Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

Скуланова Нина Сергеевна

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СФОРМИРОВАННОЙ ИЗ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВИДОВ СЫРЬЯ АППАРАТНОЙ ШЕРСТЯНОЙ ПРЯЖИ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2008

Работа выполнена на кафедре технологии шерсти Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Ашнин Николай Михайлович Доктор технических наук, профессор Фролов Вениамин Дмитриевич Доктор технических наук, профессор Юхин Сергей Семенович

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности

Защита состоится 26 февраля 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина по адресу: 119071 Москва, ГСП1, Малая Калужская ул., д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина Автореферат разослан л__________________2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Ю.С. Шустов АННОТАЦИЯ Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические и технологические решения по созданию общей теории деформирования, прочности и проектирования нитей и пряжи, являющейся универсальной и распространяющейся на любые натуральные и химические волокна, по разработке технологии аппаратной шерстяной пряжи с использованием нетрадиционных видов сырья.

Показано, что многие поставленные и решаемые вопросы проектирования нитей и пряжи являются основными при проектировании технологий прядильных производств всех видов волокон в текстильной промышленности. Отсутствуют методы, в которых с единых теоретических позиций рассматривались бы необходимые для решения проблем и задач текстильной технологии вопросы расчетов нитей на прочность. Чаще всего решения основаны на частных эмпирических связях, полученных в результате статистических методов планирования экстремальных экспериментов.

Проведена оптимизация параметров обработки отходов различных видов, в результате которой получены оптимальные технологические параметры машины для очистки волокна с целью получения высокой степени очистки и максимальной длины волокна после обработки в смесях с использованием нетрадиционных волокон; даны оптимальные технологические параметры чесальной машины для разволокнения крутых концов, обрезков ткани в ткачестве и отделке для получения максимальной длины волокон; разработаны составы аппаратных смесей с использованием новых видов сырья; вычислены параметры, определяющие прочность пряжи при технологической обработке компонентов;

разработаны пять новых планов технологической обработки нетрадиционных видов сырья в аппаратной системе прядения и определены значения для всех технологических потоков средней длины волокон по массе, коэффициентов вариации длины волокон по массе, средней длины волокон по сечению, коэффициентов вариации длины волокон по сечению, долю волокон менее 10 мм, мм, 30 мм, 50 мм, что позволяет выбрать необходимый технологический поток в зависимости от необходимой длины волокон в смеси. Исследованы влияние долевого содержания нетрадиционных видов сырья на неровноту по линейной плотности, влияние новых технологий применения безжировых эмульсий на неравномерность по линейной плотности аппаратной шерстяной пряжи. Получены градиенты и величины неровноты для оптимальных вариантов при использовании оптимальных типов гарнитур (игольчатой ленты и цельнометаллической пильчатой ленты), оптимальных разводок и скоростных режимов кардочесания (прочесных чисел I, II, III прочесов, процента опережения бегуна, скоростей съемных барабанов на I, II, III прочесе). Уточнены параметры кардочесания при переработке аппаратных смесей с вложением нетрадиционных видов сырья.

Проведены расчеты при проектировании однокомпонентной чистошерстяной аппаратной пряжи с использованием классической схемы расчета прочности, принятой в механике деформируемого твердого тела. На аналитическом уровне проведены расчеты пряжи при замасливании жировой и безжировой эмульсией с применением теории, учитывающей геометрические, фрикционные и жесткостные характеристики. Проведено проектирование аппаратной пряжи многокомпонентной смеси с использованием нетрадиционных видов сырья при изменении долевого содержания ангорской шерсти с 0,3 до 0,5.

Дана теория проектирования многокомпонентной аппаратной пряжи с использованием нетрадиционных видов сырья при изменении крутки с 130 до 400 кр/м. Проведено проектирование равновесной скрученной вдвое аппаратной пряжи из многокомпонентной смеси с использованием ангорской шерсти.

Дополнены и уточнены теории баллонирования нити применительно к кольцевой прядильной машине. Введено дополнительное граничное условие, которое является главным и определяет существенное отличие задачи о баллоне на кольцевой прядильной машине от баллонирования при отсутствии бегунка массы mB. Решена задача о форме и натяжении нити в баллоне кольцевой прядильной машины в условиях отсутствия ограничений на длину нити в баллоне.

Автор защищает:

Ц общую теорию деформирования, прочности и проектирования нитей и пряжи, изготовленной из любых натуральных и химических волокон;

Ц методологию проектирования технологии и пряжи, изготовленной из нетрадиционных видов сырья;

Ц расчет напряжений и деформаций волокон и нити, приближающий прочностные расчеты нити к действительному состоянию нити при ее нагружении;

Ц аналитическое описание масштабного эффекта, выражающего зависимость прочности образца от его длины и способ вычисления параметров распределения Вейбулла прочности волокон;

Ц аналитическое определение коэффициента реализации прочности волокон в нити и в пряже, вычисляемого до сегодняшнего времени экспериментально; величина коэффициента реализации прочности, расположенная в интервале 0,5 - 0,6 для натуральных волокон, оказывает, наряду со средней прочностью и числом волокон, наиболее существенное влияние на прочность пряжи;

Ц расчеты напряжений, деформаций и предельного состояния пряжи из волокон конечной длины с регулярной схемой миграции, длины участка скольжения волокна при нагружении пряжи, коэффициента скольжения, характеризующего уменьшение напряжений в пряже;

Ц теорию проектирования пряжи из многокомпонентной смеси в условиях существенного различия геометрических и прочностных свойств волокон компонентов;

Ц механику скрученных между собой нитей, условия силового взаимодействия двух скрученных нитей для изготовления равновесной крученой пряжи;

Ц теорию образовании сукрутин при переработке нитей и пряжи, критерий образовании сукрутин;

Ц уточнения и дополнения теории баллонирования нити применительно к кольцевой прядильной машине;

- оптимальные технологические параметры машины для очистки волокна с целью получения высокой степени очистки и максимальной длины волокна после обработки в смесях с использованием нетрадиционных волокон;

Ц оптимальные технологические параметры чесальной машины для разволокнения крутых концов, обрезков ткани в ткачестве и отделке для получения максимальной длины волокон из смесей с использованием ангорской шерсти;

Ц составы аппаратных смесей с использованием новых видов сырья;

Ц новые планы технологической обработки нетрадиционных видов сырья в аппаратной системе прядения;

Ц параметры кардочесания при переработке аппаратных смесей с вложением нетрадиционных видов сырья;

Ц оптимальные значения параметров гарнитуры рабочих органов с игольчатой и цельнометаллической пильчатой лентой на I, II, III прочесе при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть).

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многие поставленные и решаемые вопросы проектирования нитей и пряжи являются основными при проектировании технологий прядильных производств всех видов волокон в текстильной промышленности.

Отсутствуют методы, в которых с единых теоретических позиций рассматривались бы необходимые для решения проблем и задач текстильной технологии вопросы расчетов нитей на прочность. Эти вопросы даны в постановке, не соответствующей методам современной науки и, в частности, механики. Чаще всего решения основаны на частных эмпирических связях, полученных в результате статистических методов планирования экстремальных экспериментов, которые были модны в шестидесятых годах прошлого века.

Проектированию нитей и пряжи посвящено огромное число работ. Наиболее полные и корректные ответы на вопросы, связанные с расчетом нитей, даны в статьях и книгах J.W.S. Hearle. Периодически появляющиеся зарубежные и отечественные работы самого последнего времени в этой области, где даны неточные решения, противоречат элементарным положениям механики деформируемого твердого тела. Наиболее известным и применяемым в расчетах прочности пряжи является метод А.Н. Соловьева. Но и его конечная формула, и основные положения этого метода базируются на эмпирических связях, определяющих прочность пряжи по известным характеристикам волокон.

Необходим универсальный метод, распространяющийся на любые волокна и следующий классической схеме, принятой в механике.

Цель и основные задачи исследования. Целью диссертации является создание общей теории деформирования, прочности и проектирования нитей и пряжи, являющейся универсальной и распространяющейся на любые натуральные и химические волокна.

