Разработка методов прогнозирования строения и свойств тканых лент тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.01, кандидат технических наук Логвинов, Александр Николаевич

• Логвинов, Александр Николаевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Логвинов, Александр Николаевич

Во введении обоснована актуальность работы, ее научная новизна и практическая ценность, определены цеди и задачи исследования.

Первая

глава посвяшена аналитическому обзору литературных источников. Все работы, связанные с темой диссертации рассматривались по следующим направлениям:

- работы по анализу факторов, влияющих на строение ткани;

- работы по геометрическому методу строения и проектирования тканей и критерии для проектирования тканей;

- работы по исследованию строения и свойств технических лент; '

- работы по анализу современных методов проектирования тканей;

- работы по установлению взаимосвязи между параметрами строения тканей.

Наиболее ценные исследования в данной области были проведены проф.НГ.Новиковым, проф.А.А.Мартыновой, проф. А.Н.Соловьевым, кандидатами наук А.Н.Бакуном, АХКулевой, МТ.Дехановой, ЛГ.Чукаревой, В.А.Марковым, В.А.Канцевичем, Г.Дамяновым, ДБачевым, Н.Ф.Сурниной и др.

Анализ литературных источников подтвердил актуальность выбранной темы, связанной с разработкой метода проектирования тканых лент, выбора рационального ассортимента и исследованием их свойств. Установлено, что в отечественной и зарубежной литературе имеется достаточно много информации, связанной с анализом факторов, оказывающих наибольшее влияние на свойства тканей. Выполненный аналитический обзор отечественных и зарубежных авторов, посвященных вопросам проектирования тканей, определил основные подходы к проектированию тканых лент. Анализ литературных источников показал, что проектированию технических лент уделялось очень мало внимания, поэтому необходимо' разработать метод проектирования технических лент по заданным свойствам. ■

Вторая

глава посвящена разработке метода установления взаимосвязи между параметрами строения тканых лент различного переплетения.

На основе решения дифференциального уравнения изгиба нитей в тканой ленте с учетом сил нормального давления и трения между ними получены аналитические зависимости между параметрами строения тканых лент: hy = —По- Ve J/N/ ) : I : (!)

--(¡у VEJ/Nf ) •

2f ' где: Л''-сила нормального давления нитей основы и нитей утка; 2 =Nf - сила трения между нитями основы и утка; Р0, Ру - соответственно плотности ткани по основе и утку; 10,1У- расстояния между соседними уточными и основными нитями в местах их пересечения, h0, ky- соответственно высоты волн изгиба основы и утка; ЕаЕу- соответственно модули упругости нити по основе и утку; /„,/v-соответственно моменты инерции сечения нити основы и утка.

Расстояния между соседними основными и уточными нитями, меняющим свое положение на противоположное согласно рисунка переплетения, для тканой ленты полотняного переплетения равны:

0= 100/Ру ly= I00/Po; : для тканой ленты переплетением саржа 1/2 или саржа 2/1 -/0= l5QIPy-doe/2 l5Q/P0-dyJ для тканой ленты переплетением саржа 1/3, саржа 3/1 или саржа 2/2 -. 10 = 200/Ру- ¿ог 1У- 200/Po-dye Для расчета уработок нитей основы и утка в тканях различного переплетения составлены программы при использовании стандартного прикладного пакета Эврика. Уработки нитей определялись как разница между длиной основы, заработанной в ткань, и длиной ткани, отнесенной к длине основы и выраженной в процентах.

Значения уработок являются важнейшими показателями строения тканой ленты. От их значений зависит расход пряжи в ленте, ее поверхностная плотность. На уработку нитей влияют многие факторы. Оснорные из них - это параметры заправки ленты на станке (плотности ткани по основе и по утку, линейные плотности основных-и уточных нитей), переплетение ленты, вид волокнистого состава нитей, технологические параметры изготовления ленты.

Уработка нитей определялась как расчетным путем, так и экспериментально.

