автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему: Разработка методики расчета технологических параметров одинарного кулирного трикотажа на основе оценки физико-механических свойств нитей
Автореферат диссертации по теме "Разработка методики расчета технологических параметров одинарного кулирного трикотажа на основе оценки физико-механических свойств нитей"
На правах рукописи
• Полякова Свсглана Шшерьсвна .
Разработка методгаси расчета технологических параметров одинарного 1сулирнсго трикотажа на основе оценки физико-механических свойств нитей
Специальность 05.19.03 — Технология текстильных материалов
диссертацт. на соискание ученой степени каьиидата технических наук
Работа иыполпепа I) Санкч-Пекроургисом
Юн д:>реп.„<шом >шосрситсте технологии и дт:иша па кафедре чехиолопш и оборудования тоикота:кпо1 о протыиап.1.
Научный руководи ¡елт,
до\сп,р технических аау:;, профессор Роаннская Л.П
15. л у111: ы!; ко п су ;п, пшт
клн.'шдагюхилчсск х наук Труеицеи А.В.
доктор технических на>. профессор Зиногп.сзи В.А.
кап -'1дат'. хпнческихпаук Кпс Н.М.
Зедущсс предприятие АО "Ннка"
Защита длссертции состоится___ !99_ г. в
_ часоа на зассд.лии специализпропанного Сонета К
063.^7.03 и Сашсг-!. ¿гербу ргском государственном унинерситеге технологии и дш.ашт в аудитории 241. С диссертацией можно ознакомится п библиотеке университета.
Адрес: 191065, г.Сапкт-Петсрбург, у . Большая Морская, д. 18.
ипореферат разослан_ноября 1996 г.
Ученый секретарь специализированного Совета К С63.67.03 к.т.н., дс цент _
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Л ктуз пьностт, тст I. С появлением г»а отечественном рынке высококачественной продукции различных фирн, перед
российскими производителя: :и т^нкотззга особенно остро встал проблема конкурентоспособности их изделий. Немалом. :лп-м фактором в поЕышепил качества трпкотажа является снижение его потребительской усадки. При налнчш: . сведений об истинных размерах. неде^эрмпрозанного полоша возможно наложное обеспечение качества релаксационной усадки в процессе отдел! !, т., приведет к снижения) потребительской усадки в процессе эксплуатации. Результаты, подугеплые отечественными и зарубе.сплми исследователей, а также самим автором, указывают нг. наличие влияния свойств сьфья на геометрические кара. -.- :ры полотен и на поведение . изделий пр.'. экст/атации потребителем. Указанные сведения потребовали систематизации и теоретического обобщения. Необходимость учета реальных свойств "итеи в разработке рг-шональных научно обоснованные режимов изготовления трнкотхкных изделий и мтолпе проектирования параметров трикотажа представляется важной задачей теории вязан; ш. Необходимость скорейшего решения- данной задачи дшст^яся необходимостью выхода отечественной тр.асота;ккой промышленности на ыиоовой рын^к и выпуска
кснхурентоспосооньи изделий, отаич"*ощихся высокой
абильностыо линейных размеров.
Работа выполнена е рчмках ггжвузов'
.ой науч э-гехнической программы .. Перспекта лые материалы и издоим лёгкой промышленности".
Целыо работы явлглась разработка методики расчета технологически, парапетов одинар'*ого хулирного трикотаж на оенг -е оценки физиго-механических свойств нитей, при. .неш: : которой позволит прогнозировать потребительски л усадку дяг ее снижения в процессе движ-чия -рихотажа г"1 технолог ическон ц лючке. ' " /
В соответствии с поставленной целью б- -ли решены следуюпг-е
исследг-аны фи-'ико-мехаии^скис свойства нитей, влияющие на гехнолош.еские пгпаметры тр"гк<
пров теп тсс стнческии анализ стру*;-уры трикотажа переплетения кулириая пицц.;
разрпботана методика расчета параметров трикотажа переппете'"1Я кулирная гладь на основе сце- хи реальных свойств Н^тей;
проведен микроскопический и теоретический анализ сфуктуры npeccoboix переплетений различные индексов;
радработанч методика расчета параметров прессовых хомп;лжсов на основе оценки физико-механических свойств шггей;
исследована возможность применения разработанных методик иля прогнозирования потребительской усадки с цепыэ ее снижения.