В работе решены следующие основные задачи:

Ц исследованы напряжения и деформации волокон, нити и пряжи, на основе которых описано действительное состояние нити при ее нагружении и проведены прочностные расчеты нити;

Ц в рамках статистической теории прочности волокон и концепции наислабейшего звена аналитически описан масштабный эффект, выражающий зависимость прочности образца от его длины;

Ц в результате решения оптимизационной задачи прочности волокон определен коэффициент реализации прочности волокон в нити и в пряже, вычисляемый до сегодняшнего времени экспериментально;

Ц рассмотрены напряжения, деформации и предельное состояние пряжи из волокон конечной длины с регулярной схемой миграции;

Ц разработана теория проектирования пряжи из многокомпонентной смеси в условиях существенного различия геометрических и прочностных свойств волокон компонентов;

Ц дана оценка работоспособности спроектированной пряжи при ее формировании на кольцевой прядильной машине;

Ц проведена оптимизация параметров обработки отходов различных видов;

Ц уточнены параметры кардочесания при переработке аппаратных смесей с вложением нетрадиционных видов сырья.

Ц определены оптимальные значения параметров гарнитуры рабочих органов с игольчатой и цельнометаллической пильчатой лентой на I, II, III прочесах при переработке смесей с вложением ангорской шерсти.

Ц найдены оптимальные значения скоростных параметров и разводок I, II, III прочесов: прочесные числа рабочих валиков, процент опережения бегуна, ширина меловой полоски, скорость съемных барабанов, разводки предпрочеса и основных прочесов при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть).

Основные методы исследования. Диссертационная работа построена на комплексном использовании теоретических и экспериментальных методов и средств исследований. Использованы методы классического анализа, механики деформируемого твердого тела, механики нити, теории оптимизации. В работе широко использованы вычислительные методы, реализованные в математической программе MathCAD. Основные теоретические положения проверены экспериментально на лабораторном и производственном оборудовании с использованием современной измерительной аппаратуры. Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждена корректным применением теорий, апробацией и внедрением результатов работы.

Научная новизна состоит в создании теоретических основ проектирования нитей, пряжи и технологических процессов изготовления аппаратной шерстяной пряжи из смесей с вложением нетрадиционных видов сырья. В диссертационной работе впервые:

Ц создана общая теория деформирования, прочности и проектирования нитей и пряжи, являющаяся универсальной и распространяющаяся на любые натуральные и химические волокна;

- дано полное исследование напряжений и деформаций волокон, нити и пряжи, приближающее прочностные расчеты нити к действительному состоянию нити при ее нагружении;

Ц получено соотношение, определяющее длину участка скольжения волокна при нагружении пряжи, аналитически найден коэффициент скольжения, характеризующий уменьшение напряжений в пряже;

Ц рассмотрена механика скрученных между собой нитей;

Ц развита теория образовании сукрутин при переработке нитей и пряжи, выведен критерий образовании сукрутин;

Ц дана оценка работоспособности спроектированной пряжи при ее формировании на кольцевой прядильной машине;

Ц развиты и дополнены теории баллонирования нити применительно к кольцевой прядильной машине.

Практическая значимость работы. Методология проектирования технологии и пряжи, изготовленной из нетрадиционных видов сырья, реализована в промышленности в условиях ЗАО Текстильная фирма Купавна. Получены оптимальные технологические параметры машины для очистки волокна с целью получения высокой степени очистки и максимальной длины волокна после обработки в смесях с использованием нетрадиционных волокон. Даны оптимальные технологические параметры чесальной машины для разволокнения крутых концов, обрезков ткани в ткачестве и отделке для получения максимальной длины волокон из нетрадиционных смесей. Спроектированы составы аппаратных смесей с использованием нетрадиционных волокон (ангорской шерсти). Разработаны пять новых планов технологической обработки нетрадиционных видов сырья в аппаратной системе прядения, и для всех технологических потоков определены значения средней длины волокон по массе, коэффициентов вариации длины волокон по массе, средней длины волокон по сечению, коэффициентов вариации длины волокон по сечению, долю волокон менее 10 мм, 20 мм, 30 мм, 50 мм, что позволяет выбрать необходимый технологический поток в зависимости от длины волокон в смеси. Получены градиенты и величины квадратической неровноты для оптимальных вариантов при использовании игольчатой ленты и цельнометаллической пильчатой ленты, оптимальных разводок и скоростных режимов кардочесания (прочесных чисел I, II, III прочесов, процента опережения бегуна, скоростей съемных барабанов на I, II, III прочесах). Уточнены параметры кардочесания при переработке аппаратных смесей с вложением нетрадиционных видов сырья. Определены оптимальные значения параметров гарнитуры рабочих органов с игольчатой и цельноме таллической пильчатой лентой на I, II, III прочесе при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть). Найдены оптимальные значения скоростных параметров и разводок I, II, III прочесов: прочесные числа рабочих валиков, процент опережения бегуна, ширина меловой полоски, скорость съемных барабанов, разводки предпрочеса и основных прочесов при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть).

Апробация работы.

Материалы по теме диссертации докладывались и получили одобрение: на международных научно-технических конференциях Современные проблемы развития технологии и техники текстильного производства (Либерец, ЧССР, 1981 г., 1983 г.); на международной научно-технической конференции Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Иваново, 2004 г., 2008 г.); на Всероссийских научнотехнических конференциях Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Москва, 1995-2008 г.г.); на межвузовских научнотехнических конференциях аспирантов и студентов Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Иваново, 2005 г., 2008 г.); на межвузовских научно-технических конференциях Современные проблемы текстильной промышленности (Москва, РоссЗИТЛП, 2003 г., 2004 г.); на Всероссийских научно-технических конференциях Текстиль XXI века (Москва, МГТА-МГТУ, 1996-2008 г.г.); на заседании ученого совета ОАО НПК ЦНИИШерсть (Москва, 2008 г.); на заседании кафедры технологии шерсти ГОУВПО Московский государственный текстильный университет имени А.Н.

Косыгина (Москва, 2008 г.); на заседании проблемного совета факультета технологии и производственного менеджмента ГОУВПО Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина (Москва, 2008 г.).

ичное участие автора в получении изложенных в диссертации результатов. Постановка цели, выбор методов и средств решения поставленных задач, теоретические положения и обобщение полученных результатов, выводы и рекомендации, сформулированные в работе, принадлежат автору. Внедрение результатов и исследований выполнено как автором лично, так и под его руководством при непосредственном участии.

Публикации. Основные результаты отражены в 44 работах, из них 1 монография, 5 учебных пособий, 9 статей в журнале Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 29 статей и тезисов на научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Содержание диссертации изложено на 306 страницах, из них основного текста 257, содержит 42 рисунка, 74 таблицы. Библиографический список включает 211 источников на 23 страницах. Приложение составляет 26 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, изложены цель и задачи исследований, приведены основные результаты, научная и практическая значимость, даны основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ современного состояния исследований в области проектирования и изготовления пряжи, который позволил подтвердить актуальность и новизну работы, ее практическую и научную значимость. Сформирована концепция универсального аналитического метода проектирования прочности нити любой природы, основанная на классической схеме, принятой в механике твердого тела, теоретического и экспериментального обоснования условий формирования аппаратной шерстяной пряжи из нетрадиционных видов сырья, методики прогнозирования строения аппаратной шерстяной пряжи из нетрадиционных видов сырья новых структур, новых технологических процессов формирования пряжи современных структур на отечественном технологическом оборудовании.

Проанализированы основные современные принципы проектирования пряжи, представляемые иностранными учеными, и научные подходы известных ученых Соловьева А.Н., Трыкова П.П., Разумеева К.Э., Шустова Ю.С., Капитанова А.Ф., Протасовой В.А., Коробейникова А.П., Кузнецова А.А., Рыклина Д.Б. и др. по решению теоретических, практических и экспериментальных задач в области проектирования пряжи, прогнозирования и проектирования параметров технологических процессов получения пряжи.

Во второй главе изложены разработанные в диссертации основы теории деформирования и прочности нитей и пряжи. Общая схема решения задач, связанных с нахождением перемещений и натяжений волокон при нагружении пряжи силой P, состоит в следующем: 1) составить уравнения совместности деформаций, т. е. соотношения, связывающие деформации отдельных элементов; 2) заменить в уравнениях совместности деформации напряжениями или усилиями по закону Гука (или иному закону связи); 3) составить уравнения статики, считая геометрию системы определенной для недеформированного состояния; 4) решить полученную систему уравнений. При простейшем теоретическом исследовании поведения волокон в нити с идеальной винтовой структурой (рис. 1) учитываются только продольные растягивающие силы и считается неизменным диаметр нити при растяжении.

dh Пусть деформация нити =, где dh - удлинение шага h винтовой y h dl линии, по которой расположено волокно, деформация волокна = (здесь f l dl - удлинение волокна). На рис. 1 показано изменение при одноосном растяжении длины волокна l, расположенного на расстоянии радиуса r нити от ее оси и ориентированного под углом к оси нити .