В работе использован широко распространенный метод микросрезов ткани, заключающийся в получении на пленке среза вдоль нитей основы и вдоль нитей утка, его значительном увеличении и расчете разницы между длиной получаемого элемента тканой ленты и длиной нити, необходимой для получения этой ленты.

Проведенные исследования, изложенные в этой главе, позволили сделать следующие выводы:

- на основе линейной теории изгиба и построенных геометрических моделей строения тканых лент получены новые .математические модели для расчета основных параметров строения однослойных лент различного переплетения, учитывающие вид волокнистого состава, реальные размеры нитей в ленте и характер их взаимного расположения друг относительно друга, трение нитей основы и утка в ленте;

- выявлены основные факторы влияющие на строение тканых лент - линейные плотности основных и уточных нитей, плотности ткани по основе и по утку, модули упругости основных и уточных нитей, вид волокнистого состава, определяемый коэффициентом трения нитей основы и утка;

- по полученным геометрическим моделям строения тканых лент различного переплетения предложены формулы для расчета уработок основных и уточных нитей.

- установлено, что уработка основы в тканой ленте увеличивается, а уработка утка уменьшается с ростом плотности ткани по основе, линейной плотности уточной нити, ее модуля упругости, с уменьшением плотности ткани по утку, линейной плотности основной нити, ее модуля упругости.

- с ростом коэффициента трения нитей основы и утка уработка по основе несколько уменьшается, а уработка по утку несколько увеличивается.

- сила трения между нитями основы и утка в тканой ленте увеличивается с ростом плотностей ткани по основе и по утку, линейных плотностей основы и утка, модулей упругости основы и утка, коэффициента трения между нитями. '

- разработано программное обеспечение в среде стандартной прикладной программы Е\уи1са для расчета основных параметров строения тканых лент различного переплетения. ■ '

- проведен сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений уработок основных и уточных нитей в тканых лентах различного переплетения и с различными плотностями лент по основе и по утку. Получена хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных, что свидетельствует о приемлемости разработанного нами метода расчета основных параметров строения тканых лент.

- .е-- получены расчетные данные выс<Я волн изгиба нитей основы и утка в тканых лентах и порядка фазы строения лент при различных варьируемых факторах.

В третьей главе изложены исследования по получению аналитических зависимостей для расчета физикогмеханических свойств однослойных лент.

Как- показывает анализ экспериментальных данных испытаний текстильных материалов, удельная прочность лент существенно зависит от параметров структуры текстильного материала. Для установления зависимостей свойств текстильных материалов от параметров их структуры в работе использована теория подобия и размерностей.

Разрывная нагрузка ленты есть функция следующих основных переменных: -бс Т0, Ту, И® Пу, К0) Ку, (/у,

В), (2) где Ра - разрывная нагрузка основной нити, Т0, Ту - линейная плотность нитей основы и утка, Яг, - раппорт переплетения по основе, Ку - раппорт переплетения по утку, 10 - число основных перекрытий в раппорте по основе, ц - число уточных перекрытий в раппорте по утку, В - ширина ленты '

Это функциональное соотношение можно выразить через безразмерные комбинации величин, используя анализ размерностей. Это соотношение примет вид:

О» ТуПу

-----ц-Я-,--) . ■ .(3)

РаВ П0 Т0П0 КЯу где ?/ - безразмерный параметр, характеризующий неодновременность разрыва нитей основы, ТуПу/ Т<Д0 - безразмерный параметр, характеризующий отношение массы уточных нитей в ткане к массе основных нитей, t0ty / Я <ДУ - безразмерный параметр, характеризующий переплетение нитей основы и утка.

Переход от обычных переменных к комплексным составленным из переменных, оказывающих существенное влияние На величину, нагрузки ленты, позволяет упростить нахождение этой двухпараметричесхой зависимости.

