Метод автоматизированных исследований характеристик системы заправки ткацкого станка

В современных условиях особо" значение приобретает способность текстильного производства (в частности — ткацкого) быстро реагировать на запросы рынка. Для этого необходима научно-техническая база, которая позволяла бы в кратчайшие сроки проводить необходимые исследования и разрабатывать новые требуемые технологические режимы ткачества. Создание такой базы невозможно без глубокого понимания сущности процессов тканеобразования. В свою очередь, понимание этих процессов должно базироваться на описании взаимосвязи деформации и натяжения в текстильной нити, взаимодействия нити с различного рода направляющими, взаимодействия нитей между собой и др.,.

В настоящий момент отсутствует общепринятая классическая теория тканеобразования. нет также единого мнения о том, какой закон взаимосвязи деформации и натяжения в текстильных нитях следует применять в расчётах параметров процесса тканеобразования. Фундаментальное понятие коэффициента жесткости нити и системы заправки до сих пор не получило однозначного определения, так как оно зависит всякий раз от принимаемой модели взаимосвязи деформации и натяжения (ВДК).

Настоящая работа посвящена выбору и обоснованию закона ВДН и разработке автоматизированной методики определения основных характеристик и параметров работы системы заправки ткацкого станка.

АКТУАП ЬНОСТ Ь. Внедрение в производство новых технологий, систем АСУТП и АРМ технолога, а также, дальнейшее совершенствование отечественного ткацкого оборудования невозможно без применения моделей процесса ткачества, основу которых составляют уравнения взаимосвязи деформации и натяжения в нитях и ткани" Эффективная и малозатратная модернизация как технологического процесса ткачества, так и самих ткацких станков невозможна без глубокого понимания сущности деформационных процессов, происходящих в системе заправки ткацкого станка.

Настоящая работа направлена на создание универсальной теории процесса формирования ткани и решает одну из множества связанных с этим процессом задач.

ЦЕЛЬ^ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью диссертационной работы является развитие теоретической базы, необходимой для совершенствования технологического процесса тканеобразования, на основе математического моделирования взаимосвязи деформаций, натяжения и конструктивных параметров ткацкого станка,.

В соответствии с общей целью в работе решены следующие задачи:

1. Разработка универсального программно^аппаратного исследовательского комплекса.

2. Выбор уравнения взаимосвязи деформации и натяжения в текстильных нитях и разработка методов определения его параметров.

3, Исследование деформационных характеристик текстильных нитей .

4, Создание математической и вычислительной модели работы системы заправки ткацкого станка в процессе эевообразования, базирующейся на установленном законе взаимосвязи деформации и натяжения нитей основы и информации о конструктивных параметрах станка.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Решение поставленных задач осуществлялось с применением экспериментальных и аналитических методов. При теоретических исследованиях использовались методы математического анализа, теории автоматических систем, теоретической механики. В экспериментальных исследованиях применялись методы тензометрии и бесконтактного оптического измерения перемещений, положенные в основу создания универсального программно-аппаратного исследовательского комплекса. Вся экспериментальная информация хранилась и обрабатывалась в ЭВМ,.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В диссертационной работе впервые:

— предложено нелинейное уравнение взаимосвязи деформации и натяжения для текстильных нитей, отличающееся от известных введением нелинейности по параметру времени, и способное за счёт этого с достаточной точностью описывать все реологические процессы, протекающие в нитях, в широком диапазоне скоростей и режимов деформированияразработаны экспериментально аналитические методы определения его параметров;

— дано строгое определение квазистатического натяжения нитей основы и разработан метод его экспериментально^аналитического определения;

— на основе предложенного уравнения взаимосвязи деформации и натяжения разработан метод расчёта отклонения натяжения нитей основы от квазистатического натяжения в процессе зевообразования и установлены причины и величина повышения в процессе прибоя натяжения нитей основы в передней части зева по сравнению с натяжением в зоне ламели-скало;

— доказана независимость коэффициента жесткости нити (в рамках предложенного уравнения взаимосвязи деформации и натяжения) от скоростных характеристик нагружения (деформирования) образца нити, что позволяет применять это уравнение для описания широкого диапазона режимов работы нитей без изменения значения коэффициента жёсткости.

П Р АКТ ИЧ ЕС КАЯ ЗНАЧ ИМОСТ Ь РАБОТ Ы. Диссертационная работа выполнялась в рамках научного направления вуза «Создание новых ресурсосберегающих, экологически чистых технологий производства текстильных изделий с применением методов автоматизированного проектирования» и в соответствии с темой № 23-БФ-97 «Разработка методов, технических и программных средств для экспресс-оценивания технологической и экономической эффективности производства льняной ткани» .

