Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ работ по исследованию разрушающих воздействий технологической оснастки на основные нити 15
1.1. Об изучении разрушающих воздействий, воспринимаемых основными нитями в процессе ткачества 15
1.2. Оценка современной технологической оснастки ткацкого станка 19
1.2.1. Бердо 21
1.2.2 Ламели 26
1.2.3. Галева 29
1.3. Анализ исследований разрушения основных нитей от взаимодействия с технологической оснасткой ткацкого станка 39
1.3.1. Сравнительная оценка степени разрушения основы нитенаправляющими элементами технологической оснастки...39
1.3.2. Теоретические и экспериментальные исследования разрушения основных нитей в глазках галев ремиз 45
1.4.Выводы 58
2. Теоретический анализ процесса взаимодействия основной нити с элементами технологической оснастки ткацкого станка 61
2.1.Системный подход к исследованию процесса и обоснование принятых допущений 61
2.2. Функциональные зависимости деформаций растяжения ветвей зева от угла поворота главного вала 67
2.3. Компенсационные отклонения глазка галева и перемещение нити относительно глазка 71
2.4.Анализ силового взаимодействия в зоне контакта основной нити с глазком галева 74
2.5. Математическая модель натяжения нити в ветвях зева 82
2.6. Условия начала перемещения нити через глазок галева 91
2.7. Анализ сил, действующих на галево в процессе тканеобразования... 94
2.8. Расчет стрелы прогиба галева с учетом его конструктивных особенностей 102
2.8.1 .Метод автоматизированного расчета прогиба галева 102
2.8.2. Экспериментальные исследования влияния конструктивных особенностей пластинчатого галева на его изгибную жесткость 116
2.9. Рациональное соотношение направлений разворота глазка и крутки пряжи 121
2.10. Обоснование существования дополнительного угла разворота галева относительно галевоносителя 129
2.11. Расчет угла разворота глазка галева 135
2.12. Оценка интенсивности воздействия элементов технологической оснастки на основную нить в процессе ткачества 141
2.12.1. Взаимодействием нити с галевом в фазе заступа 141
2.12.2. Метод оценки контактных напряжений 146
2.12.3. Критерий интенсивности разрушающих воздействий элементов оснастки на основную нить 150
2.13. Выводы 155
3. Имитационная аналитическая модель процесса взаимодействия основной нити с элементами технологической оснастки ткацкого станка 159
3.1. Моделирование как средство исследования сложных систем 159
3.2. Структура процесса построения имитационной модели сложной системы 165
3.2.1. Постановка целей и задач моделирования 165
3.2.2. Разделение процесса функционирования системы на составляющие подпроцессы 168
3.2.3. Моделирующий алгоритм 169
3.2.4. Подготовка алгоритмической модели для программного моделирования 173
3.2.5. Проверка адекватности программной модели 187
3.3. Выводы 200
4. Производственный эксперимент 203
4.1. Исследование влияния конструктивных параметров галев на обрывность основных нитей 203
4.1.1. Описание и методика проведения эксперимента 203
4.1.2. Результаты наблюдений за обрывностью основных нитей 209
4.1.3.О законе распределения обрывности 212
4.1.4. Оценка существенности влияния конструктивных параметров галев на уровень обрывности 215
4.1.5. Исследования динамики уровня обрывности и изменения поверхности глазка галева от взаимодействия с нитями 217
4.2. Исследование потери прочности основных нитей после их взаимодействия с галевами ремиз 223
4.2.1. Методика проведения и общие результаты эксперимента 223
4.2.2. О соответствии распределения потери прочности нормальному закону 229
4.2.3. Оценка существенности влияния конструктивных параметров галев на величину потери прочности 230
4.3. Исследование корреляционной зависимости между уровнем обрывности и величиной потери прочности основных нитей 232
4.4. Выводы 236
5. Машинный эксперимент и практические приложения результатов работы 239
5.1. Корректировка входных параметров имитационной модели 239
5.2. Сравнительная оценка результатов производственного и машинного экспериментов 241
5.3. Полный факторный эксперимент 246
5.4. Практические приложения результатов работы 255
5.4.1. Оптимизация конструктивных параметров галев 255
5.4.2. Система информационной поддержки принятия эффективных решений 262
5.4.3. Организационно-программный комплекс 266
5.5. Выводы 271
Общие выводы и рекомендации 273
Библиографический список 276
Приложение 289
- Анализ исследований разрушения основных нитей от взаимодействия с технологической оснасткой ткацкого станка
- Функциональные зависимости деформаций растяжения ветвей зева от угла поворота главного вала
- Структура процесса построения имитационной модели сложной системы
- Исследование потери прочности основных нитей после их взаимодействия с галевами ремиз
Введение к работе
Актуальность темы
Одним из основных показателей эффективности работы ткацкого производства является производительность ткацких станков, зависящая от уровня обрывности основных и уточных нитей. Ликвидация обрывов вызывает значительные простои оборудования, затрудняет автоматизацию процесса ткачества и использование высокоскоростных станков с большим числом нитей в заправке. Обрывность ухудшает качество ткани и повышает ее себестоимость. Уровень обрывности основных нитей во многом зависит от степени разрушающих воздействий на них элементов технологической оснастки, с которыми нить взаимодействует в процессе ткачества (скало, ламели, галева ремиз, бердо).