Для нахождения вида эмпирической зависимости были выработаны опытные технические однослойные ленты из хлопчатобумажных нитей в основе и утке с различным переплетением.нитей основы и утка и соотношением ТуПу/ ТоП,, (Таблицы 3.1 и 3.2). >■'-. .'

Таблица 3.

Обозначение То, Ту, По, Щ, Переплете- Разрывная ленты текс текс нит/см нит/см ние нагрузка,

ЛХБ-59с4 100 Т68 19 ' 9 саржа2/2 ¡

ЛХБ-46с4 100 168 24,3 11 саржа2/

ЛХБ-4<5'с4 100 168 24,3 8,5 саржа2/

ЛХь-34с4 100 168 32,9 10 саржа2/

ЛХБ-59п 100 168 19 9 полотно

ЛХБ-46п 100 168 24,3 11 полотно

ЛХБ-46'п 100 168 24,3 8,5 полотно

ЛХБ-34п 100 168 32,9 10 полотно

ЛХБ-59сЗ 100 168 19 9 саржа2/

ЛХБ-46сЗ 100 168 24,3 И саржа2/

ЛХБ-46'сЗ 100 168 24,3 8,5 саржа2/

ЛХБ-34сЭ 100 168 32,9 10 саржа2/

Таблица 3.

Обозначение пе.>пы Ч=0с/РоВЛо ¡^¡/ЯоКу ТуПу/ТМо п'

ЛХБ )9с4 1,0345 0,25 0,

ЛХБ-46с4 1Л039 0,25 . 0,

ЛХБ^О'ы""1 1,0534 0,25 0,

ЛХБ-34с4 1Л608 0,25 0,5106 ! 1,

ЛХБ-59п 1.1000 1,0 0,7960 1 1,

ЛХБ-46В 1.4400 . * 1,0 0,7605 1,

ЛХБ-46'п 1,1773 1,0 0,5876 1,

ЛХБ-34п 1,3300 1,0 0,5106 1,

ЛХБ-59сЗ 1,0460 0,44 0,7960 1,

ЛХБ-46сЗ 1,1306 0,44 0,7605 1,

ЛХБ-46'сЗ 1,073 0,44 0,5876 1,

ЛХБ-34сЗ 1,0090 0,44 0,5106 1,

В общем виде формула для расчета разрывной нагрузки однослойной хлопчатобумажной ленты примет вид:

-)х(~

-)х(1±3уг)

0,055+0,741 ЩЩ 0,905 ТуПу/ГоПо-0,

Формула > справедлива для 0,25 < у/ ЯДУ< 1 и 0,5< Т/1/ГЛ^<0.8. Установлено, что разрывная нагрузка хлопчатобумажных лент увеличивается прямо пропорционально разрывной нагрузке основной нити и количеству нитей основы. Линейная плотность ленты есть.функция следующих величин:

М=/( Гф Ту, П„ Пу, 10,Ят Ку, В), > - ' (5) где Т0,ТУ - линейная плотность нитей основы и утка; П„, Щ- плотность основных и уточных нитей; Яд - раппорт переплетения по основе; Яу - раппорт переплетения по утку; г0 - число основных перекрытий в раппорте; /у - число уточных перекрытий в раппорте; В - ширина ленты.

Это функциональное соотношение (оно однородно относительно размерностей) можно выразить через безразмерные комбинации величин, используя анализ размерностей. Это соотношение имеет вид:

М ГуПу Щ

-= А/=Л—:-—), ' (6)

ВЩ0 ТД0 ЯЛу где М-=(М/ВТ0По) - безразмерный параметр (обратная доля массы основных нитей в массе, ленты), ТуП/ТоП,, - безразмерный параметр, характеризующий отношение массы уточных нитей в ткани, к массе основных нитей; ЦуМ^-у -безразмерный параметр, характеризующий строение ткани.