а б Рис. 1. Геометрическая модель нити (а) и ее развертка (б) при одноосном растяжении В соответствии с указанной выше схемой получено уравнение совместности деформаций = cos2. (1) f y Формула (1) написана для отдельного волокна, ориентированного под углом относительно оси x1 нити. В геометрической модели нити волокна располагаются по винтовым линиям с постоянным шагом h. Тогда шаг винтовой линии h не зависит от текущего радиуса нити r, а угол ориентации отдельного волокна , равный углу подъема винтовой линии, изменяется вдоль радиуса, достигая на поверхности нити радиуса R значения . Модуль упругости нити Ey определяется жесткостью всех волокон. Для такой сложной системы задача решается при помощи энергетических соотношений. На элементарном перемещении d L1 работа внешней силы P1 в направлении оси нити x1 при прочих ( ) неизменных перемещениях равна приращению потенциальной энергии деформации всех волокон:

N P1d L1 = ( ) dU. (2) f Упругий модуль нити E = E cos . Проведено усреднение cos4. Разy f делим нить на цилиндрические элементы радиальной толщины dr и площадью 2 rdr с углом винтовой линии . Тогда среднее значение cos4 получим в реR зультате интегрирования: cos4 = 2 r cos4 dr = cos2 . Тогда R2 Ey = E cos2 . Эта простая формула показывает, что модуль упругости нити f уменьшается в зависимости от угла кручения и соотношение модулей нити и волокна составляет cos2 . Приведенный вывод не учитывают ни изменения толщины нити при деформировании, ни действия поперечных сил, возникающих из-за пространственного расположения волокон в нити. Проведено более полное исследование напряжений и деформаций волокон и нити, приближающее прочностные расчеты нити к действительному состоянию нити при ее нагружении.

Разрушение нити начинается с разрыва волокон. Предел прочности волокна при растяжении определяется соотношением = Ef . Здесь звездочf * f * кой обозначены величины, относящиеся к предельному состоянию. Деформация волокон уменьшается пропорционально cos в радиальном направлении нити от = до = cos2 . Максимальная деформация возникает в ценf y f y тральных волокнах и равна деформации нити. Максимальное напряжение, или предел прочности при растяжении, центральных волокон, которые первыми разрываются и затем инициируют разрушение нити, = Ef f * f * или в соответствии с выражением (1) = Ef .

f * y* Напряжение в нити при той же деформации определяется выражением y* = Ey.

y* y* Отсюда следует, что отношение предела прочности нити к пределу прочности волокна равно отношению модуля упругости нити к модулю упругости волокна и представляет собой функцию угла кручения , коэффициента Пуассона % волокна , коэффициента Пуассона нити ,, :

( ) f y y f y Ey 2cos2 y = = Ef 1 + 2 1 - cos2 ( )( ) f f 2 1 + ( )(1 - (cos ) ) - f 2 +f 1 + ln cos + ( ) (3) y 1 + 2 f .

3 1 + 2 f 4 1 + f ( ) ( )(cos ) 2 -1 y f - 2 2 -1 - 2 -cos2 f f В простейшем случае, не учитывающем ни изменения диаметра нити, ни действия поперечных сил, предел прочности нити определяется формулой = cos2 . (4) y* f * В основе одной из статистических теорий лежит гипотеза слабого звена.

Волокно предполагается составленным из большого числа структурных элементов, каждый из которых имеет свою прочность. Разрушение всего волокна в целом происходит тогда, когда выходит из строя хотя бы один структурный элемент. Разрыв волокна отождествляется с разрушением цепи, звенья которой имеют различную прочность. Прочность цепи равна прочности наислабейшего звена. Прочность волокна длины l определяется прочностью его наиболее слабого дефектного места. Так как дефекты в волокне располагаются случайным образом, то и прочность волокна является случайной величиной. Реальная надежная экстраполяция эмпирических данных в область малых вероятностей возможна лишь при условии, если из каких-либо теоретических соображений известны асимптотические свойства распределения. Функция распределения получена в виде l p = 1- exp - (5) l0 pw и соответствующая плотность распределения -1 l p l p l, p = exp - . (6) ( ) l0w pw l0 pw Получена формула для средней прочности волокна l0 p = pw 1+, (7) l описывающая масштабный эффект (рис. 2).

Рис. 2. Масштабный эффект прочности волокон с различным параметром Разрушение нити начинается с разрыва волокон. Механизм разрушения нити представляет собой последовательный разрыв волокон, сначала наиболее слабых, а затем, после обрыва одного волокна, перераспределение нагрузки на остальные (mЦ1) волокон. Напряжение в волокнах увеличивается, и далее раз рушение будет происходить по описанной схеме. Пусть n волокон из m исходных разрушилось, когда нагрузка достигла Р. Тогда число неразорванных волокон m - n. Связь общей нагрузки на нить P и нагрузки на отдельное во( ) локно p выражается соотношением n P = mp1-. (8) m n Отношение = p является интегральной функцией распределения ( ) m вероятности того, что волокно разрушится при напряжении, меньшем p. ЗнаdP чение P достигает максимума, если = 0. Дифференцируя выражение (8) по p dp и приравнивая результат нулю, получим 1- p - pmax p = 0, (9) ( ) ( ) где p - плотность распределения прочности волокон (дифференциальный ( ) закон распределения). Из условия экстремума (9) находим pmax и в результате подстановки в исходное уравнение (8) получаем максимальное значение прочности пучка. Максимальная прочность Pmax всегда меньше средней прочности.

Максимальная прочность всех волокон, участвующих в нагружении 1/ l0 -1/ Pmax = pwm e ), (10) ( l где е - основание натурального логарифма.

1/ l0 .

Средняя прочность P = pwm 1+ Сравнивая эту формулу с форму l лой максимальной прочности, запишем Pmax = kP, где коэффициент (e ) k = (11) 1+ является коэффициентом реализации средней прочности волокон в нити.

Рассмотренная идеализированная модель нити не вполне отражает реальную структуру пряжи. Отклонения вызывает сама технология нити, когда нить, состоящая из системы параллельных волокон, преобразуется в крученую структуру, в которой наружные волокна длиннее центральных. При постоянном шаге витка h длина винтовой линии больше h, волокна должны удлиняться вследствие растяжения. Но все же геометрическая совместимость волокон в процессе кручения достигается в основном сменой положения частей волокон относительно оси нити таким образом, чтобы на большом протяжении нити длины траекторий волокон были бы одинаковыми (рис. 3). Этот эффект называют миграцией волокон. Для моделирования этого явления непригодна идеализированная крученая структура, поскольку в ней наружные волокна не закреплены и, значит, могут вместо обжатия соседних слоев проскальзывать, в результате чего проскальзывание распространяется через все слои пряжи.

Рис. 3. Схема и модель миграции волокон в пряже В пряже, образованной короткими волокнами длиной l, возникает скольжение волокон, начинающееся от их концов, которые не закреплены и натяжение которых должно равняться нулю. Распределение усилий между волокнами осуществляется в результате сил трения взаимодействующих волокон. На некотором расстоянии ls от конца волокна натяжение возрастает до значения, при котором проскальзывания нет. Длина lкр = 2ls, передающая усилие соседним волокнам, является критической длиной. Для l ls система волокон является самоуплотняющейся, т.е. чем сильнее натяжение, тем сильнее поперечное обжатие. Если же l < 2ls то защемление волокон отсутствует и волокна скользят одно относительно другого.

Примем точку Р (рис. 4), расположенную на поверхности нити, за начало отсчета дуговой координаты точки М на мигрирующем i-м волокне.

Рис. 4. К равновесию мигрирующего волокна На поверхность волокна длиной dli и радиуса rв действует элементарная сила трения df = gi (2 rвdli ). (12) Суммарная сила fs, препятствующая скольжению на расстоянии s от конца волокна, s fs = (2 rв )dli. (13) i g По мере увеличения длины участка скольжения ls напряжение s возрастает до тех пор, пока при l = ls оно достигнет напряжения, необходимого для защемления волокна и деформирования нити. Приняв во внимание формулу = = cos2 , получаем соотношение, определяющее длину участка s y f скольжения rвQ ls =. (14) 2(1 - cos2 ) Коэффициент скольжения 2 rвQ kc = 1- (15) 3Lf 2(1- cos2 ) характеризует уменьшение напряжения в нити из коротких волокон.