В России технологическую оснастку для ткацких станков в настоящее время производят всего три крупных предприятия: ОАО «Ремиз» (Иваново), МЭЗ №1 (Москва) и ОАО «Красная маевка» (Кострома). Отсутствие конкуренции между отечественными производителями привело к сокращению ассортимента изделий. Зарубежные же производители технологической оснастки постоянно работают над расширением ассортимента и улучшением качества своей продукции. Отечественные производители перенимают конструктивные особенности и параметры зарубежной оснастки порой не имея обоснованной информации об их технологическом назначении и эксплуатационных возможностях.
В условиях рыночной экономики, когда на российском рынке появилась относительно дешевая оснастка из Индии и Китая (например, галева) у отечественных производителей появилась необходимость в повышении конкурентной способности выпускаемой продукции. Текстильные предприятия для повышения качества тканей и снижения их себестоимости, стремятся делать обоснованный выбор оснастки, руководствуясь не только ее стоимостью, но и высоким качеством, возможностью выбора наиболее подходящего типоразмера для заданного вида ткани. Поэтому предприятия-изготовители должны иметь научно-обоснованную информационную базу для поддержки принятия решения (111IF) по совершенствованию конструкции и технологии изготовления техоснастки, а текстильные предприятия - рекомендации по ее эффективному использованию.
К вопросам исследования взаимодействия основных нитей с элементами технологической оснастки в свое время обращались К.Г.Алексеев, М.С. Бородовский, А.А. Галкин, М.И. Лопухов, Е.Д. Ефремов, С.Н. Шутова, В.А. Любимов и др. Одним из важнейших элементов оснастки является галево ремизки. Значимость этого элемента связана не только со сроком службы и большими объемами поставок, но и с влиянием его на уровень обрывности и следовательно, на производительность ткацкого станка. Не случайно большинство научно-исследовательских работ, посвященных технологической оснастке, направлено на исследование конструктивных параметров галев и их влияния на износ основных нитей. Однако эти исследования носили локальный, эпизодический характер (путь трения нити относительно глазка, компенсационная траектория перемещения глазка, способ закрепления галева в ремизной раме, форма глазка и др.), а выводы, сделанные разными исследователями, иногда противоречат друг другу. Например, для уменьшения истирающих воздействий на основную нить галево должно быть гибким и податливым смещению вслед за нитью. С другой стороны, более жесткое галево меньше разрушается в области ушка. Это увеличивает срок их службы, уменьшает вероятность обрыва галева и образования в связи с этим порока ткани - подплетины. Чтобы найти «золотую середину», нужно иметь количественную оценку разрушающих воздействий элемента оснастки в зависимости от его конструктивных параметров, технологических параметров заправки и настройки станка. Обоснованный выбор, правильная эксплуатация и совершенствование конструктивных параметров оснастки требуют создания системы технической и информационной поддержки, базирующейся на взаимных интересах ее изготовителей и потребителей. Перспективным направлением научных исследований в области совершенствовании конструктивных параметров и создания системы сервисного обслуживания технологической оснастки является использование методов математического моделирования и современных ЭВМ.
В силу вышеизложенного, теоретические исследования разрушающих воздействий элементов технологической оснастки на основную нить, разработка на основе этих исследований имитационной модели процесса и получение с ее помощью новых знаний о моделируемом процессе, являются актуальными и могут быть использованы для решения задач оптимизации тка-необразования на ткацком станке.