Линейная плотность хлопчатобумажной однослойной ленты в общем случае определяется по формуле:

Щ/Ш 1 Ц/1Щ М=1(?ТД$[———-—-1*1--—ЧК, V)

0,075-+ 0,387ТуП/ГДо 1,986 0,015+0,Шц/Щ "

На основании исследований можно сделать выводы о.том, что масса текстильного материала зависит от переплетения нитей основы и утка в ленте; с увеличением отношения Ыу/ЯоЯу и ТуП/ТЛо масса ленты увеличивается.

Для оценки качества технических лент используется такойГ показатель как удельная прочность, определяемый как отношение разрывной нагрузки ленты Q0 к линейной плотности ленты. Правильно было бы назвать это отношение как относительная разрывная нагрузка ленты по аналогии с относительной разрывной нагрузкой волокна, пряжи, комплексной нити.

Текстильные материалы с повышенной отнорительной разрывной нагрузкой используются в изделиях, для которых весовые и объемные характеристики являются определяющими.

Относительная разрывная нагрузка ленты Ь„ есть функция следующих переменных величин: - - -. А» тс„ Ту, где Хл = (ЭУМ - относительная разрывная нагрузка ленты; £>0- разрывная нагрузка ленты;. М- масса одного погонного метра ленты.

У1 Cl

ДЧ pa cri на на! дл| nej nej caj на|

Это функциональное соотношение можно выразить через безразмерные комбинации величин: л ТуПу =/(.--.) (9)

To¡J0 RJiy где Ьл = X/ Ь0 - безразмерный параметр, характеризующий долю относительной разрывной нагрузки ленты от относительной нагрузки исходной пряжи основы; ТуП/ Г<Д,- безразмерный параметр, характеризующий отношение массы уточных нитей в ленте к массе основных нитей; Уу/ ~ безразмерный параметр, характеризующий переплетение нитей основы и утка.

В общем виде величина Ь„ от параметров структуры ленты определяется по формуле:

1л = [t0t/RoRy

TJIyfTJIo

-] (10)

0,638 0,063+1,504 Уу/ЯЛ, 1,935 ТуПу/ТоПо-0.,

Как следует из анализа полученных данных. относительная разры- .: нагрузка хлопчатобумажной ленты увеличивается прямо пропорционач ,.:■«■ относительной разрывной нагрузке пряжи. Установлено, что относительная разрывная нагрузка хлопчатобумажной ленты увеличивается с увелм к;чяем параметра и уменьшением параметра ТуП/ГМо •

Известно, коэффициент ьеодновременности т\ разрыва основных нитей в ленте выражается зависимостью ц ■■■ Р0п

Эту зависимость можно ош'.слть следующим уравнением:

ИЛИ 77= ■

Р0"о LJcno La(T0n)

Lam8o где m0 - масса основных нитей в ленте, m - масса ленты, ё„ - m/m - доля веса основных нитей в весе ленты

В окончательном виде соотношение между величинами т] и L выражается зависимостью:

QJm)(ULJ Ьл

---- =—— , (12)

80 ¿о где L, = Q/ m La

Относительное разрывное удлинение однослойной хлопчатобумажной ленты есть функция следующих основных переменных: Остановимся на использовании каждого из методов на основе рассмотрения конкретных примеров.

Порядок проектирования технической ленты по заданной разрывной нагрузке следующий (требования: ширина ленты 5=20 мм, ее разрывная нагрузка £?га()>700Н):

1.Выбор переплетения ткани. Используем полотняное переплетение, t0t/RaR}=\.

2. Задаемся величиной параметра T^1/TJI0 = 0,5.

3. Выбор сырья для проектируемой ленты: х/б пряжа То=Ту=54х2 текс =118 текс, L=12 сН/гекс.

4. Определение величины коэффициента неодновременности разрыва нитей основы: г/сг 1,306.

5.Определение минимального значения коэффициента неодновременности разрыва: ?7„„„= 1,11. . ■

6. Определение минимального количества основных нитей : п~ 52.

7. ¿Определение плотности ленты по основе: П„ = 52 / 2 — 26 нит/см.

8. Определение плотности ленты по утку: Пу = 13 нит/см. Разрывная нагрузка опытной ленты - 724 Н.