Предложенная система математических моделей взаимосвязи деформации и натяжения нитей, движений берда, ремиз и скала позволила повысить достоверность расчётных тензограмм, вскрыть причины резкого повышения предприбойного натяжения основы на станках СТБ с подвижным скалом и натяжения в передней части зева по сравнению с натяжением в задней части при прибое. Это позволяет моделировать и производить оценку напряжённости процесса формирования ткани при различных вариантах настройки станка.

Разработанный универсальный прграммно-аппаратный исследовательский комплекс значительно сокращает затраты времени на проведение научно-исследовательских работ, что особенно важно в современных условиях, требующих быстрой реакции науки на запросы производства.

Разработанные модели при дальнейшем совершенствовании могут войти в общую исследовательскую программу создания АРМ технолога и АСУТП ткачества.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку:

— на заседаниях кафедры ткачества КГТУ (1996;1998 г. г.) — на семинаре «Технология текстильных материалов» КГТУ,.

1998 г.

— на Международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности» (Прогресс-98), Иваново, 1998 г.;

— на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лён-98), Кострома, 1998 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано две статьи.

ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников (35 наименований) и 3 приложенийДиссертация изложена на 200 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок и 8 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Состояние текстильного материала на ткацком станке для всего диапазона скоростей деформирования нитей необходимо рассматривать в рамках математических моделей, включающих в себя в качестве одного из параметров время.

2. Нелинейная по параметру времени механико-математическая модель взаимосвязи деформации и натяжения при равенстве числа параметров может давать не менее точные описания деформационных процессов в текстильных нитях, чем уравнения теории наследственной вязко-упругости. Все параметры предложенной модели имеют физический смысл и относительно легко определяются при различных условиях испытаний, в том числе, и по результатам натурных экспериментов на реальном ткацком станке.

3. Важным свойством предложенной модели взаимосвязи деформации и натяжения является независимость коэффициента жёсткости нити от скоростных характеристик условий испытаний.

4. Предложенная модель взаимосвязи деформации и натяжения является универсальной в смысле возможности определения ев параметров для всего диапазона скоростей деформирования, возникающих в процессе ткачества, и возможности учёта в рамках одной модели всего спектра реологических явлений, протекающих в нитях основы на работающем ткацком станке. Созданная на её основе модель работы системы заправки ткацкого станка типа СТБ учитывает все виды реологических процессов, протекающих в нитях основы, и доказывает их существенность в процессе формирования натяжения нитей основы в цикле работы станка.

5. Пренебрежение реологическими процессами в нитях основы не позволяет однозначно и независимо от режима деформирования нитей определять коэффициенты жёсткости нитей основы и системы заправки, тогда как правильный учёт этих процессов стабилизирует параметр жёсткости и делает его универсальным.

6. Созданная модель работы системы заправки ткацкого станка в процессе зевообразования позволила дать строгое определение квазистатического натяжения нитей основы, как натяжения соответствующего нулю модели при совмещении и совпадении модельного и экспериментального (фактического) графиков натяжения.

7. Установлено, что причина резкого подъёма предприбойного натяжения на станках с подвижным скалом типа СТБ — это обусловленная силами сухого трения задержка скала в верхнем положении до момента прибоя.

8. Выявлена причина превышения (30−40%) натяжения нитей основы в передней части зева по сравнению с натяжением у скала, которая заключается в совместном действии двух факторов: вязкой компоненты трения и реологического процесса в нити основы.

9. Созданный программно-аппаратный исследовательский комплекс позволяет значительно ускорить и повысить точность и достоверность научно-исследовательских работ по совершенствованию оборудования и процессов тканеобразования.

1. Васильченко В. Н. Исследование процесса прибоя утка.-М.:Гизлегпром, 1959.

2. Васильченко В*Н. Прибой уточной нити.-М.: Легпромбытиздат, 1993, 191 с.

3. Глотова Т. М, Моделирование работы основного регулятора и оптимизация его настройки.: Дис. .канд. техн. наук.-Кострома, КТИ, 1983.

4. Гордеев В. АДинамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков.-М.:Лёгкая индустрия.-1965.

5. Гордеев В. А., Волков П. В, Ткачество.-М.Лёгкая и пишевая промышленность, 1984.

6. Ефремов Е.д. Деформация упругой системы заправки на ткацком станке: Учебное пособие,-Иваново: ИХТИ, 1979,-73с.

7. Ефремов Д. Е., Ефремов Е. Д. Деформация и натяжение основной нити вследствие зевообразования и прибоя//Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1988,N4,-С.41−44. б. Ефремов Е. Д., Ефремов Д.е., Пашкова Г. Ф., Шутова С*А. Взаимодействие основной нити с галевом ремизки. // Изв. вузов Технология текстильной промышленности 1987. «5.