Цели и задачи исследования
Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса ткачества за счет:
? применения организационно-программного комплекса (ОПК) обоснованного выбора элемента оснастки для заданного вида ткани и типа ткацкого станка;
? совершенствования конструктивных параметров элементов оснастки на основе информационной базы, полученной путем исследования процесса их воздействия на основные нити методом имитационного моделирования.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи: 1. Обзор и оценка современной технологической оснастки ткацкого станка. 2. Теоретический анализ процесса взаимодействия основной нити с нитенаправляющими элементами технологической оснастки.
3. Разработка методических принципов построения имитационной модели (ИМ) процесса взаимодействия основной нити с элементами технологической оснастки. Построение ИМ с критерием эффективности -показателем интенсивности контактного и фрикционного взаимодействия нити с галевом, как наиболее значимым элементом технологической оснастки.
4. Проведение машинного и производственного экспериментов.
5. Разработка метода выбора для заданного вида ткани оптимального типоразмера галева из вариантов, имеющихся в базе данных.
6. Создание информационной базы для ПНР по совершенствованию конструктивных параметров и при разработке нового ассортимента галев.
Теоретическая и методологическая основа исследования
Теоретической и методологической основой диссертационной работы явились труды известных отечественных и зарубежных авторов в области технологии ткачества, прикладной механики нити, текстильного материаловедения, механики контактного взаимодействия и теории упругости, математического моделирования, планирования эксперимента и статистического контроля в текстильной промышленности.
При выполнении диссертационной работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования.
При проведении теоретических исследований были использованы методы теоретической механики, сопротивления материалов, дифференциального и интегрального исчислений, линейной алгебры, векторного анализа.
В процессе построения математической модели применялись численные методы решения дифференциальных и трансцендентных уравнений, численное дифференцирование.
Программная реализация модели выполнена в среде программирования Delphi.
При проведении экспериментальных исследований применялись методы физического моделирования и планирования эксперимента. Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики с применением регрессионного, факторного и спектрального анализов.
Оптимизационный машинный эксперимент осуществлялся методом последовательного симплекс-планирования. Использованы пакеты прикладных программ Mathcad и Stadia.
Научная новизна работы
В работе впервые осуществлен системный подход к исследованию процесса взаимодействия элементов технологической оснастки и системы заправки ткацкого станка, где процесс рассмотрен как последовательная смена состояний сложной системы во времени. Разработан и принят за критерий эффективности функционирования системы интегральный показатель интенсивности взаимодействия нити с галевом, который отражает взаимосвязь конструктивных параметров галев, параметров вырабатываемой ткани, технологических параметров настройки и линейных размеров конструктивно-заправочной линии (КЗЛ) ткацкого станка, функциональных характеристик ремиз, берда и скала.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие новые результаты:
1. Разработана методика расчета величины перемещения нити относительно глазка для произвольного угла поворота главного вала с учетом состоя ния системы на предыдущем этапе, позволяющая уточнить величину текущей деформации растяжения ветвей зева..
2. Получены аналитические выражения сложной функциональной зависимости величины деформации растяжения ветвей зева от угла поворота главного вала, позволяющие рассчитывать натяжения в ветвях зева в произвольный момент тканеобразования с учетом текущего положения скала по высоте, величины смещения бердом опушки ткани, отклонения глазка галева и перемещения нити относительно глазка.
3. Разработана математическая модель натяжения линейно упругой на изгиб нити в передней и задней ветвях верхнего и нижнего полузева и получены обобщенные условия начала перемещения нити относительно глазка, которые позволяют совершенствовать модель в направлении учета вязкоупру-гих свойств нити..
4. Обосновано существование дополнительного угла разворота галева относительно галевоносителя и разработан метод расчета полного угла разворота глазка относительно оси основной нити , позволяющий уточнить величину стрелы прогиба галева, находящегося под действием косого изгиба.
5. Предложен метод автоматизированного расчета величины стрелы косого изгиба галева как растянуто-изогнутого стержня переменного сечения, позволяющий учитывать не только конструктивные параметры галев, но и их конструктивные особенности..
6. Теоретически и экспериментально доказано, что интенсивность разрушающих воздействий галева на основную нить зависит от ориентации галева в ремизном приборе. Установлено рациональное соотношение направлений разворота глазка галева и крутки пряжи.
7. Разработана математическая модель, реализованная в виде программы для ЭВМ, которая имитирует процесс взаимодействия основной нити с элементами технологической оснастки ткацкого станка за период образования раппорта ткани, позволяющая количественно оценивать влияние парамет 12 ров и функциональных характеристик элементов системы на показатель интенсивности разрушающих воздействий галева на основную нить.