Распространим полученный результат на весь объем нити, приняв во внимание соотношение Ey y = = cos2 , Ef f и получим окончательное выражение, которое лежит в основе построения расчетных формул прочности пряжи 2 rвQ y = cos2 (16) 1- .

3sin Lf 2 f Формула (16) включает в себя основные структурные параметры пряжи, в том числе крутку; сомножитель в фигурных скобках характеризует механизм скольжения волокон, в соответствии с которым проскальзывание снижается с увеличением длины волокна Lf, его тонины а, коэффициента трения и возрастает с ростом периода миграции Q. Если физическая сторона влияния длины волокна, периода миграции, коэффициента трения на скольжение волокон вполне ясна из всего предыдущего изложения, вывода уравнений и формул, описывающих напряженно-деформированное состояние пряжи, то воздействие тонины волокна не столь очевидно. Для выяснения действия этого фактора сопоставим развивающиеся в волокне растягивающие напряжения и поперечные давления, определяющие величину трения. Имеющееся в волокне натяжение пропорционально площади его поперечного сечения rв2, в то время как трение, обусловливающее сопротивление скольжению, пропорционально площади поверхности волокна, линейной относительно радиуса rв. Тогда с увеличением радиуса волокна его натяжение, способное вызвать скольжение, возрастает бо лее интенсивно, чем фрикционное сопротивление, препятствующее скольжению. Эффект проскальзывания будет, таким образом, уменьшаться, как только волокна станут более тонкими.

Дальнейшее развитие теории относится к расчетам прочности пряжи, образованной из нескольких компонентов. При этом геометрические и прочностные свойства волокон компонентов существенно различны. Обозначим деформацию пряжи 0. Угол подъема оси волокна, т.е. угол между касательной к винтовой линии и образующей цилиндрической поверхности пряжи, равен .

Тогда деформация осевой линии единичного волокна запишется в виде:

в = 0 cos2. Выразим деформации через силы. Примем четырехкомпонентную смесь для выработки. Имеем T1 T2 T3 T= = =, (17) E1F1 E2F2 E3F3 E4Fгде EF с соответствующими индексами представляет собой жесткость компонентов при растяжении; Ti - натяжение волокон компонента.

Наибольшие усилия возникают в наиболее жестком компоненте. На испытательной машине FM-27 при базовой длине l0 = 10 мм в режиме постоянной скорости деформации проведены с необходимой точностью и надежностью испытания на прочность одиночных волокон. Жесткость одного волокна при известl ных из опыта разрывной нагрузке Pв и деформации в = вычисляется по lPв формуле EiFi 1 =. Жесткость компонента равна жесткости одного волокна, ( ) в умноженной на число волокон mi этого компонента. Доля i -го компонента смеси задается обычно по массе и обозначается i. Средняя линейная плотность волокон в смеси T =. В соответствии с долевым участием компоn i Ti нентов получим число волокон каждого из них. Но здесь надо иметь в виду, что от долей i компонентов по массе надо перейти к долям i по числу волокон, -i liTi ( ) которые между собой связаны равенством i =, где li - средняя длина n i liTi EiFi волокна i -го компонента. Обозначив соотношение жесткостей ei =, полуE3Fчим отношения жесткости каждого компонента к наиболее жесткому: e1, e2, e4.

Прочность пряжи задается формулой P = T3 e1 + e2 + e4 +1 cos. (18) ( ) Следующим этапом проектирования является расчет прочности T3 наиболее жесткого, третьего компонента, который разрушается первым. Окончательно вычисляется прочность многокомпонентной пряжи:

P = pв l m3 e1 + e2 + e3 +1 kkс cos. (20) ( ) ( ) Третья глава работы посвящена проектированию технологии аппаратной шерстяной пряжи из нетрадиционных видов сырья. Впервые в производственных условиях ЗАО Текстильная фирма Купавна разработаны новые составы смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть 48/46к) с долевым содержанием 0,2-0,4 при смешивании с мериносовой шерстью 64к (М21), кроссбредной шерстью 58/56к (К26/28). Для подготовки компонентов нетрадиционных видов сырья к смешиванию спроектированы новые технологические потоки с использованием современного отечественного технологического оборудования (табл. 1).

Таблица Технологические потоки обработки нетрадиционных видов сырья № Технологический поток Переходы п/п 1 I технологический поток Обработка на чесальной машине ЧМД-РК (1 вариант); крашение; сушка; расщипыва ние; парозамасливание; смешивание.

2 II технологический поток Обработка на чесальной машине ЧМД-РК (2 вариант); крашение; сушка; расщипыва ние; парозамасливание; смешивание.

3 III технологический поток Обработка на машине МРШО; крашение;

сушка; расщипывание; парозамасливание;

смешивание.

4 IV технологический поток Обработка на щипальной машине АВ-5 или ЩЗ-140-Ш5; крашение; сушка; расщипыва ние; парозамасливание; смешивание.

5 V технологический поток Крашение; сушка; обработка на щипальной машине АВ-5 или ЩЗ-140-Ш5; расщипывание; парозамасливание; смешивание.

Длина ангорской шерсти лежит в диапазоне 80-150 мм и более, и различные варианты предварительной обработки позволяют получить волокно необходимой длины, наиболее близкое к средней длине волокон в смеси, определенной по формулам В.Е. Гусева, К.Э. Разумеева, в зависимости от долевого содержания нетрадиционных волокон и возможных пределов отходов нетрадиционного волокна в технологическом процессе.

Для переработки отходов смесей с нетрадиционными волокнами, которые имеют очень высокую стоимость, разработаны технологические потоки для повторного использования волокон, ранее не предусмотренных для переработки в смесях современного ассортимента аппаратных тканей: волокно горошек, волокно из обрезков ткани в ткачестве и отделке. Проведена оптимизация па раметров технологического процесса при переработке нетрадиционных волокон на машине для очистки волокна МРШО с целью сохранения и определения оптимальной длины отходов для повторного использования в смесях.

Исследование параметров регулируемых зон очистки на машине МРШО позволило получить достаточную длину волокна отхода горошек, который ранее не перерабатывался в смесях с вложением нетрадиционных волокон и составляет 2-3% от отходов в кардочесании, повысить степень очистки волокон горошек при следующих оптимальных параметрах заправки на машине МРШО: разводка между питающим валиком и приемным барабаном - 0,4 мм;

разводка между приемным барабаном и первым сороотбойным ножом - 0,3 мм;

разводка между главным барабаном и первым сороотбойным ножом - 0,3 мм. В табл. 2 приведены значения длины волокон при обработке волокон отхода горошек на машине МРШО, которые могут быть использованы в смеси от 3 до 5% в зависимости от состава основных компонентов: I технологический поток - длина волокон горошек после кардочесания, II технологический поток - длина волокон горошек после обработки на МРШО до оптимизации параметров переработки, III технологический поток - длина волокон горошек после обработки на МРШО после оптимизации параметров переработки, IV технологический поток - длина волокон в ровнице с вложением отходов горошек.

Таблица Изменение длины волокон Длина волоДлина воТехнологические Коэффициент Коэффициент кон по сечелокон по потоки вариации, % вариации, % нию, мм массе, мм I технологический 15,6 74,6 24,3 60,поток II технологический 15,7 57,2 20,9 51,поток III технологический 22,3 57,2 29,6 48,поток IV технологический 20,0 81,0 33,1 57,поток Качество разволокнения отходов и сохранение длины волокон оценено для смесей с вложением нетрадиционных видов сырья на новой современной отечественной чесальной машине ЧМД-РК для четырех технологических потоков обработки: I технологический поток - разволокнение крутых концов нетрадиционных смесей при частоте вращения питающего цилиндра 1,4 мин-1; II технологический поток - разволокнение крутых концов при частоте вращения питающего цилиндра 2,9 мин-1; III технологический поток - разволокнение обрезков суровой ткани; IV технологический поток - разволокнение обрезков готовой ткани. Оптимизация параметров разволокнения отходов на чесальной машине ЧМД-РК из смесей с вложением нетрадиционных видов сырья позволила получить длину волокон по диаграмме Барбе в диапазоне от 18,8 до 21,мм, что увеличивает вложение отходов данного вида в смеси с 2-3% до 5-7%.

