого сматывания пряжи предъявляют следующие основные технологические и технико-экономические требования:
- сматывание пряжи должно производиться при определенном и, по возможности, постоянном натяжении нити,
- сматывание должно происходить с низкой обрывностью,
- физико-механические свойства пряжи при сматывании не должны ухудшаться.
Несовершенство существующих процессов осевого сматывания приводит к невыполнению некоторых из этих требований. Например, при перемотке пряжи на мотальной машине уровень натяжения в вершине баллона сматывания возрастает в несколько раз к концу сматывания початка, сопровождаясь ростом неравномерности натяжения [1]. При сматывании с конической бобины в условиях сновки происходят значительные колебания как среднего натяжения по мере срабатывания бобины, так и натяжения за период сматывания [2]. Неравномерность натяжения нитей, полученная на мотальных и сновальных машинах, практически не устраняется на последующих переходах и является причиной брака и повышенной обрывности в ткачестве и трикотажном производстве [3].
Основным мероприятием для повышения производительности машин является повышение скоростей. Повышение скоростей, помимо увеличения производительности, позволяет сократить потребность в оборудовании и производственных площадях. Но повышение скорости сматывания пряжи без соответствующей технической подготовки оборудования приводит к росту натяжения и его неравномерности, увеличению обрывности пряжи, загрузки работницы, снижению коэффициента полезного времени машин и уменьшению выработки [4].
Может появиться опасение: не ухудшаются ли физико-механические свойства пряжи при сматывании ее с повышенными скоростями, а значит, и натяжениями. Опыты и расчеты [5,6,7] показали, что свойства пряжи при этом практически не изменяются. Объясняется это тем, что время действия больших нагрузок при сматывании невелико и релаксационные процессы не успевают развиться. Рост удлинений при очень малых временах воздействия нагрузок происходит в основном за счет роста упругих деформаций, а рост высокоэластических и пластических деформаций ничтожно мал. В [7] сказано: «... можно сделать общий принципиальный вывод, что интенсификацию скоростных режимов технологических процессов ограничивают не свойства текстильных волокон и нитей, а несовершенство осуществляющих эти процессы технических средств».
Таким образом, необходимо глубже исследовать причины изменения и неравномерности натяжения сматываемой нити, ее обрывности и на основании полученных результатов определить возможные пути улучшения процесса осевого сматывания. Это даст возможность увеличить скорость движения нити, позволит активней внедрять автоматизацию в процесс перемотки [8].
Рассмотрение вопросов, связанных с осевым сматыванием нити, требует знания основ механики нити. Настольной книгой каждого, кто хочет изучать вопросы равновесия или движения нити, должна быть известная монография А.П. Минакова [9], в которой изложена статика, кинематика и динамика гибкой растяжимой нити. В этой книге А.П. Минаков систематизировал и обобщил многочисленные работы по механике нити, выполненные, главным образом, зарубежными учеными. Целый ряд очень важных выводов и соотношений в этой книге получены впервые. Большой вклад, сделанный А.П. Минаковым в становление механики нити, как самостоятельной области науки, послужил толчком к дальнейшему, еще более интенсивному ее развитию. Этапы этого развития можно проследить по работам учеников и последователей А.П. Минакова: B.C. Щедрова [10], Ю.В. Якубовского [11-14], М.А. Зака [15-19], М.Т. Уразбаева [20], B.C. Живова [21-24], А.И. Алексеева [25], И.И. Мигушова [26-28], Е.Д. Ефремова [29] и других [30-38].
Вследствие многочисленности параметров, влияющих на движение нити при осевом сматывании, изучение формы и натяжения баллонирующей нити является довольно сложной задачей. Видимо, этим следует объяснить то, что «проблема борьбы с обрывностью при осевом сматывании не только не решена, но даже все еще не поставлена в надлежащем объеме и с достаточной ясностью» [39].
Натяжение нити в точке сматывания
Прежде чем перейти к натяжению нити в точке сматывания необходимо рассмотреть теорию удара материальной точки так как процесс отрыва подчиняется этой теории.
Натяжение нити в точке сматывания определяется свойствами волокна и нити, условиями наматывания и сматывания. Отметим, что в рабочем процессе сматывания нити с паковки силы сцепления, трения носят динамический характер, то есть зависят от скорости и ускорения сматывания. Так в паковке хлопчатобумажной пряжи сцепление витка нити с окружающими витками в основном обусловлено сцеплением выступающих из нити волоконец. Усилие, которое необходимо для ликвидации контактов сцепившихся волоконец, определяется трением, деформацией и обрывом этих волоконец и зависит от скорости и резкости отднрания нити от паковки. Зависимость силы трения от скорости носит сложный характер. Взаимодействие нити с объектом, задерживающим ее движение, при большой скорости носит характер удара.