Порядок проектирования технической ленты по заданным разрывной нагрузке и линейной плотности следующий (требования: ширина ленты В-20 мм, разрывная нагрузка Q3a¿>500U, линейная плотность Мзад<8,5 г/м):

1. Выбор переплетения ленты: полотняное, t0t/RoRy -1.

2. Выбор параметра Гу/J/ВД, = 0,7.

3. Выбор исходного сырья: Г0=Ту~54х2 текс=118 текс, Lc=Ly= 12 сН/текс.

4. Определение плотности ленты по основе: П0 = 17,7 нит/см.

5. Определение количества основных нитей в ленте: п0 = 36.

6. Определение плотности ленты по утку: /7у=12,4 нит/см. \

7. Определение разрывной нагрузки ленты Qmln = 436 H < 500 H.

Лента с такими параметрами не отвечает требованиям.

Необходимоуменылить величину параметра ТуП/Т/10 по сравнению с ранее принятым, расчет повторить заново с позиции 2. 2. Выбор параметра Т/1/ ТД0 = 0,45.

3 . Выбор исходного сырья: Т0~Ту=54х2 текс=118 текс, LB=Ly-12 сН/текс.

4. Определение плотности ленты по основе: П0 ~ 19,8 нит/см.

5. Определение количества основных нитей в ленте: п„ = 40.

6.'Определение плотности ленты по утку: Ду=8,9 нит/см.

7. Определение разрывной нагрузки ленты Qmin= 597 H.

Параметры опытной ленты: разр'ывная нагрузка тканой ленты - 518 Н, линейная плотность - 8,47 г/м.

Порядок проектирования технической ленты по заданной линейной плотности следующий (требования: ширина ленты В - 20 мм, разрывная нагрузкай Q3aá > 500 H, линейная плотность Мюь < 8,5 г/м): '

1. Выбор переплетения ленты: полотняное переплетение;. tj/RoRy = 1.

2. Выбор параметра TJJ/TJl0= 0,45. '

3. Выбор исходного сырья: х/б, Та - Т0= 54x2 текс =118 текс, L0 = Ly= 12 сН/текс.

4. Определение максимального коэффициента неодновременности разрыва нитей: Umax'" 1,533.

5. Определение максимального количества основных нитей в ленте: 26.

6. Определение плотности ленты по основе: П0 = 13 нит/см.

7. Определяние плотности ленты по утку : Пу = 5,85 нит/см.

8. Определение линейной плотности ленты: М = 5,09 г/ п.м < 8,5 г/и.

Параметры опытной ленты: разрывная нагрузка тканой ленты - 503 К, линейная плотность - 5,10 г/м.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов прогнозирования строения и свойств тканых лент»

1. Литературный обзор по теме исследования подтвердил актуальность выбранной темы, связанной с разработкой метода проектирования тканых лент по заданным параметрам, выбором рационального ассортимента и исследование six свойств.

2. На основе линейной теории изгиба и разработанных геометрич. моделей строения тканых лент получены новые математические модели для pacv. основных параметров строения однослойных лент различного переплете; учитывающие вид волокнистого состава, реальные размеры нитей в лент.»- и характер лх взаимного расположения друг относительно друга, трение нитей основы и утка в ленте.

3. Выявлены основные факторы, влияющие на строение тканых лент -линейные плотности основных и уточных нитей, плотности ткани по основе и по утку, модули упругости основнь:. и уточных нитей, вид волокнистого состава, определяемый коэффициентом треп; нитей основы и утка.

4. По полу . . -пым геометрически моделям строения тканых лент различного переплетения upta вожены формулы дхи расчета уработок основных и уточных нитей. Установлено, что уработка основы в тканой ленте увеличивается, а уработка утка уменьшается с ростом плотности ткани по основе, линейной плотности уточной нити, ее модуля упругости, с уменьшением плотности ткани по утку, линейной плотности основной нити, ее модуля упругости. Проведенный сравнительный анаж з расчетных и экспериментальных значений уработок основных и уточных нйей'в тканых лентах различного переплетения и с различными плотностями лент по основе и по утку показал хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных, что свидетельствует о приемлемости разработанного нами метода расчета основных параметров строения тканых лент.