8. Разработана методика определения оптимальных параметров галев, которые оказывают наименьшие по интенсивности разрушающие воздействия на основные нити при выработке заданного вида ткани при заданных геометрических и технологических параметрах настройки станка.
9. Разработана система компьютерной поддержки принятия решений (ППР):
? по выбору рационального типоразмера галева для заданного вида ткани из имеющихся в базе данных;
? по совершенствованию и изменению конструктивных параметров галев при проектировании нового ассортимента этого элемента технологической оснастки.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Одним из практических приложений ИМ стал ОПК, разработанный по заказу ОАО «Красная маевка» (г. Кострома). В состав комплекса вошли пакет программ, технический опросный лист и руководство для пользователя. Данный ОПК позволяет рекомендовать потребителю типоразмер галева, оказывающего наименьшие по интенсивности разрушающие воздействия на основные нити при выработке ткани, характеристика которой указана заказчиком в опросном листе.
В ОПК входит программа, имеющая доступ к базе данных, которая содержит сведения о конструктивных параметрах и особенностях пластинчатых галев. Числовые значения критерия эффективности ИМ могут служить информационной базой для ППР по совершенствованию конструкции галев или при проектировании нового ассортимента. Работа над созданием ОПК проводилась в рамках госбюджетных и хоздоговорных работ:
? «Разработка технологических рекомендаций по выбору типоразмеров галев для снижения обрывности льняной пряжи в ткачестве» (Тема № 17-БНИ-92);
? «Моделирование процесса взаимодействия основных нитей и пластинчатых галев при выработке тканей льняного ассортимента» между изготовителем технологической оснастки ОАО «Красная маевка» и КГТУ, 2003г.;
? «Создание информационной базы по выбору типоразмера галев в соответствии с заданным видом ткани и типом ткацкого станка» между ОАО «Красная маевка» и КГТУ, 2004-2005 г.г
Разработанный ОПК используется производителем технологической оснастки ОАО «Красная маевка» при работе с заказчиками галев (Приложение 1).
Рациональная ориентировка проволочных галев в ремизном приборе внедрена в ткацком производстве АО «БКЛМ» (Приложение 1)
В курсе дисциплины «Методы и средства исследования технологических процессов» (МИСИ ТП) для студентов специальности «Технология текстильных изделий» поставлена лабораторная работа «Моделирование процесса взаимодействия нити с галевом» .
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку:
? на заседаниях кафедры ткачества КГТУ (1992-1995 г.г.);
? на научном семинаре «Технология текстильных материалов» КГТУ, 2003 г.;
? на профессорском семинаре КГТУ, 2004,2005,2006 г.г.;
? на международных научно-технических конференциях «Проблемы развития текстильной и легкой промышленности в современных услови 14 ях» (1992 г.), «Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства» (1993 г.), «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-99), (Прогресс-2002) в ИГТА (Иваново);
? на республиканских научно-технических конференциях КГТУ (г. Кострома): «Лен-94», «Лен-2000»;
? на научно-практической конференции «Научно-технические достижения - льняному комплексу области», Кострома, 2000 г.;
? на международной научно-методической конференции «Математика в вузе - стандарты образования - базовая подготовка», С.-Петербург-Кострома, 1996 г.;
? на VII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», Кострома-Москва, 2004 г.;
? на заседаниях технического совета АО «Красная маевка», Кострома, 2003, 2004, 2005 г.г.;
? на Совете директоров предприятий, производящих технологическую оснастку (МЭЗ №1, «Красная Маевка») и льнокомбината «БКЛМ-Актив», 2004 г.;
? на объединенном заседании семинара по теории машин и механизмов (Костромской филиал семинара по ТММ РАН, секция «Текстильное машиноведение») и Общероссийского научного семинара «Технология текстильных материалов» АИН РФ им. A.M. Прохорова, 2006 г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 32 публикациях. Из них одна монография, 11 статей в журнале «Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности», 1 статья в журнале «Текстильная промышленность», 7 статей в научных журналах и сборниках, 12 -тезисы докладов на научно-технических конференциях.