Методы пс"'е''рп;ч1кя. Методической и теоретической основой работы являлись достижения технологии трикотажного производства, текстильного материаловедения, нелигейной теории штаба гиСких упругих стержней и прикладной математик! При проведении экспериментальных исследований применялась как традиционная, гак и новейшая измерительная аппаратура. Обработка экспериментальных данных велась с
применением современных методов математической статистики и анализа результатов экспериие!та на IBM PC с помощыо стандартна интегрированных программной пакетов и систем: "Microsoft Exel" и "Statgra.".
Научная ковизна заключается в разработке методов прогнозирования линейных размеров трнкота/.са с учетом свойств нити, основывающихся на современных достижениях механики тонких yiipynix .тержней. Рассмотрено пространственное строение одинарного рикотажа, в том числе содержащего прессовые петли высокого инде^га, и получено математическое описание объекта, включающее в качестве эмпирических параметров жесткость нити при изгибе и статический угол трения. Исследогние также решает задачу обнаружения взаимосвязи между свойстваш нити, параметрами полотна и харак ристиками режима это производства. Полученные автором результаты 'шляются вкладом в теорию вязания, поскольку они открывачл- путь к описанию структуры различных переплетений и служат ба-оц для совершенствования САПР трикотажа. В частности, автором теоретически описана . озможносп. расположения набросков выше игольной дуги прессовой петли .ри шщексе выше 3.
Практическая значимость выражается в разработке методик
просхтнр сл ai и ш тшпсотака, наносящегося в услов"о-равноЕесном состоянии, что позгляш' обеспечить в процессе потготош. и производства полотна спи;':гпиг п -гребмтсльской усадки с 10—12 % до 3 — б % л, тахи;,! образом, создание гпделин с •'аданьыми свойства:™. Экономическая эффективность от "спольз*вашп* НИР создается за счет улучшения потреС стельсзагс хграктериспос изделий.
Ре*зультаты работы прошли проверку в АО "Красное знамя" (1993) и АО "Ultra" (¡996), а теоретическая часть дигсертагли вошгга в лекционный курс "Прикладная механика нити и трикотажа".
АпроГ'тц;и работы. С-лго^лые м<л'-риалы
диссертационной работы были доложены й получили поло^'гаыгго опенку: " .
на международной научной конференции "Новое в тс .инке и те - ;юлопга тегстгтгьной промыпии-клостк" (/.Витебск, 1994 г.);
на Всероссп'"сзс"й ,; аул' о-тех н и ч е скс Т конференции "Современные технологии • 1^кстильной промышленноспГ
. а расширенном i_ic. дании кафедры типологии и оборудования трчкот. жного производства СПГУТД (С. -Пег'рбург, 1W2, 1>95гт.; "
Публикации. П у теме диссертации опубл:лсоЕ'иНо б работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти ллзв, bl jvwm по работе, списка литературы, включающего 103 наименований, и приложений. Габота выполнена на 13С страницах, имеет 25 рисунков и 13 таблиц.
Во ваер'чго» обоснов'ш' актуальное гь ícmli,
сфорг.г.-Лфо^очы цели л задачи исследования, излагался научная новизна и практическая иеьность работы.