Впервые для проектирования многокомпонентной пряжи с использованием аналитического метода расчета прочности проведены исследования квадратической неровноты аппаратной пряжи в зависимости от длины отрезка с использованием прибора КЛА-2 для:

Ц различных составов смесей при вложении нетрадиционных видов сырья;

Ц различного долевого содержания нетрадиционных видов сырья;

Ц применения новых видов безжировых эмульсий при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья;

Ц изменения крутки пряжи при вложении нетрадиционных видов сырья;

Ц оптимизации технологических параметров кардочесания смесей при вложении нетрадиционных видов сырья.

Исследование влияния изменения долевого содержания ангорской шерсти 48к проведено для пряжи ЗАО Текстильная фирма Купавна линейной плотностью 158,7 текс с круткой 250 кр/м следующего состава смеси: шерсть ангорская 48к (Ангора 33), шерсть помесная 64/60к (Т/П 23/24), капроновое волокно, лом ровничный. Долевое содержание ангорской шерсти составило: 1 вариант - 0,345; 2 вариант - 0,300; 3 вариант - 0,252.

В табл. 3 приведены значения градиентов неровноты для трех вариантов смеси.

Таблица Градиенты неровноты Длина отрезка Варианты 0,2 см 25 см 50 см 1 м 5 м 25 м Вариант 1 18,2 10,8 9,5 8,2 5,4 1,Вариант 2 15,9 7,9 7,2 6,4 3,3 1,Вариант 3 16,4 6,6 5,8 5,3 2,2 1,Снижение долевого содержания нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть 48к) с 0,345 до 0,252 позволяет снизить квадратическую неровноту аппаратной пряжи для отрезков различной длины на 30,7-47,4 относительных процента.

Разработаны технологии применения безжировых эмульсий иванстан, канафил, леомин при переработке смесей с вложением нетрадиционных волокон, что позволило снизить расход эмульсирующих компонентов в процессе приготовления смесей с 20-23% по нормам технологических режимов до 4,5-15% и процент жира на волокне с 5-8% до 1,7-3,6%. Минимальная квадратическая неровнота для отрезков длиной 0,5 м была получена при применении безжировой эмульсии с препаратом иванстан.

Для создания тканей новых структур разработана технология получения пряжи с пониженной круткой 183 кр/м и 132 кр/м из смесей с вложением нетрадиционных волокон.

Оптимизация процесса кардочесания при вложении нетрадиционных видов сырья проведена при определении следующих параметров:

- гарнитуры I, II, III прочесов игольчатой и цельнометаллической пильчатой ленты трехпрочесного чесального аппарата;

Ц скоростных режимов кардочесания I, II, III прочесов;

Ц разводок гарнитуры кардочесального аппарата для игольчатой гарнитуры и цельнометаллической пильчатой ленты.

В табл. 4 даны оптимальные параметры гарнитуры рабочих органов трехпрочесного чесального аппарата, разработанные для технологического процесса кардочесания смесей при переработке с нетрадиционными видами сырья.

Таблица Оптимальные параметры гарнитуры для переработки смесей при вложении нетрадиционных волокон Нумерация гарнитуры Рабочие органы I прочес II прочес III прочес Главный барабан ЦМПЛ-16 24 Рабочие валики 1, 2 ЦМПЛ-10 24 Рабочие валики 3, 4, 5 ЦМПЛ-10 26 Съемные валики ЦМПЛ-18 28 Бегун 22 26 Съемный барабан ЦМПЛ-19 26 До настоящего времени нормативами кардочесания не предусмотрены изменения прочесных чисел технологического процесса в зависимости от состава смеси, состояния и свойств волокон. Для получения оптимальных значений прочесных чисел трехпрочесного чесального аппарата при кардочесании смесей с вложением нетрадиционных волокон были проведены исследования в производственных условиях ЗАО Текстильная фирма Купавна на производственных партиях 1-3 т смеси для применения игольчатой ленты на трех прочесах и с применением гарнитуры ЦМПЛ. В табл. 5 приведены оптимальные значения прочесных чисел для чесального аппарата с гарнитурой ЦМПЛ (I прочес) и игольчатой лентой (II, III прочес).

Таблица Оптимальные значения прочесных чисел Рабочие валики I прочес II прочес III прочес Рабочий валик 1 135 180 2Рабочий валик 2 146 190 2Рабочий валик 3 152 200 2Рабочий валик 4 172 210 2Рабочий валик 5 200 220 2Разработаны параметры работы бегуна чесального аппарата для применения игольчатой ленты и с применением гарнитуры ЦМПЛ, и установлено, что ширина меловой полоски, определяющая глубину вхождения игл бегуна в гарнитуру главного барабана при новых параметрах гарнитуры и скоростного режима, должна составлять для I прочеса - 15 мм, II прочеса - 30 мм, III прочеса - 40 мм, и процент опережения скорости игл бегуна по отношению к скорости главного барабана чесального аппарата должен составлять на I прочесе - 30%, на II прочесе - 25%, на III прочесе - 15%.

Определены параметры работы съемных барабанов, которые позволяют обеспечить оптимальные скорости процесса, минимальное количество мушек в грамме, минимальное укорочение волокон: для I прочеса скорость должна составлять 13,5 м/мин, для II прочеса - 12 м/мин, для III прочеса - 12,5 м/мин.

Реализация разработанной технологии кардочесания и нормализация технологического процесса позволили при кардочесании смесей с вложением нетрадиционных волокон снизить процент укорочения с 27,2 до 19,1%, количество мушек в грамме с 25 до 19,7, увеличить процент выхода пряжи из смеси на 7,2%, квадратическую неровноту пряжи снизить на 19 относительных процентов для 0,5 м отрезков пряжи.

В четвертой главе проведены расчеты на прочность пряжи, изготовленной с использованием ангорской шерсти. Расчет начат с проектирования прочности однокомпонентной чистошерстяной аппаратной пряжи.

Расчет проведен для пряжи линейной плотности 109 текс с круткой 4кр/м для следующего состава смеси: шерсть мериносовая 64к (М21) - 0,95, лом ровничный - 0, 05.

Tпр 1Число волокон в пряже m = = = 222. Средняя длина волокон в пряже, Tв 0,определенная на приборе Альметр, l = 53,02 мм.

На машине FM-27 проведено 50 испытаний на прочность одиночных шерстяных волокон и определено, что средняя прочность волокон сН, Р = 9,в дисперсия прочности D =13,51 сН2.

После решения системы уравнений 1 1 1 Р = Р (1 + ), D = Рw 1+ - 2 1+ в w определены параметры распределения Вейбулла и Pw :

P = 10,56; =2,74.

w Коэффициент реализации средней прочности волокон в пряже 1 - 2,( e 2,74 2,7) ( ) k = = = 0,54.

1 1+ + 2, Средняя прочность волокон длиной 53,02 мм l Р l = P 53,02 = Р 1+ ;

( ) ( ) в в w l где: Рв l - средняя прочность волокна длиной l, сН;

( ) P и - параметры распределения Вейбулла;

w l0 - длина волокна при определении прочности волокна;

l - средняя длина волокон в пряже.

2, 10 1 Р l = 10,56 = 5,11сН.

1+ ( ) в 53,02 2, Прочность волокон, образующих пряжу Р = Рв l m = 5,11 222 = 1134 сН.

( ) Для пряжи линейной плотности 109 текс с круткой 400 кр/м диаметр пряжи составил 0,45 мм. Тогда имеем:

2cos 1- cos ( ) = arctg 2 R / r = 29,5o, cos = = 0,931.

( ) sin Прочность волокон с учетом коэффициента реализации средней прочности волокон в пряже составит:

Рmax = kP = 0,54 1134 = 612 сН.

Принимая во внимание уменьшение прочности пряжи вследствие скольжения волокон конечной длины на величину k = 0,998, прочность пряжи равна с Р = Р k cos = 612 0,998 0,931 = 569,2 сН.

пр max с Экспериментальное значение прочности, определенное на машине Инстрон в стандартном режиме составило 525,4 сН.

Сравнение реальной прочности чистошерстяной однокомпонентной аппаратной пряжи с теоретической показали, что относительная ошибка составила 7,7%.

Далее дано проектирование прочности однокомпонентной чистошерстяной аппаратной пряжи при замасливании жировой и безжировой эмульсией.

Расчет прочности однокомпонентной чистошерстяной аппаратной пряжи при замасливании жировой и безжировой эмульсией проведен для пряжи линейной плотности 130,4 текс с круткой 318 кр/м (1-й вариант) и для пряжи 131,6 текс с круткой 311 кр/м (2-й вариант) для следующего состава смеси: шерсть помесная 64к (П/Т 23) - 0,95, лом ровничный - 0,05.