Анализ исследований разрушения основных нитей от взаимодействия с технологической оснасткой ткацкого станка
В процессе перемещения нитей основы от навоя до опушки ткани каждый малый элемент нити подвергается комплексу разрушительных воздействий: циклической деформации растяжения (число циклов находится в прямой зависимости от плотности ткани по утку и от длины основы в заправке); истиранию о нитенаправляющие элементы технологической оснастки (скало, ламели, галева, бердо); деформации изгиба в глазках галев и ламелей. Л.Т. Золотаревским [5] проведен эксперимент по исследованию изменения прочности и стойкости нитей основы при перемещении их с навоя до опушки ткани. Исследовалась х/б пряжа 20 текс при выработке миткаля арт. 15. Весь путь пряжи был разделен на три зоны: от навоя до середины реек основонаблюдателя (I зона), от реек до глазков последней (от грудницы) ремизки (II зона) и от нее до опушки ткани (зона III). После наработки 10 м ткани основа была срезана с навоя по граничным линиям каждой зоны.
Для того чтобы исключить возможность доопытного изменения свойств пряжи на исследуемом участке, до начала эксперимента основа была протянута через товарный валик и намотана на рулон. Таким образом, свойства пряжи изучались до исследуемого участка (с рулона), в каждой зоне исследуемого участка и после него (с навоя). Пряжа испытывалась на разрывной машине при зажимной длине 100 мм (разрывная нагрузка) и на абразиметре при длине участка 40 мм (число циклов до разрушения).
Из результатов, приведенных в таблице 1.6, видно, что основа, обогнувшая скало, полностью сохранила уровень прочности и стойкости. После взаимодействия с ламелями прочность пряжи и ее стойкость к истиранию уменьшилась незначительно (на 3 и 6 % соответственно).
Максимальный износ пряжи, отмечается в [5], происходит в зоне ремиз. Снижение прочности составило 6,5%, а снижение стойкости - 26,4%. Основываясь на теории ЦСПО и на результатах исследования уровня обрывности в рассмотренных зонах, автор отмечает, что в зоне «ремизы-опушка ткани» интенсивность истирания резко снижается, несмотря на увеличивающуюся усталость от многократного растяжения, т.к. обрывность в этой зоне гораздо меньше, чем в зоне ремиз и даже ламелей. Зубья берда, перемещаясь вдоль нитей основы, оказывают на них истирающее воздейст вие, но интенсивность его по разрушению структуры пряжи весьма незначительна. Поскольку нормальное давление нитей на зубья берда практически равно нулю (за исключением краевых зон), то и сила трения близка к нулю.
Результаты, полученные Л.Т. Золотаревским, подтверждаются исследованиями Н.Н. Миловидова [23], который рассматривает распределение обрывности по зонам глубины заправки станка. Чтобы исключить влияние протяженности той или иной зоны, он пересчитал количество обрывов на погонный метр длины зоны для станка АТ-100-5М. Результаты, приведенные в табл. 1.7, показывают, что самая высокая обрывность наблюдается в зоне ремиз. Интенсивность разрушения основы в зоне ремиз во много раз больше, чем в зоне ламелей, в несколько раз больше, чем в зоне воздействия берда.
Изменение прочностных характеристик льняной пряжи по глубине заправки ткацкого станка рассмотрено в работе Л.Ю. Боровиковой [24]. Исследована льняная пряжа 46 текс, 50 текс и 60 текс при выработке чистольняных полотен на станках типа СТБ. На срезанных с ткацкого станка основных нитях были отмечены четыре зоны: навой - скало (I зона), скало - ламели (II зона), ламели - последняя (от грудницы) ремиза (III зона), ремизы - опушка ткани (IV зона). На разрывной машине РМ-3 были подвергнуты испытаниям по 200 нитей из каждой зоны. Определены среднее значение разрывной нагрузки Р, субсреднее Р (среднее значение разрывной нагрузки нитей, прочность которых оказалась меньше Р) и РСл - средняя разрывная нагрузка 30% наиболее слабых нитей.
Получено, что прочность льняной пряжи последовательно снижается по зонам от навоя к опушке ткани.
Для нитей с прочностью меньше средней и для слабых нитей сохраняется та же тенденция последовательного снижения прочности по зонам от навоя до опушки ткани. Сравнивая прочность нитей в соседних зонах, автор приводит результаты расчета относительной потери прочности льняной пряжи после взаимодействия со скало (1-я - И-я зоны), ламелями (И-я - Ш-я зоны) и ремизами (Ш-я - IV-я зоны) ( табл. 1.8).
Анализ представленных результатов показывает, что наибольшая потеря прочности льняной основной пряжи происходит в зоне ремиз. Скало и ламели оказывают примерно одинаковое по интенсивности воздействие на нити. Для ослабленных нитей большая потеря прочности происходит от воздействия ламелей, нежели от скала.