В первой главе анализируется соврем. мый " ровен* технологии грико.-охного производства и делается вивод о том, что одне '! из основных задач оптимизации процесса производства является получение продукции гысокого качества, ^;вечаю\чей
требованиям потребителей. Решающими моментами достижения качества являются вопросы обеспечения .) необходимой "очносги получегчя длины нти в nene при вязании' и 2) необходимых
услоскй репах : ции трикотажа при его огоелхе, что г зпчительнои млре зависит от ищех-снопи прогнозирована, параметров чритсс зжного полотна в услоьло равновесном состоянии. Посколысу размеры полотен и издег й ' в условно равновесном состоянии оппсделыот конфигурацией пепп: или элемента С1РУггУ1-<,1> то осн-вным направлением повь щения качеспва трикотаж?. является совершен, пзова^ие методов проектирования е з структурны:; параь тгров. Поэтому проведен анаши
геометрических моделей, элширичеоснх ' за^ксимостг Л и
чатс:,-.1тнческих моделей, основанных на ..елиненнои теории изгиба тонких упруых скрлскш, а также знергетитских М(.годо^, позволяющих получше ^орму пет за счет применения принципа Гамильтона. Результаты анализа пог'вержлают необходимо-п. учета реальней ^о'"ств нител пр,. проектировании параметров струк.уры трикотажа. Наиболее актуальными признаны работы Р.Посыя и Д_1.Мандеьа по анализу ко. ф.дурации сухо'-трелаксироЕанной петли кулчрног глади, по ряду лричин ..е получит ше практического ».рименения.
Втораз. глава посвящена -жспс-римиггалыгому исследован! по физико-механичеез и своГлв нетей, влияющих на . ехнологические параметры трикотажа. Устгчовтено, что для применения в описании конфигурации петли можно оставит. два параметра ниги. имеющих р;-_,ную физическую природу и совер'нен ;о не связанных друг с другом — жесткость пряжи при изгибе Н и статический угол трения шп о нить р. В ходе экспериментального исследования загчсимости жесткости нитг при.изгибе Н, изгибающего момешга М от досхигнугой на прибор 2 ИЖ - 3 кривизны ос:: ниш к получены эмпирические уравненчя 11 - Д/с) и М= Дк) для 8 наиболее характерных видов .»ряжи, перерубал гзаемой в трикотажной промьи тленности. Сделан еьк.од о том, что для большинства видов сырья, ..спользуемого в трикотажном производстве, жесткость пряжи при изгибе в диапазоне кривизны, достигаемой осью пряжи в петле, может быть принта условной тсонстантг -3. П< эв-цен анализ факторов, влияющих на жестгость пряжи при изгибе. Установлено, что наиболыл-е влияние на величину ж.лк ста п;-л изгибе Н оказывают волокниста ч состав, линегная плотное ль, коэффициент крутки пряжи и способ отд^тки. Посроеня экспериментальная "эе :симость же^гкости при изгибе от линейной плотности хлопчатобумажной пг яжи
характерного для трикота:к..ого производства коэффициента лфутки 34 — "Чу хотопой можно псмовахъся в ка1 :стве номограммы дты ориетп.рсво-п: тс определения жесткости пряжи при изгибе. Далее п работе анализируются фэлторь., -таияюши.. на величину сташческого угла грения нити о н!гп> /?, измг ^еннопэ на установке типа "наю ошшя плосксстъ" в услорчях дейстаи нагрузки, диапазон которой соответствует диапазону велич. лы межпетельно" контактной силы: 1 — 4 сН на один контакт, и делается вывод о первостепенном влиянии на величину угла р волокнистого состава, линейной плотности прж?-' и способа отделки Установлен''!. что волокнистый состав пряжи определяет характер зависи*.. • /? — ДР1): для хлопчатобумажной мря:ки зависимосп Г(Р) ьмеет пикейный характер, для ажрилосодер,кащей пржкл — эк поненииаль: ый. Дзш однонигочной хлопчатобумажной прлжи линейной плотности от 10 до 72 ^екс экспериментальным путем вьшедена зависимость статичекого угла гречня от нагрузки, представленная в в'.ие номограммы.