5. Использование методов теории подобия и анализа размерностей позво.;. е ; существенно облегчить нахождение функционального вида многопараметрических зависимостей параметров строения тканых лент.

6. Установлены эмпирические зависимости разрывной нагрузки, относительной разрывной нагрузки, относительного разрывного удлинения, линейной плотности тканой ленты от параметров ее строения, позволяющая учесть линейную плотность нитей, плотность ленты, ее ширину, вид волокнистого состава и переплетение ткани, что дает возможность прогнозировать свойства тканых лент, управлять их качеством.

7. Определены основные свойства тканых лент различного переплетения -структурные характеристики, механические характеристики (полуцикловые, одноцикловые, многоцикловые при растяжении и изгибе), показатели жесткости и Износостойкости, что дает возможность оценить качество вырабатываемых лент.

8. Наилучшие показатели прочностных характеристик (разрывная нагрузка и разрывное удлинение) имеют ленты полотняного переплетения, наибольшую долю быстрообратимой части деформации имеют ленты с более длинными перекрытиями, наилучшие многоцикловые характеристики имеет лента переплетением саржа 2/2, наибольшую жесткость при изгибе - лента полотняным переплетением, наилучшие показатели износостойкости - лента переплетением саржа 2/2.

9. Предложены методики проектирования тканых однослойных лент по заданным разрьгеной нагрузке в направлении основы, линейной плотности лент, разрывной нагрузке в направлении основы и линейной плотности лент.

10. Спроектированы и изготовлены на лентоткацком станке: однослойная тканая лента до заданной разрывной нагрузке (проектируемая разрывная нагрузка ленты - не менее 700 Н, разрывная'нагрузка опытной ленты - 724 Н); однослойная тканая лента по заданной линейной плотности'(проектируемая линейная плотность ленты - не более 8,5 г/м, опытная линейная плотность ленты - 8,47 г/м); однослойная тканая лента по заданным разрывной нагрузке и линейной плотности (проектируемая разрывная нагрузка ленты - не менее 500 Н, проектируемая линейная плотность ленты - 5,09 г/м, разрывная нагрузка опытной-ленты - 503 Н, линейная плотность опытной ленты - 5,10 г/м). Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: : 1. Логвинов А.Н., Шустов Ю.С. Исследование влияния параметров структуры на относительную разрывную нагрузку хлопчатобумажной ленты. ЦНИИТЭИЛегпром. Депонированнная научная работа, №3885-ЛП от 15.12.99. ,

2. Логвинов А.Н., Шустов Ю.С. Оценка разрывной нагрузки хлопчатобумажной однослойной ленты в зависимости от ее структуры. ЦНИИТЭИЛегпром. Депонированнная научная работа, №3886-ЛП от 15.12.99. : • 3. Логвинов А.Н., Шустов Ю.С. Зависимость массы технической ленты от ее структуры. Ж. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1999, №4, с. 140-143.

4. Логвинов А.Н. Техническая лента. Решение о выдаче патента на изобрениение, заявка №99127666/12 (029067) от 27.12.99 г.

5. Шустов 'Ю.С., Логвинов А.Н. Зависимость относительного разрывного удлинения однослойной хлопчатобумажной лента от ее структуры. Вестник ДИТУД, №3,2000, г.Димитровград, с.5-9.

ЛРЛе020753 от 23.04.98 ~ЛА«<>ппп

Подписано в печать 23.05.2000 Сдано в производство 26.05.2000 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ

Усл.печ.д. 1,0 Уч.-изд.л. 0,75 Заказ 278 Тираж 80 Электронный набор МГТУ, 117918, ул. Малая Калужская, 1