Для замасливания пряжи выбраны жировая эмульсия - вариант 1 (олеиновая кислота - 10%, соляровое масло - 13,5%, триэтаноламин - 1%, словасол О - 2%, вода - 73,5%) и безжировая эмульсия - вариант 2 (леомин - 12%, вода - 88%).

При переработке аппаратных смесей с использованием жировой эмульсии процент жира на волокне в пряже лежит в диапазоне 5 - 8%, а при переработке аппаратных смесей и использованием безжировых эмульсий процент жира на волокне в пряже составляет 2 - 4%.

Проскальзывание волокон уменьшает прочность пряжи и характеризуется 2 r Q в коэффициентом скольжения: k = 1-, с 3l 2 1- cos ( ) в где Q - длина волны миграции, которая равна четырем виткам крутки;

- коэффициент трения между волокнами, 1) = 0,05, 2) = 0,35;

o o - расчетное значение угла кручения, град, 1) = 26,1, 2) = 25,6.

Тогда при расчетах получим: 1) kс=0,930, 2) kс=0,998.

Прочность пряжи, выработанной с применением жировых и безжировых эмульсий с учетом коэффициента скольжения kс и коэффициента реализации средней прочности волокон в пряже:

1) Р = Р l mkk cos = 422,8 сН; 2) Р = 545,8 сН.

( ) пр в c пр Следующий раздел диссертации посвящен проектированию пряжи из многокомпонентной смеси с использованием нетрадиционных видов сырья в аппаратных смесях. Проектирование пряжи проведено для пряжи линейной плотности 124,5 текс с круткой 287 кр/м для ткани артикула 5215/440, вырабатываемой на ЗАО Текстильная фирма Купавна при изменении долевого содержания нетрадиционных волокон с 0,3 до 0,5.

Таблица Составы смесей Долевое содержание компонентов в смеси № Компоненты смеси Вариант Вариант Вариант Вариант Вариант п/п 1 2 3 4 Шерсть мериносовая 1 0,297 0,267 0,247 0,227 0,264к/70к (М 19-21) Шерсть мериносовая 2 0,250 0,230 0,210 0,190 0,164к (М21) 3 Ангорская шерсть 0,300 0,350 0,400 0,450 0,5I кл., I гр. (Ангора 33) 4 Капроновое волокно 0,153 0,153 0,143 0,133 0,1Для определения прочности пряжи используем формулу Р = Р l m e + e +1+ e k k cos.

( ) ( ) * в 3 1 2 3 c Основные величины по расчету прочности пряжи для пяти вариантов аппаратных смесей при изменении долевого содержания нетрадиционных волокон (ангорская шерсть) представлены в табл. 7.

Таблица Расчеты прочности пряжи Показатели Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант Средняя линейная плотность волокон 0,617 0,641 0,67 0,702 0,7в смеси, текс Число волокон в тонком 155 149 142 136 1сечении пряжи Число волокон наиболее 16 19 21 24 жесткого компонента Теоретическая прочность многокомпонентной пря- 496,065 503,107 507,828 512,745 523,3жи, сН При изменении долевого содержания нетрадиционных волокон в аппаратных смесях с 0,3 до 0,5 прочность пряжи увеличивается с 496,1 сН до 523, сН, что гарантирует хорошую переработку в ткачестве и позволяет изменить внешний вид тканей при использовании различной технологии отделки.

В следующем разделе диссертации дана оценка влияния изменения крутки на прочность пряжи из многокомпонентной смеси при вложении ангорской шерсти. В производственных условиях ЗАО Текстильная фирма Купавна изменение крутки многокомпонентной аппаратной пряжи 124,5 текс находится в широком диапазоне от 130 кр/м до 400 кр/м. Определяем компонент с наибольшей жесткостью и выполняем необходимые расчеты для расчета прочности.

Для шести вариантов пряжи проведены расчеты длины скольжения волокон при изменении крутки с 130 кр/м до 400 кр/м, т.к. для волокон длиной меньше удвоенной длины скольжения отсутствует защемление волокон. Волокна скользят одно относительно другого, и число этих волокон исключаем из волокон, воспринимающих и передающих нагрузку в самом жестком компоненте (ангорская шерсть) многокомпонентной пряжи при расчете теоретической прочности.

Процент волокон меньше удвоенной длины скольжения определяем по дифференциальному и интегральному закону распределения по длине, полученной на приборе Альметр.

В табл. 8 приведены полученные величины длины скольжения, удвоенной длины скольжения, длины волокон, воспринимающих и передающих нагрузку в наиболее жестком компоненте многокомпонентной пряжи, числа волокон, воспринимающих и передающих нагрузку, и теоретической прочности многокомпонентной пряжи при изменении крутки в диапазоне 130 - 400 кр/м.

Таблица Удвоенная Теорети№ Длина Число КоэффициКрутка, длина l=lв-2ls, ческая вари- скольже- воло- ент сколькр/м скольжения мм прочность, анта ния ls, мм кон m жения 2ls, мм сН 1 130 7,63 15,26 43,14 12 0,913 364,2 180 4,80 9,60 48,54 13 0,945 392,3 230 3,40 6,80 51,10 14 0,961 418,4 287 2,54 5,08 53,30 17 0,971 504,5 350 1,98 3,96 54,44 17 0,977 491,6 400 1,69 3,38 55,02 17 0,981 482,В пряже с более интенсивной круткой, чем 287 кр/м, длина скольжения ls настолько мала, что скользящих волокон уже нет, и число волокон, участвующих в нагружении, становится постоянным, в данном случае равным 17.

При изменении крутки с 130 до 400 кр/м изменяются следующие параметры расчета:

Ц длина скольжения снижается с 7,63 мм до 1,69 мм на 78%;

Ц длина волокон, воспринимающих и передающих нагрузку в наиболее жестком компоненте пряжи, увеличивается с 43,14 мм до 55,02 мм на 21,6%;

- число волокон, воспринимающих и передающих нагрузку в наиболее жестком компоненте пряжи, увеличивается с 12 до 17 на 29,5%;

Ц коэффициент скольжения увеличивается с 0,913 до 0,981 на 7%.

В пятой главе дана оценка работоспособности спроектированной пряжи.

Критерий прочности может быть записан в форме соотношения сил - максимального натяжения пряжи T и ее прочности P : P T. Максимальное наmax max тяжение пряжи на кольцевой прядильной машине возникает между бегунком и початком. Теории этого вопроса и вычислению T посвящена пятая глава раmax боты. Контурным или установившимся движением называют движение нити, которая сохраняет все время форму некоторой неизменной линии. Нить при этом движется вдоль линии с заданной относительной скоростью vr = vr t, а ( ) сама линия неподвижна или перемещается с произвольным образом. Это движение реализуется на кольцевой прядильной машине при кручении и наматывании нити на початок. Нить линейной плотности движется с постоянной скоростью v от вытяжного прибора через нитепроводник А (рис. 5), затем проходит через бегунок В, движущийся с постоянной угловой скоростью по кольцу K радиуса Rк, и далее наматывается на початок радиуса r.

Рис. 5. Баллон на кольцевой прядильной машине Вычисления по математической модели баллона, учитывающей достаточно общие условия, показывают, что задачу можно существенно упростить.

Обычно пренебрегают, во-первых, силой тяжести нити, во-вторых, силой сопротивления воздуха. Дальнейшее упрощение предполагает пренебречь кориолисовой силой инерции (она мала по сравнению с переносной силой инерции из-за vr < r ). Эти предположения не вносят большой погрешности в вычисления.

Для баллона между нитепроводником и бегунком на кольцевой прядильной машине действительна система дифференциальных уравнений и общее ре 1 C1C2 шение задачи для вращающейся нити в виде y = sin x. Во вра C1 щающихся осях Axy нитепроводник A и бегунок B имеют постоянные координаты: xA = 0, yA = 0, xB = h, yB = Rк. Но кроме этих граничных условий необходимо ввести дополнительное условие, которое является главным и определяет существенное отличие задачи о баллоне на кольцевой прядильной машине от баллонирования при отсутствии бегунка массы mB. Для получения этого условия рассмотрено движение бегунка. Написана система трех независимых уравнений, решаемых относительно C1, C2, B :

1 C1C2 Rк = sin h, tgB = C2 cos h, C1 C1 -kн +B mB2Rк e = -kн +B sin + cos - ( ) sinB + cosB e kк (21) 1 = C1 1+ C2 cos h .