Нами проведено исследование статистики распределения обрывности по причинам и зонам ткацкого станка СТБ-2-220. Исследование проводилось в лаборатории ткачества ВНИИЛП (г. Кострома) при выработке трех видов тканей (А, Б, В), различающихся переплетением: ткань А - ломаная саржа, Б и В - полотняное переплетение (табл. 1.9).
Функциональные зависимости деформаций растяжения ветвей зева от угла поворота главного вала
Одной из силовых характеристик воздействия элементов оснастки на основную нить является текущее натяжение передней и задней ветвей зева. В принятой модели нити, упругой на растяжение, натяжение (2.1) пропорционально абсолютной деформации нити.
Точность вычисления текущей деформации основных нитей вследствие зевообразования и прибоя зависит от учета факторов, которые могут изменить положение нити в зеве: положение глазка галева ремизки относительно уровня грудницы при исходной настройке станка; текущее положение скала; величина смещения бердом опушки ткани и др. Сложность учета всех факторов, влияющих на величину деформации основной нитей при тканеобразо-вании, можно проиллюстрировать многообразием полученных математических зависимостей для ее расчета [43-48]. В работах Е.Д. Ефремова и Г.Ф. Пашковой [44-45] приводится методика расчета деформации верхней и нижней ветвей уточненной формы зева от зевообразования и прибоя на основе решения прямоугольных треугольников. В работе Д.Е. Ефремова и Е.Д. Ефремова [46] изложен метод расчета деформации для простейшей формы верхнего полузева с учетом перемещения нити относительно глазка галева. В.А. Тягунов, рассматривая уточненную форму зева, получил формулу для расчета деформации от зевообразования пользуясь методом координат [47]. В работе С.Д. Николаева и С.С. Юхина [48] приводится расчет деформации в зависимости от перемещения опушки ткани в вертикальной плоскости вследствие разнонатянутости верхней и нижней ветвей зева. Однако, несмотря на многочисленные обращения различных авторов к проблеме расчета деформации, метода расчета деформации нитей основы в произвольный момент тканеобразования с учетом текущего смещения глазка галева и перемещения нити относительно глазка для реальной формы зева получено не было.
Для получения аналитической зависимости текущей деформации от угла поворота главного вала с учетом всех перечисленных факторов, рассмотрим уточненную форму верхнего и нижнего полузева для произвольной ремизы (рис. 2.1). Рассматривая функционирование системы в квазистатическом режиме вращения главного вала с шагом А р, зафиксируем состояние системы в некоторый произвольный моменту зевообразования и прибоя.
Пусть в некоторый момент, соответствующий углу поворота главного вала (р, глазок галева сместился от своего первоначального положения на величину КК\ = 8((р), опушка ткани О смещена бердом на величину Л0 - величина прибойной полоски;
В( р) - закон перемещения берда, т. е. расстояние от текущего положения берда до его крайнего переднего положения. Скало приподнято относительно опоры ткани О на величину где Р((р) - закон перемещения скала.
В фазе заступа основная нить занимает положение OD - линии минимальной деформации. В момент начала образования нового зева глазок галева касается линии OD в точке А.
Пусть ОЕ и D - положения передней и задней ветвей зева в статическом заступе, где Е - положение верхней кромки глазка галева. Точкой К определяется положение нижней кромки глазка при открытом на величину Н = Н((р) зеве, где Н((р) - закон перемещения ремиз применительно к глазку галева.
Обозначим: OA = l\, AD = lj - длины передней и задней частей зева в момент их минимальной деформации; AM = lnp- расстояние от ремизы до прутка; АЕ = е0 - расстояние от верхней кромки глазка до линии OD; ВЕ = е - уровень верхней кромки глазка относительно опоры ткани О; RM-aon - расстояние от прутка до линии OD; S, = St((p) - величина отрезка нити, переместившейся через глазок галева.
Тогда величины абсолютных деформаций растяжения Ae/i, Ag/2 - передней и задней ветвей верхнего полузева, A /j, А7//2 - передней и задней ветвей нижнего полузева определяются следующим образом:
Из решения прямоугольных треугольников и свойств подобия определяются составляющие формул (2.5):
Структура процесса построения имитационной модели сложной системы
Согласно техническим условиям глазок пластинчатого галева повернут относительно плоскости ушек на угол #о=30о. За счет зазора между ушком галева и галевоносителем галево имеет возможность поворота на некоторый дополнительный угол в оп- В этом случае полный угол поворота глазка 0 = 0О+ вдоп.