Трстьч пт.чтяп работы лосвящегт вопроса. проекпфоваь.ш трикотажа ;_грегь.егенпя куш.рная гладь. Поскольку нити, перерабатываемые в трикотажном производстве, имеют в основном м.-'лую нзгибную жесткость, усилья, необходимые щъ. •"риобретсгпл ;чпью изогнутой (петлевнплой) формы и соответствующие им изтС'чощие напряжения, татс*.е малы. Такая ситуация оказывается б^лзкой г задачам, рассматриваемым в статике то*псих I. ;ержней , и исходит из тс го, что вследствие малой толшинь- и изшбнс Л жесткости с ;р:кня бо^.шис перемещения его концевых точек (соизмерит ^е с длиной самого стирка достигаются при малых вну^рен.-лх упругих деформ циях. Так .саг в каждом малом ^ле*«енте стержня присутстг лот 1 гпь.е деформации, к ни-: применимы соответсть/ющие ура^негия теории уируготи.
К I одча текстилг чая н.лъ не явт.лся чисто "хуковским" материалом ьо в определенном диапазоне нагрузок любой м-
ериал поояиляет упругие сьойства. Пс
кользс- 31Г чение изгиб, эй жесткости Ь, используем^ е " данной ♦••аботе, яе ' яетср усредненной величиной, приближенно г редставляюшей поведение нити при те 'овом „йя п^яжи диапазоне /ривизны ¿.лпба, то принято, что нить в трикотаже ведет себя как упругий стержень.
Рассмотрен! петит, находящая .я 1 условно-равговесноы
состоянии (УРО. Считается, что трикотаж находится в УРС, если к нему не привольны чнеи'ние усилия, а внутренние силы уравновешены. Последнее условие внешне проявляется в малой усадк ргшновесного трикотажа: образец такого трикотажа с ибо изменяет свои Аа-меры при каких-ллбо релаксационных (например, влажно-тепловых) обработкам.
Принято, 'по при дослркенни трикотажем УРС пряжа у>.л освобождена от расгсппвагоши усилий, которым она педвергалагь в процессе прядения и вязания. Но на пряжу действую- югибакк.ие усилия, поножда^ые <>е тремлениеч распрямиться и прибрести прямолинейную форму. Это обстоятельство является у: ¡ивпем' сущестопашш пеггш и - преде ля ет ее конфтурациго.
Изтбающие напряжении создаются силами межт.лэчного вг .имодействи" Р. приложенными в точках контакта V смелых, петель (рис. I). Рассмотрена изолированная петля, а дейстгик. соседних петель заменено упомянутыми силами Р. Принята, что контактная сила Р по своей природе - сила Кирмального давления. Для пасчета ее величины в работе использовало выра- гение
П,; Р — контактная сила. сН;
Н — жесткость нити прч изшбе, сН.мм2;
/ — длина нити п петле, мм;
V/— колфуициент Постоя, учитьпзгиощлй сж"маемость нити (для традиционных видов пряжи он равен 122).
Основные геометрические параметры трикотаж^ (рис.14 — пет-льный шах- А, высота петотьного пяда В и коэффициент соотношение пютцостей С = Р'А — определяются длиной нити в петле i, лин'чног" плотное гыо Т 71 изгчбной жесткостью нити Н, упхом трения нити о ?:итъ
Для описания взаимосвязи петельного шага А и перечисленных выше фаггоров разрабг-ана ра:вертк^ петли кулирной шали на плоскости, т.е. дЕухурнад модель, в х^то^ои хшна нити соответствует длине нити в реальной петле (ркс. 1, где В* — меридиана петельной палот-н; О — диаметр игольной дул. петли; Ъ —
ширина летай в точке перппетения V). То газ
где Кс — коэффициент, характеризующий энергетическую устойчивость, принят равные 5.2;
Ху— см шение платинной луп) относительно игольной дуги г
> горизонтали , см. рис. 1.
Смещение платинной дуги относительно игольной по I ^изонтали Ху определено как
гае :<', у' — координаты точки V в осях Ох у', ориентированных относительно силы Г (рис. I), причем точка О — эю це|гтр симметрии петельной палочк. -кроме того,
где — эзшипп леский ннтеграл Лежаняра второго рог"\
определяющийся эллиптическими параметрам» к и V. Д™ расчета значений кс орых разработан алгоритм;
/-.V — длина упругой линии ОУ. .