Теоретический анализ натяжения нити в точке сматывания очень труден в основном из-за недостатка информации о количественных и качественных характеристиках влияния различного рода факторов на протекание изучаемого процесса.
Разработка методики экспериментального исследования натяжения нити
Натяжение нитей представляет собой силу. В соответствии с международной системой единиц СИ основной единицей измерения силы является «ньютон». До последнего времени при измерении натяжения нитей применяли единицы силы; килограмм-сила и грамм-сила. В этих единицах отградуированы и выпущенные ранее приборы. Вновь выпускаемые во всех странах приборы должны градуироваться в ньютонах.
Методы измерения натяжения нитей по существу сводятся к методам приложения силы к силоизмерительному прибору, а приборы для измерения натяжения нитей являются одним из видов силоизмерителей-динамометров.
Специфика методов и приборов как силоизмерителей обусловлена тем, что объектом измерения является движущаяся нить, величина натяжения которой относительно невелика (исключение составляют кордные нити, имеющие натяжение, измеряемое сотнями ньютонов), а частотный спектр измерений натяжения во времени довольно широк. Отмеченная специфика является причиной того, что для измерения натяжения нитей разрабатывают и применяют специализированные приборы, а силоизмерители общего назначения в большинстве случаев не могут быть использованы.
Существующие методы измерения натяжения нитей можно разделить на четыре основных вида:
1. Метод оценки натяжения нитей по величине равнодействующей натяжений, приложенной к огибаемому нитью нитепроводнику.
2. Метод оценки натяжения нитей по величинам сил (моментов), дейс-вующих на разматываемые паковки на машинах истендах или на детали машин.
3. Метод оценки натяжения нитей, состоящий в прямом приложении натяжения к силоизмерительному прибору.
4. Метод оценки натяжения нитей по их деформации.
В данной работе используются тензометрические датчики измерения натяжения нити, Этот метод обеспечивает высокую точность измерений, так как в нить не вводятся нитепроводники, искажающие ее натяжение.
К конструкции экспериментальных установок предъявляют следующие основные требования:
- высокая точность измерений;
- возможность изменения скорости движения нити; - относительно невысокая погрешность измерительной аппаратуры.
Учитывая эти рекомендации целесообразно использовать для измерения натяжения пряжи тензометрические датчики, причем непосредственно на самой машине, для большей точности измерений.
Бобина устанавливается неподвижно на шпуляриике машины, а вместо первого иитенаправляющего глазка 2 (рис, 2.13) устанавливается упругая балочка с наклеенными на нее тензометрическими датчиками, таким образом угол охвата нитепроводящего глазка будет совпадать с углом охвата нитена-правителя самой упругой балочки, что не вызовет погрешности в изменении натяжении нити при огибании ею нитепроводящих устройств [1.10].
Измерение натяжения сматываемой нити проводились со скоростью сматывания 0,2 м/с при вязании одного ряда кулирной глади. В заправке по-очереди использовалась пряжа № 50; № 54; № 65. Сила прижатия тарелочек нитенатяжителя составляла 10 сН.
Проблема обрывности трикотажной пряжи
Обрыв нити - это событие или явление, которое может происходить как при получении, так и при переработке нити, и, как правило случается при ее испытании и контроле. Обрыв - это всегда разрушение нити, связанное с нарушением ее целостности и невозможностью ее дальнейшего использования по назначению без специальных процедур по ликвидации обрыва самой нити. В данном разделе дается систематизация и анализ проблем, связанных с обрывом нити, и обсуждаются возможные пути их решения.
Обрыв нити на современных трикотажных машинах явление редкое, однако с учетом большого количества объектов, для которых это событие может наступить, оно достигает значительной величины и поэтому получило название обрывности. Обрывность - один из основных показателей качества технологического процесса. Это негативный показатель, при увеличении которого ухудшается качество готовой продукции и снижается производительность технологического оборудования. Поэтому обрывность нитей всегда стараются минимизировать.
Проблемы, связанные с обрывностью нитей сводятся в основном к следующему. Это прежде всего контроль и анализ обрывности, и, конечно ее минимизация.
Контроль обрывности заключается в подсчете числа обрывов на заданную длину или в течении заданного времени технологического процесса.
Анализ обрывности сводится к установлению закона распределения числа обрывов и систематизации ее причин [86].