2 C1 Вычислено натяжение Tб-п на кольцевой прядильной машине ПБ-114-Шпри следующих условиях: пряжа линейной плотности 125 текс, высота баллона h = 325 мм, масса бегунка mB = 0,5 г, диаметр кольца Dк = 2Rк = 75 мм, диаметр патрона d = 2r = 38 мм, частота вращения веретена 4500 минЦ1. Приведенные значения высоты баллона h, диаметра початка r соответствуют наибольшей величине натяжения между бегунком и початком в конкретных условиях формирования пряжи.

Если принять kк = 0,17, kн = 0,25, то получим C1=909,78, C2=0045, B = -0,047. Максимальное натяжение при наматывании на прядильной машине, т.е. натяжение между бегунком и початком, в выше приведенных условиях составит 133,3 сН.

Применение безбаллонных насадок предполагает увеличение частоты вращения веретен на этих машинах до 8000 минЦ1. Вычисление натяжения Tб-п при тех же указанных условиях, но при n = 7500 минЦ1, дает 277,3 сН. Прочность многокомпонентной пряжи с использованием ангорской шерсти на предприятии составляет 467 сН.

Общие выводы и заключение На основе механики твердого тела создана общая теория деформирования, прочности и проектирования нитей и пряжи, являющаяся универсальной и распространяющаяся на любые натуральные и химические волокна.

Методология проектирования технологии и пряжи, изготовленной из нетрадиционных видов сырья, реализована в промышленности в условиях ЗАО Текстильная фирма Купавна.

Дано полное исследование напряжений и деформаций волокон, нити и пряжи, приближающее прочностные расчеты нити к действительному состоянию нити при ее нагружении.

В рамках статистической теории прочности волокон и концепции наислабейшего звена аналитически описан масштабный эффект, выражающий зависимость прочности образца от его длины. Приведен способ вычисления параметров распределения Вейбулла прочности волокон.

В результате решения оптимизационной задачи прочности волокон определен коэффициент реализации прочности волокон в нити и в пряже, вычисляемый до сегодняшнего времени экспериментально; величина коэффициента реализации прочности, расположенная в интервале 0,5 - 0,6 для натуральных волокон, оказывает, наряду со средней прочностью и числом волокон, наиболее существенное влияние на прочность пряжи.

Рассмотрены напряжения, деформации и предельное состояние пряжи из волокон конечной длины с регулярной схемой миграции. Получено соотношение, определяющее длину участка скольжения волокна при нагружении пряжи.

Аналитически найден коэффициент скольжения, характеризующий уменьшение напряжений в пряже. Выражение для коэффициента скольжения включает в себя основные структурные параметры, в том числе и крутку, а также отражает механизм скольжения волокон, в соответствии с которым проскальзывание снижается с увеличением длины волокна, его тонины, коэффициента трения и возрастает с ростом периода миграции.

Разработана теория проектирования пряжи из многокомпонентной смеси в условиях существенного различия геометрических и прочностных свойств волокон компонентов. Приведена методика усреднения жесткости волокон, определяющих жесткость пряжи. Описано равновесие системы волокон, образующих многокомпонентную пряжу.

Рассмотрена механика скрученных между собой нитей. Вычислены изгибающие и крутящие моменты, натяжения и поперечные силы в каждой из них, а также сила контактного взаимодействия, возникающего между нитями. Определены условия силового взаимодействия двух скрученных нитей для изготовления равновесной крученой пряжи.

Развита теория образовании сукрутин при переработке нитей и пряжи.

Выведен критерий образовании сукрутин. Показано, что при увеличении натяжения критический крутящий момент, при котором происходит потеря устойчивости нити, возрастает. Дано выражение для величины натяжения нити, при котором возможна подача нити к рабочим органам текстильных машин без образования сукрутин.

Дана оценка работоспособности спроектированной пряжи при ее формировании на кольцевой прядильной машине.

Развиты и дополнены теории баллонирования нити, созданные А.П. Минаковым, И.И. Мигушовым и др., применительно к кольцевой прядильной машине. Введено дополнительное граничное условие, которое является главным и определяет существенное отличие задачи о баллоне на кольцевой прядильной машине от баллонирования при отсутствии бегунка.

Решена задача о форме и натяжении нити в баллоне кольцевой прядильной машины в условиях отсутствия ограничений на длину нити в баллоне.

Форма нити в баллоне кольцевой прядильной машины в этом случае определяется эллиптическим синусом.

Проведена оптимизация параметров обработки отходов различных видов, в результате которой:

Ц получены оптимальные технологические параметры машины для очистки волокна с целью получения высокой степени очистки и максимальной длины волокна после обработки в смесях с использованием нетрадиционных волокон;

Ц даны оптимальные технологические параметры чесальной машины для разволокнения крутых концов, обрезков ткани в ткачестве и отделке для получения максимальной длины волокон из нетрадиционных смесей;

Ц разработаны составы аппаратных смесей с использованием ангорской шерсти;

Ц вычислены параметры, определяющие прочность пряжи при технологической обработке компонентов;

Ц разработаны пять новых планов технологической обработки нетрадиционных видов сырья в аппаратной системе прядения, и для всех технологических потоков определены значения средней длины волокон по массе, коэффициентов вариации длины волокон по массе, средней длины волокон по сечению, коэффициентов вариации длины волокон по сечению, долю волокон менее 10 мм, мм, 30 мм, 50 мм, что позволяет выбрать необходимый технологический поток в зависимости от длины волокон в смеси.

Получены градиенты и величины квадратической неровноты для оптимальных вариантов при использовании игольчатой ленты и цельнометаллической пильчатой ленты, оптимальных разводок и скоростных режимов кардочесания (прочесных чисел I, II, III прочесов, процента опережения бегуна, скоростей съемных барабанов на I, II, III прочесах).

Уточнены параметры кардочесания при переработке аппаратных смесей с вложением нетрадиционных видов сырья.

Определены оптимальные значения параметров гарнитуры рабочих органов с игольчатой и цельнометаллической пильчатой лентой на I, II, III прочесе при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть).

Найдены оптимальные значения скоростных параметров и разводок I, II, III прочесов: прочесные числа рабочих валиков, процент опережения бегуна, ширина меловой полоски, скорость съемных барабанов, разводки предпрочеса и основных прочесов при переработке смесей с вложением нетрадиционных видов сырья (ангорская шерсть).

Основное содержание работы

отражено в публикациях:

Монографии и учебные пособия 1. Щербаков В.П., Скуланова Н.С. Основы теории деформирования и прочности текстильных материалов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2008. - 264 с.

2. Щербаков В.П., Скуланова Н.С. Аналитические методы проектирования нити и пряжи. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007. - 73 с.

3. Скуланова Н.С. Оптимизация работы чесального аппарата методом эволюционного планирования эксперимента в промышленных условиях // МТИ им. А.Н. Косыгина, 1987. - 24 с.

4. Скуланова Н.С. Современные методы исследования физикомеханических и физико-химических свойств шерстяных волокон // МТИ им.

А.Н. Косыгина, 1989. - 18 с.

5. Скуланова Н.С. Повышение эффективности работы чесального оборудования в аппаратной системе шерстопрядильного производства // М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007. - 25 с.

6. Скуланова Н.С. Новые планы подготовки компонентов к смешиванию в аппаратной системе прядения // М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004. - 16 с.

Статьи в изданиях, включенных в список ВАК Российской Федерации 7. Скуланова Н.С. О построении новой модели разрушения и расчете прочности пряжи // Известия вузов. Технология текстильной промышленности.

Ц 1994. - №1. - С. 5-10.

8. Щербаков В.П., Скуланова Н.С., Полякова Л.В. Аналитическое описание процессов деформирования и разрушения пряжи // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 1999. - №3. - С. 31-35.

9. Щербаков В.П., Скуланова Н.С., Полякова Л.В. Аналитическое описание процессов деформирования и разрушения пряжи // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 1999. - №4. - С. 27-30.

10. Щербаков В.П., Скуланова Н.С. Теория проектирования пряжи из многокомпонентной смеси // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2005. - №5. - С. 28-32.

11. Скуланова Н.С., Журавлев М.А. Прочностные расчеты многокомпонентной шерстяной аппаратной пряжи // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2006. - №6С. - С. 27-32.