Кривая ОV является половиной Петельной палочки (рис.! \ Принята гипотеза о симметричности петли, длина /оу рассч- тг ча по формуле
кроме тою. определена полов-на длины игольной дул: (рис.1)
Далее сделан расчет высоты петельного ряда В. На рис.2 показано, что в точках N и М' петельной п" почки приложены силы ■утапливающие" ее относите; длю пло< ;ости полтна О а У, а в точках Ь и V — -илы, "выталкивающие" ее. Принято, что эти силы числеы.о равны контактной силе Р. При этом определено
гае М — внутренний изгибающий момент;
г радиус пряжи, мм, определяемый либо по известным формулам, либо экспериментальным путем.
Ут — про. .сция кривой VI на прямую УУ.
Значите внутреннего изгибающего ''омента опредег :но квх футпмх »шгибной жесткости нити, величины контактной межннточной . 11 и •., лппптгических параметров в точке Ь упругс Л линт. VL
Проекция Yl кривой VL ня прямую W определена по ууш'ншшр
me j\ у' — координаты точки L в осях Vx'y', -риелтированных отеоеигельно силы Р (рис. 2), причем для расчета эллиптического модул.'! упругой линии VL подробно рассмотрены условия участков петли NV и /L.
ÍU)if>"f»iH"e уравнения позволяют связать величину петельного тип Д. н вмеоты петельного ряда В трикотажного полота с тряыщннт образующей его нити. Разработанная методика реализодзнд $ компьютерной программе, которая применима дня прогно: :щюн11игч технологических параметров полотен купирной глади, нахо;отдяхлг в условнг разновьлюм состоянии.
Четверга» Г/<эвя посв®щена прогнозированию
геометрич^-кня ртраметров прессового комплекса на основе оценхи физихо-меха. 1чееки? свойств ниш. При мь-кроскопическом l.wísí структ)->ы различньи прессовых полотен обнаружено, что ажурный эффект создаваемый прессовыми зсомплехсалш, обусловлен раздвиганием прессовыми набросками сосегадах петельный егслбикоа кулирной глади (рис.3). Вполне возмоате?, ттс в аздосшост от вида базового переплетания природа ажурчога аффекта может бьпъ различной. В рабсг|9 рассмотрят.« одинарные дрессииьн: юезкяиа с чашки "МультисиюзГ с индексом переплетен»» i я? 2 кс> & В панком ;луча! наблюдается образопашк ажурного эффекта лгяеным <
зя счет рй-лгоигакм петельных т.; гонков пр^сшЭДми набуюсхкми, причем это заметно на всех 2" пзрианТ'Х полотен. Отсюда
Yl = у' eos уL - х sin уь
вывод, что именно наброски определяют геометрию прессового комплекса.
Двухмерная модель прессовс. лэ комплекса с / - 2
Идентичность остовов прессовой и верхней петлль позволяет говорить о ромбообразности прессового комплекса (рис.3.4). Геометрия прессового комгигхса определяется углами £ и а, причем угол £ равен половине угла между соседними сторонами ром а, образуемого прессовым комплексом, а у|Ол о р^вен ушу наклона петельных столбиков кулирной глади, прилегающих к прессовому комплексу. Получены математические выражения, по золившие вычислить значения углов £ и а». Выведены Формула для расчета -начеты петельного шага пр-ссов
го комплекса А11РК <. чти.-.м числом набросков
и с нечетным числом наЗроосов
где — Д*"Чна ни^и в петле бачовой к лирной гпадз
Двухм. риал недель прессового комплекса с I - 3 А п.. к:
Прогиб прессового комплекса с i отиоа"елыю ш «кости полота
В ходе "нашяа формы прессового комплекса и его элемеотов сделан вывод.о том, прессовая и верхняя петля геометрически не подобны петле кулирной глади. Получено уравнение, no-nojiiaoHiee определить сосгг эшения дп н участков прессовой петли и исходной пе»ли кулирной глад. оценить изменения конфигурации прессовой петли с увеличением иицекса перегшете"ия t + 2
/пр = 4 (мг-■ hv), - (12)
1ц. —длина нити в пре^.овой петае;
/ц- — тиина половины пет ельной палочки петли улирной гааш.; — длина подо! ты игольной дуга петли кулирной поди.