У7.

9. Кудряшова Н. И., Кудряшов б. А. Высокоскоростное растяжение текстильных материалов.-М.: Лёгкая индустрия, 1974.

10. Кукин г. н., Соловьёв А. Н., Текстильное материаловедение.-М.: Легпромбытиздат, 198Э,.

11. Лапшин В. Б. Датчик для измерения натяжения одиночной нити.//Текстильная промышленность.-1995. № 12.

12* лустгартен Н. В* Разработка методов оптимизации и стабилизации технологического режима процесса образования ткани: Дис.докт. техн. наук.

Кострома, 1983.

13. Лустгартен Н. Б., Пыханова Т.в., Садовская О. Б. Изменение натяжения основы по глубине заправки ткацкого станка.//Изв. вузов, Технология текстильной промышленности.^1993.-«4.С.35−38».

14.Мигушов И. И. Механика текстильной нити и ткани.-М.:Лёгкая индустрия, 1980.

15. Молчанов М. Н. Машинные методы решения прикладных задач. Дифференциальные уравнения/ Киев? Наук. думка, 1988.-344с.

16. мортон В.М., Хёрл Д.В. С. Механические свойства текстильных волокон.-М.:Лёгкая индустрия, 1971.

17. Налётов В. В. Определение скорости распространения упругой деформации в текстильных нитях. — «Технология текстильной промышленности 1976, N 4, с. 19−22,.

18. Налётов Б. В. Исследования и методы проектирования механизмов дополнительного перемещения основы на ткацких станках: Дис.- канд.техн.наук.-Кострома:KTИ, 1975.

19. Николаев С. Д. Использование наследственной теории вязкоупругости при исследований натяжения основных нитей по глубине заправки ткацкого станка./Сб. науч. трудов «Разработка и совершенствование технологии и оборудования ткацкого производства». — Иваново, 1988. С.44−50.

20. Проталинский С. Е., Букина C.B., Сторц Т. П", Кулемкин Ю. В. Моделирование силового воздействия ткани на шпарутку.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1996,N6.-С, 51−53.

21. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы: Учеб, пособие для вузов.-М.: Наука., 1989.-432с.

22. Севостьянов А. Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности.-М:Лёгкая индустрия, 1980. С. 392.

23. Севостьянов А. Г., Севостьянов п.А. Моделирование технологических процессов (в текстильной промышленности).-М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984. С. 304.

24.Сталевич A.M. Исследование упругорелаксационных свойств синтетических волокон технического назначения.:Дис. .Докт, техн. наук. -л.:1973. 25- Фурычева М. С. Разработка метода прогнозирования ряда технологических параметров процесса формирования ткани на основе теории нелинейной наследственной вязкоупругости. Дис. .канд. техн. наук. -КГТУ, 1997;26. Шосланд Я. О методах испытания длинномерных текстильных изделий на растяжение при кратковременной импульсной нагрузке.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1996, N 3, с. 105−106. 27- Ямщиков C.B. Развитие теории формирования ткани и методов прогнозирования технологических параметров процесса ткачества: Дис.докт.техн.наук,.

Кострома, 1997.

28. ямщиков с.в. Исследование вибрационного прибоя утка и методы проектирования тканеформирующих механизмов вибрационного типа: Дис.канд.техн, наук.

Кострома:КТИ, 1978. 2Э. Ямщиков C.B. Взаимосвязь напряжений и деформаций в нитях и ткани для деформации растяжения- //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-1995.-№ 3. С. 35−39, «4. С.36−41&bdquo- 30. Ямщиков C.B. Деформация нитей основы на ткацком станке с подпружиненной скальной системой.//Изв. вузов.

Технология текстильной промышленности.-1995.-N" 5. С. 32.

35.

31. Ямщиков C.B. Смещение опушки ткани в глубину зева на ткацком станке, работающем в стационарном режиме. //Изв.вузов. технология текстильной промышленности.-1996,N1.-С.31−34.

32-Ямщиков C.B., Власов П. В. Взаимосвязь напряжений и деформаций в текстильных нитях при кратковременных нагружениях./ЦНИИТЭИлегпром «Хлопчатобумажная промышленность» ', обзорн. инф., 1990, № 11, 71с.

33. Ямщиков C.B., Плаксин Анализ релаксационных процессов упругой системы заправки ткацкого станка.// изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1992,N1.-С.42−45.

34. Ямщиков C.B. Крутикова В. Р. К вопросу деформации ткани при зевообраэовании.//Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1991,N5.-С.47−50.

35. Ямщиков C.B. Крутикова В. Р. Определение числа сдвигаемых уточин в зоне формирования ткани.//Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-1994,Кб.-С.37−40.