Для расчета стрелы прогиба галева необходимо знать угол приложения изгибающей силы к плоскости глазка, т.е. угол разворота глазка относительно движущейся нити. Существование дополнительного угла разворота глазка за счет поворота галева вокруг своей оси позволит уточнить величину стрелы прогиба галева и, следовательно, величину контактных напряжений, возникающих при взаимодействии нити с глазком в процессе ткачества. Основная нить в процессе тканеобразования перемещается в переднюю часть зева от действия основного и товарного регуляторов, а также вследствие разности натяжений передней Т\ и задней Ті ветвей зева (рис.2.21). При перемещении ремизы из верхнего положения вниз и из нижнего вверх, глазок галева проходит линию заступа и некоторый период времени не соприкасается с нитью. Затем подхватывает движущуюся нить под углом в0 к плоскости глазка (рис. 2.22). На галево действуют силы нормального давления N и силы сопротивления перемещению. Сила нормального давления направлена по нормали к поверхности контакта в сторону галева. Закон трения по Кулону F=A+fN, где А - величина силы сцепленности, N - величина силы нормального давления,/- коэффициент трения скольжения нити по поверхности галева. Сцеп-ленность - сопротивление, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел при нулевом нормальном давлении. При трении текстильных нитей по металлу величиной этой силы обычно пренебрегают. Поэтому будем пользоваться законом Амонтона: F=fN. При перемещении нити по поверхности глазка пластинчатого галева силы нормального давления возникают только на цилиндрических кромках глазка, а на плоской части поверхности они равны нулю. Взаимодействуя с крученой нитью, глазок галева оказывает на волокна сдвигающие и растягивающие усилия. В п. 2.9 показано, что при совпадении направлений крутки пряжи и разворота глазка (S-S или Z-Z) сдвигающие усилия больше по величине, чем растягивающие. Поэтому происходит сгон крутки, т.е. увеличивается число кручений в набегающей ветви нити. Таким образом, сила сопротивления движению нити складывается как из силы трения, так и из силы, совершающей работу над нитью (сгон крутки, смятие, обрывы и выдергивание волокон и т.п.). Причем, как отмечается в [40], вторая составляющая может преобладать.
На рисунке 2.21 представлено сечение глазка плоскостью, проходящей через ось нити и вертикальную ось галева, где ось / направлена в сторону передней части зева. Рассмотрим схему сил, действующих на галево от взаимодействия с основной нитью. Известно, что на краях участка контакта нити с цилиндрической поверхностью происходит рост давления, пропорциональный перерезывающей силе в краевом сечении [51]. Поэтому можно допустить, что равнодействующие сил нормального давления N„ и N3 на передней и задней цилиндрических кромках глазка приложены соответственно в точках А и В краевых сечений (см. рис. 2.21). В точке В происходит внедрение кромки глазка галева в нить, увеличивается площадь фактического контакта нити с глазком.
Поэтому есть основание считать, что сила сопротивления движению на задней кромке глазка больше, чем F\ на передней, т.к. сила F\ = / Nп, а сила / = / N3 + Fc$, где Fca - сила сдвигового сопротивления. гдеа0и po - углы, образованные соответственно передней и задней ветвями зева с линией заступа. Составляющими сил R\ и R2 , приложенными перпендикулярно плоскости глазка, будут силы 1\ и Р2 (см. рис. 2.22), величины которых равны В действительности вращающий момент будет больше, чем (2.79), т.к. под действием сил нормального давления нить сминается и плечо пары сил гвр увеличивается. Преобразуем формулу (2.79) с учетом выражений (2.76) - (2.78). Получим Для того чтобы оценить величину вращающего момента Мвр, положим Fc$=jN, Nn=N3=0,5N, где N = T\sina0+T2sin/30 - величина нормальной составляющей равнодействующей сил натяжения передней и задней ветвей зева. Тогда фактический вращающий момент с учетом допущений будет не меньше вычисленного по формуле: Поскольку N,a0,P0 - зависят от угла поворота главного вала у, то Мдр = Mj$p((p) является функцией угла (р. Развороту галева под действием вращающего момента МВр препятствует момент трения ушка относительно опоры - галевоносителя. Горизонтальные опоры валов, передающих осевую нагрузку, называются пятой. Опора скольжения, воспринимающая осевую нагрузку, называется подпятником [64]. В случае взаимодействия галева с галевоносителем при зевообразова-нии и прибое пятой является плоская поверхность ушка, контактирующая с галевоносителем, а галевоноситель - подпятником. Если отверстие ушка имеет прямоугольную форму, то опора, передающая осевую нагрузку, будет плоской и сплошной (сплошная пята).