При рассмотрении Равновесия претсг.ого комплекса и построении расчетной схемы принято, что г прессщьл i плотна? с и. дех»х>'* i i 3 верхние наброски располагаются вы те пр псовой пепш (рис.4), либо лишь касаются ее игольной дуги, те. взаимодействия мызду прессовой пегаей и верхними набросками практически нет. Взаимодействие между прессовой петлей и набросками есть в полотнах с индексом переплетения i < 2, но эти структуры с требуемой точн лью можно рассчт?ть и по еоыетри еасим :оделям, поскольку существование прессового комплекса в таких полотнах обусж-длено не столько силовым взаимод. Зствием прессовой петли и наброска: .и, лсолько геомехрическими условиями суц:;сгвования прессового переплетения: то что KiöpocoK сильно грошут не значит, что прессовая петля изгибас" его; в iipouecce петлеобразования по способу Ггз .за
пючения игла им л- -юзможность согтать длш!> первого наброска равной длине пресс лой петли /Н1 = /др. Сложная конфигурация •чброска _лолне соответствует форме симметрично на' ipicemioio стержня малой жеткости, а форма равновесия задается геометрией omni (нить, ^бразуки^ая набг кок, стремиться приобрел. фор: у, соответствующую i лимунг энерпш и геометрии задачи). Поэтому в i.iar че прои юрировановзаим д 3er ie i-ro и 2-го лабросков с пре : чй петлей во изб яшие чрезмерного ушояшешы задачи.
было принято, чтг конфигурация наброска задастся сил1ши содействия с 'боковыми петлями кулирной пгчи И верхней л». прессового комплс а± (рис.3). Силь» контакта .¡рессового • гка и верхней петтш урвновкатаются силами
;гейстаук--дпми в точках связи верхней петли с правой и левой (рис.3) летпями кулирной галди, 1.х
о приводитк изменению формы последних.
Анал!^ формы наброска проведен как решен"е задачи нэ изгиб упругого стержня, малой лсестхости. Получены формулы для Расчета длин набросков, наб^оск^в-протяжек, т.е. наб; ос^ов, которые расположены выше ил шюй дуги прессовой петли.
Далее, для расчета высоты прессового "омплекса рассмотри тьг условия прогиба относительно плоскости полотна щухо^о!? и верхьей петель, прессовых набросков и, в итоге, ппессового комют
ха а целом (рис.5). При этом вывалена ^ормула расчета высоты прессового комплекса
гае У-, — проекция гривой V1 на ось ОУ, вычислена по алгоритму определения аналогичного парам-хра пространственного прогиба петли кулирной гиади(4), (9). Таким образом, получен« "методика расч-га геометрических параметров прессового южлпекса с учиом физико-к'^ханических свойств образующей его шли.
В пято'1 главе анализируется экспериментальные данные технологических параметров различных полотен, приведенных в условно равновесное состояние, и расчетные значения, печуч^шые по расчетно-эксперим.нтальному методу ИЛЛПалова, по 1-щели Р.Посг 1 и ДЛ.Маняен; и по риработанным методикам. Данные расчетов гч иде гельствуют о воз&'тжносга применен!-!
разраготанных методик для прогнозирования параметров трикотажа з условно- равновесном состоянии и потребительской усадки. Разр
ботан алгоритм определен! 1 за право', гых ; шных длины нити в петле исходя из проектируемых, с учетом физико-механических свойств пряжи и их '