Метод оценки деформационных свойств пряжи для трикотажного производства

Актуальность темы

В настоящее время в отечественной трикотажной промышленности сложилась достаточно сложная ситуация, связанная со снижением спроса на российские товары. Низкая конкурентоспособность значительной части выпускаемой продукции настоятельно требует обновления ассортимента, повышения качества трикотажа и снижения его себестоимости. Решение этих задач возможно при создании гибких производств, базирующихся на современных информационных технологиях, т. е. разработке адекватных моделей процесса вязания, основанных на объективной оценке свойств нити и на современных представлениях о взаимосвязи свойств нити, параметров режима вязания и параметров структуры трикотажа.

На текстильном оборудовании пряжа получает комплекс нагрузок и деформаций от растягивающих, изгибающих и истирающих воздействий, причем диапазон получаемых усилий и удлинений весьма широк. Существующие методы определения физико-механических характеристик пряжи не всегда позволяют получить комплексную характеристику для прогнозирования поведения нити в различных условиях ее переработки. В связи с этим, тема, направленная на разработку методов определения характеристик пряжи при комплексном воздействии растяжения, изгиба и трения, что имеет место при формировании трикотажа, является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась в рамках научного направления Костромского государственного технологического университета «Создание новых ресурсосберегающих, экологически чистых технологий производства текстильных изделий с применением методов автоматизированного проектирования» по теме № 4.3-БФ-02 «Создание системы автоматизированного проектирования трикотажа сложных комбинированных переплетений» .

Целью работы является создание новых методов оценки деформационных и фрикционных свойств текстильных нитей для повышения точности прогнозирования технологических параметров структуры трикотажа.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

— оценка работоспособности моделей, описывающих длину нити в петле;

— определение составляющих деформации растяжения нити, получаемой в процессе вязания;

— исследование упруго-пластических свойств нити при изгибе и растяжении;

— разработка экспериментально-аналитического метода определения жесткости нити на изгиб;

— оценка фрикционных и деформационных свойств нитей различного волокнистого состава и разной линейной плотности;

— определение взаимосвязи физико-механических свойств нитей и параметров структуры трикотажа.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

— предложен экспериментально-аналитический метод определения параметров трения и жесткости нити при изгибе, позволяющий получить характеристики нити для широкого диапазона усилий и деформаций, имеющих место при формировании трикотажа;

— разработана методика исследования релаксационных процессов, протекающих в пряже после вязания, и определены составляющие деформации растяжения нити, получаемой в процессе вязания;

— разработана методика оценки упруго-пластических свойств нити при статическом нагружении, позволяющая определить долю необратимой составляющей деформации изгиба;

— предложены эмпирические уравнения для проектирования параметров структуры трикотажа с учетом предложенных в работе характеристик нитей;

— установлен характер влияния физико-механических параметров пряжи на конфигурацию петельной структуры трикотажа.

Практическая значимость полученных результатов состоит в следующем:

— разработаны устройства для определения параметров трения и коэффициента жесткости нити при изгибе в статических и динамических условиях;

— сформирована база данных по физико-механическим характеристикам нитей с^ различного волокнистого состава;

— повышена точность определения характеристик нити за счет использования компьютерных технологий.

Новизна предлагаемых решений подтверждена авторским свидетельством на полезную модель и патентом на способ. Способ определения фрикционных и деформационных характеристик пряжи принят к использованию в НИИТТ (г. Ярославль).

Разработанные методики определения упруго-пластических свойств нити, получаемых в процессе вязания, фрикционных и деформационных характери-^ стик нити, а также экспериментальная установка используются при проведении лабораторных работ по дисциплинам «Механика текстильных материалов», «Методы и средства исследований технологических процессов» .

Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы были доложены и получили положительную оценку на:

— межвузовских научно-технических конференциях молодых ученых и студентов (г. Кострома) в 2000 — 2003 годах;

— V — межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности. Поиск — 2001» (г. Иваново);

— международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности. Прогресс — 2002» (г. Иваново);

— международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях. Лен — 2002» (г. Кострома);

— общероссийском научном семинаре «Технология текстильных материалов» (г. Кострома) в 2002 г.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе, свидетельство на полезную модель и патент на способ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 126 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, содержащего 55 наименований, и приложений. Работа содержит 53 рисунка и 41 таблицу.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1 .В результате анализа состояния вопроса исследования установлено, что:

— известные модели для расчета одного из важных параметров структуры трикотажа — длины нити в петле, могут быть использованы только после получения ряда параметров из связанного образца трикотажа, что ограничивает возможности применения этих моделей для прогнозирования;

— существующие методы оценки жесткости нити при изгибе не учитывают изменение условий нагружения нити, что требует проведения дополнительных испытаний.