12. Щербаков В.П., Скуланова Н.С. Аналитическое описание явлений при разрушении пряжи // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2007. - №4. - С. 104-109.

13. Щербаков В.П., Скуланова Н.С., Дмитриев О.Ю. Теория и расчет прочности скрученных нитей // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2007. - №5. - С. 22-27.

14. Щербаков В.П., Скуланова Н.С. Аналитическое описание явлений при разрушении пряжи // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2007. - №5. - С. 79-83.

15. Скуланова Н.С., Мамонтова Е.В. Натяжение и прочность пряжи на прядильных машинах в полугребенной системе прядения шерсти // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2008. - №2. - С. 42-45.

Статьи в сборниках научных трудов 16. Гусев В.Е., Скуланова Н.С. Обобщенный критерий качества чистошерстяной аппаратной пряжи. Сборник научно-исследовательских работ МТИЛМТИ, СССР-ЧССР. - М-Либерец: МТИ им. А.Н. Косыгина, 1981. - С. 21-26.

17. Гусев В.Е., Скуланова Н.С. Влияние изменения свойств шерстяного волокна на качество и обрывность аппаратной пряжи. Сборник научноисследовательских работ МТИ-ЛМТИ, СССР-ЧССР. - М-Либерец: МТИ им.

А.Н. Косыгина, 1983. - С. 28-34.

18. Скуланова Н.С. Исследование влияния планов подготовки компонентов к смешиванию на качество аппаратной пряжи. Межвузовский сборник Новое в прядении натуральных и химических волокон. - М.: МТИ им. А.Н. Косыгина, 1990. - 22 с.

19. Скуланова Н.С., Полякова Л.В. Проектирование свойств аппаратной пряжи с использованием отходов производства. Сборник межвузовской научнотехнической конференции Современные проблемы текстильной и легкой промышленности. - М.: Росиздат, 2000. - С. 51.

20. Скуланова Н.С., Журавлев М.А. Разработка современной технологии переработки отходов суконного производства. Сборник Всероссийской научнотехнической студенческой конференции. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002.

Ц С. 22.

21. Скуланова Н.С., Журавлев М.А. Проектирование состава смесей многокомпонентной аппаратной пряжи с вложением нетрадиционных видов волокон. Сборник трудов аспирантов №12. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. - С. 22-27.

22. Скуланова Н.С., Журавлев М.А., Узлова Т.В., Лепшей Е.В. Определение объемной плотности пряжи пикнометрическим методом. Сборник статей Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.

Выпуск 11. - Санкт-Петербург, 2006. - С. 97-101.

23. Щербаков В.П., Скуланова Н.С. Эффективность использования нетрадиционных видов сырья в производстве шерстяной пряжи. Сборник научных трудов по текстильному материаловедению. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007. - С. 136-142.

Материалы научно-технических конференций 24. Скуланова Н.С. Оптимизация параметров технологического процесса при получении чистошерстяной аппаратной пряжи. Научно-техническая конференция МТИ. Тезисы докладов. - М.: МТИ им. А.Н. Косыгина, 1979. - С. 52.

25. Скуланова Н.С. Методика определения обрывности. Межвузовский сборник трудов молодых преподавателей Повышение эффективности процессов создания текстильных материалов. - М.: МТИ, 1984. - с. 48.

26. Скуланова Н.С. Влияние изменения свойств шерстяного волокна на качество пряжи. Межвузовский сборник Совершенствование методов и при боров, улучшающих оценку качества текстильных материалов. - М.: МТИ, 1984. - С. 39.

27. Скуланова Н.С. Влияние качества чистошерстяной аппаратной пряжи на обрывность в ткачестве. Всесоюзная научно-техническая конференция Теория и практика бесчелночного ткачества. Тезисы докладов. - М.: МТИ им. А.Н. Косыгина, 1985. - С. 46.

28. Скуланова Н.С. Расчет прочности по теории упругости анизотропного тела. Научно-техническая конференция Текстиль-95. Тезисы докладов. - М.:

МТИ им. А.Н. Косыгина, 1995. - С. 47.

29. Скуланова Н.С. Использование термографического анализа для оценки свойств шерстяного волокна. Научно-техническая конференция Текстиль96. Тезисы докладов. - М.: МТИ им. А.Н. Косыгина, 1996. - С. 26.

30. Скуланова Н.С. Влияние процессов первичной обработки шерстяного волокна на прочностные свойства аппаратной пряжи. Научно-техническая конференция Текстиль-97. Тезисы докладов. - М.: МГТА им. А.Н. Косыгина, 1997. - С. 32.

31. Скуланова Н.С., Журавлев М.А. Оптимизация технологического процесса получения аппаратной пряжи с вложением в смеси ангорской шерсти при замасливании препаратом Леомин. Всероссийская научно-техническая конференция Текстиль-2002. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002. - С. 13.

32. Скуланова Н.С. Оптимизация технологических процессов в производстве аппаратной пряжи из нетрадиционных видов сырья. Всероссийская научно-техническая конференция Текстиль-2003. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2003. - С. 19.

33. Скуланова Н.С., Журавлев М.А., Узлова Т.В. Определение прочности и плотности пряжи из нетрадиционных видов сырья. Межвузовская научнотехническая конференция Современные проблемы текстильной промышленности. Тезисы докладов. - М.: РоссЗИТЛП, Росиздат, 2004. - С. 21.

34. Скуланова Н.С., Журавлев М.А., Узлова Т.В. Аналитическое определение прочности как монотропного упругого тела. Международная научнотехническая конференция Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности. Тезисы докладов.

Ц Иваново, ИГТА, 2004. - С. 141.

35. Скуланова Н.С., Журавлев М.А., Узлова Т.В. Проектирование прочностных свойств аппаратной пряжи с пониженной круткой при вложении ангорской шерсти. Всероссийская научно-техническая конференция Текстиль2004. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004. - С. 10.

36. Скуланова Н.С., Журавлев М.А. Разработка современной технологии переработки отходов суконного производства. Всероссийская научнотехническая конференция Текстиль XXI века. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004. - С. 13.

37. Скуланова Н.С., Лепшей Е.В., Узлова Т.В., Мастюкова С.С. Исследование неровноты фасонной пряжи с пониженной круткой при минимальном вложении ангорской шерсти. Всероссийская научно-техническая конференция Текстиль XXI века. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005. - С. 22.

38. Скуланова Н.С., Журавлев М.А., Узлова Т.В., Лепшей Е.В. Теория и методика определения плотности шерстяной пряжи. Всероссийская научнотехническая конференция Текстиль-2005. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им.

А.Н. Косыгина, 2005. - С. 15.

39. Скуланова Н.С., Журавлев М.А., Ефимова Е.Н. Методика определения плотности аппаратной пряжи с вложением ангорской шерсти. Всероссийская научно-техническая конференция Текстиль XXI века. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. - С. 6.

40. Скуланова Н.С., Журавлев М.А., Узлова Т.В., Лепшей Е.В., Васильев М.А. Теоретические расчеты прочности пряжи из многокомпонентной смеси в аппаратной системе прядения. Международная научно-техническая конференция Текстиль-2006. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. - С. 23.

41. Скуланова Н.С., Колесников Ю.П., Васильев М.А. Исследование свойств полугребенной пряжи для создания нового ассортимента тканей ЗАО Текстильная фирма Купавна. Всероссийская научно-техническая конференция Текстиль XXI века. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007. - С. 37.

42. Скуланова Н.С., Мамонтова Е.В., Колесников Ю.П. Проектирование свойств многокомпонентной аппаратной пряжи. Всероссийская научнотехническая конференция Текстиль XXI века. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2008. - С. 51.

43. Скуланова Н.С., Мамонтова Е.В., Колесников Ю.П. Проектирование полугребенной пряжи с использованием нетрадиционных видов сырья аналитическими методами. Международная научно-техническая конференция Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности ПРОГРЕСС-2008. Тезисы докладов. - Иваново, ИГТА, 2008. - С. 32.

44. Скуланова Н.С., Мамонтова Е.В., Колесников Ю.П. Разработка технологии получения полугребенной пряжи с использованием нетрадиционных волокон. Межвузовская научно-техническая конференция аспирантов и студентов Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности ПОИСК-2008. Тезисы докладов. - Иваново, ИГТА, 2008. - С. 41.

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

Blog

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СФОРМИРОВАННОЙ ИЗ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВИДОВ СЫРЬЯ АППАРАТНОЙ ШЕРСТЯНОЙ ПРЯЖИ