Исследование потери прочности основных нитей после их взаимодействия с галевами ремиз
Для успешного решения задач оптимизации процесса ткачества недостаточно знания отдельных качественных сторон процесса. Требуется системный подход, при котором процесс рассматривается как сложная система, состоящая из отдельных элементов и подсистем, объединенных определенным взаимодействием и рассматриваемых как единое целое.
Наиболее эффективным методом исследования сложных систем является метод моделирования. Теоретические и методологические основы моделирования изложены в работах Р. Шэнона, Н.П. Бусленко, А.Г. Севостьянова и П.А. Севостьянова, Ю.И. Дегтярева и др. [75-83]. В теоретических источниках моделью называется объект любой природы, который в определенной ситуации способен замещать исследуемый объект, а моделированием - построение и изучение моделей с целью получения новых знаний о реальном объекте.
Различие между моделью и оригиналом вызвано тем, что мы можем отображать реальность лишь в конечном числе отношений, конечными средствами; в результате упрощение и приближенность моделей необходимы.
В работе Ф.И. Перегудова и Ф.П. Тарасенко [80] определены факторы, которые позволяют с помощью модели отображать действительность эффективно (достаточно правильно): это упрощенность, приближенность и адекватность модели.
Для любой цели оказывается вполне достаточным неполное, упрощенное отображение действительности. Для конкретных целей такое упрощение является даже необходимым. Приближенность модели - это качественные различия между оригиналом и моделью. Степень приемлемости различия можно ввести только соотнеся его с целью моделирования. Модель, с помощью которой успешно достигается поставленная цель, называется адекватной этой цели.
Введенное таким образом понимание адекватности не полностью совпадает с требованиями полноты, точности и правильности (истинности) модели. Адекватность означает, что эти требования выполнены не вообще (безмерно), а лишь в той мере, которая достаточна для достижения цели. Таким образом, модель - целевое отображение оригинала. Для разных целей требуются разные модели.
При исследовании технологических процессов в текстильной промышленности в основном используются физическое и математическое моделирование. Физическое моделирование менее универсально, чем математическое, требует больших затрат времени и средств. Кроме того, при исследовании влияния отдельных параметров на ход процесса иногда требуется исключить воздействие внешних случайных факторов. Этого практически невозможно добиться при проведении физических и натурных экспериментов. При определении математической модели, её характеристик и свойств будем придерживаться терминологии Н.П. Бусленко [75; 76]. В качестве системы в дальнейшем будет фигурировать совокупность нитенаправляющих элементов технологической оснастки (скало, ламели, га-лева, ремизы, бердо), основные нити от скала до опушки ткани и ткань в системе заправки. При моделировании реального процесса будем исходить из целей и задач исследования. Для повышения эффективности процесса ткачества за счет рационального применения технологической оснастки и совершенствования ее конструктивных параметров, нужно иметь такую модель системы, которая позволила бы получить количественную оценку показателя эффективности в зависимости от изменения параметров и функциональных характеристик элементов системы. Согласно поставленной цели требуется количественное изучение процесса, которое возможно лишь в том случае, если определены величины, характеризующие процесс с количественной точки зрения. Поэтому каждому мгновенному состоянию системы в некоторый фиксированный момент времени t поставим в соответствие совокупность числовых значений функций угла поворота главного вала р = cp(t): Н = Н((р) - закон перемещения ремиз применительно к глазку галева, Р = Р((р) - закон перемещения скала, В = В((р) - закон перемещения берда. Функции, описывающие процесс функционирования системы во времени, называют функциональными характеристиками системы, а числовые величины, характеризующие свойства системы и ее элементов - параметрами системы. К функциональным характеристикам рассматриваемой системы отнесем законы перемещения ремиз, берда, скала и их скорости и ускорения. К параметрам системы - параметры ткани и пряжи в основе и утке, конструктивные параметры галев, массу ламелей и др. Если процесс функционирования системы сопровождается переработкой информации, возникающей внутри системы на предыдущем этапе ее функционирования, то такая информация, в рассматриваемый момент времени, называется исходной информацией. Под математической моделью реального процесса (системы) будем понимать совокупность соотношений (формул, уравнений, неравенств, логических условий и т.п.), которые определяют величину выходного параметра (критерия эффективности) в зависимости от параметров и функциональных характеристик системы, исходной информации и времени.