2.Сравнительный анализ результатов расчета длины нити в петле показал большое отклонение этого параметра от фактического значения при расчете по моделям геометрического подобия петельной структуры. Меньшую ошибку расчета дают модели формы упругой нити в петле, основанные на теории гибких упругих стержней, и ошибка минимальна для варианта, где в качестве исходных данных используется параметр, величина которого зависит от свойств нити.

3.Исследования деформации полученной нитью в процессе вязания, показали, что она полностью исчезает в результате отлежки трикотажа (7. 18 часов), т. е. является обратимой и может быть отнесена к эластической составляющей общей деформации нити. Это позволяет не рассматривать деформацию нити как самостоятельный фактор при оценке ее свойств. Увеличение натяжения нити при вязании и скорости ее потребления иглами приводят к возрастанию скорости исчезновения эластической составляющей деформации пряжи.

4.Разработанный метод определения упруго-пластических свойств нитей при совместных изгибе и растяжении позволил:

— получить информацию о полной деформации изгиба и ее составляющих;

— установить наличие пластической составляющей деформации изгиба у всех видов нитей;

— количественно представить взаимосвязь составляющих деформации с линейной плотностью нитей и нагрузкой на нее.

5.Предложен и обоснован экспериментально-аналитический метод определения жесткости нити при изгибе с совместным действием трения и растяжения, отличающийся использованием постоянных параметров трения, новизна которого защищена патентом РФ.

6.Метод оценки деформационных и фрикционных свойств нитей при изгибе реализован в двух вариантах устройств для статических и динамических испытаний, которые позволяют получить информацию о постоянных параметрах трения и жесткости нитей при изгибе в большом диапазоне изменения нагрузки на нить.

7.В результате исследования нитей разного волокнистого состава и линейной плотности установлено, что:

— с увеличением линейной плотности нити одного волокнистого состава параметры трения и жесткость на изгиб увеличиваются;

— при увеличении диаметра цилиндра, огибаемого нитью, параметры трения и жесткость нити на изгиб уменьшаются;

— величина параметров трения и жесткости нити на изгиб меньше при динамических условиях нагружения, чем при статических.

8.Анализ результатов регрессионного анализа позволил определить степень влияния исследуемых свойств нитей на изменение структуры трикотажа:

— изменение показателей свойств пряжи приводит к изменению конфигурации петли и мало влияет на длину нити в петле;

— наибольшее влияние на параметры структуры трикотажа оказывает параметр трения. Исключение составляют его влияние при большей глубине кулирования на телескопический заход, где доминирует пластическая составляющая деформации изгиба, а также на длину нити в петле — наибольшее влияние принадлежит неучтенным факторам;

— линейная плотность пряжи оказывает наибольшее влияние на ширину петли, причем с увеличением глубины кулирования степень влияния уменьшается;

— коэффициент жесткости пряжи при изгибе и параметр трения оказывают наибольшее влияние на высоту петельного ряда для образцов с большей глубиной кулирования. При меньшей глубине кулирования влияние жесткости пряжи на изгиб невелико по сравнению с влиянием других факторов;

— коэффициент жесткости пряжи на растяжение и пластическая составляющая деформации пряжи в большей степени влияют на телескопический заход петливлияние факторов на петельный шаг небольшое, с увеличением глубины кулирования оно снижается;

— распределение степени влияния факторов на длину нити в петле и петельный шаг совпадает для меньшей глубины кулирования. С увеличением глубины кулирования влияние факторов на длину нити в петле уменьшается, а при большей глубине кулирования степень влияния неучтенных факторов, по сравнению с другими, возрастает на порядок.

9.Полученные адекватные регрессионные уравнения для расчета параметров структуры трикотажа могут быть использованы для последующего прогнозирования при проектировании трикотажа переплетением гладь из любой пряжи на конкретном оборудовании в заданном диапазоне изменения глубины кулирования.