Математический модель расчета деформационных процессов технологии текстильных оболочек

Главной проблемой, которой сегодня должна решать текстильная промышленность – это обеспечение потребительского рынка текстильными материалами высокого качества, при условии уменьшения трудозатрат и изготовления конкурентоспособных текстильных материалов с заданными эксплуатационными свойствами, с использованием научных методов и современных информационных технологий.

Задачей исследования, является развитие научных основ и инженерных методов проектирования для решения научно-прикладной проблемы – проектирование и изготовление текстильных материалов с заданными свойствами, опираясь на научные математические методы, а также конструктивных параметров оборудования [1,с.194].

Метод исследование

Работа включает в себя развитие теоретических основ и инженерных методов проектирования заданных свойств текстильных материалов, разработку и модернизацию оборудования для изготовления изделий, экспериментальную проверку основных положений работы, разработку технологических регламентов процесса изготовления пряжи, заданного качества и производственную апробацию [2,с.41]. Использованы методы анализа и синтеза, системного подхода к анализу технологических систем; основные положения причинно-следственной метода бинарной теории информации; теоретические основы фундаментальных наук; теории вязко - упругости, теоретическая механика, механика нити, аналитическая и начертательная геометрия; теории вероятностей; математическая статистика, регрессионный и корреляционный анализ; численных методов с использованием компьютерных технологий. Ткани бытового и технического назначения, должны иметь наиболее рациональные параметры и структуру для дальнейшего проведения процессов отделки, иметь соответствующие эксплуатационные свойства, что позволит надежно и длительно выполнять свои функции согласно назначению. При разработке тканей, целесообразно применять математические модели влияний технологий на эксплуатационные свойства и параметры структуры тканей. Такие модели дают возможность прогнозирования значений параметров структуры и эксплуатационных свойств, оптимизирование этих параметров и характеристик. Использование математических моделей значительно сокращает время разработки текстильных материалов, экономит финансовые и трудовые ресурсы, дает возможность значительно повысить качество. В перспективе, математические модели, которые описывают структуру и свойства тканей, будут служить ядром для создания общей компьютерной системы в текстильном производстве. Сегодня, проблема изготовлять текстильные материалы, заданного качества, по всей технологической цепочке, от сырья к изделию, охватывает лишь отдельные технологические переходы. Для полного решения этой проблемы нужны новые подходы [3,с.11]. До сих пор эта проблема рассматривалась с помощью системного анализа отдельных технологических операций, что не дает возможности получить вполне адекватные ответы на все вопросы, которые возникают при установлении взаимозависимости качества продукции от технологии, оборудования и их взаимодействия. С помощью компьютерных технологий решены отдельные вопросы, такие, как нахождение количественных характеристик возможного влияния технологических параметров на качество текстильных продуктов. Но это не решает проблемы в целом. Нет научно обоснованной теории управления и прогнозирования качества текстильных изделий от сырья до готовой продукции. Мобильное решение, даст возможность оперативно реагировать на быстрые изменения спроса конкурентоспособной продукции. Решение этих задач требует новых теоретических подходов, которые максимально будут учитывать связь между технологией и оборудованием, для изготовления текстильных материалов [4,с.173].

Факторы, которые влияют на показатели качества процесса изготовления пряжи Проведем анализ процессов изготовления, что даст возможность установить технологические факторы, влияющие на качество технологических операций:

• ■    для разрыхления, смешивания: массовая доля компонентов сырьевого состава пряжи, номинальная линейная плотность, удельно разрывные нагрузки, влияние соотношения скорости, удлинение во время разрыва, влияние рабочей гарнитуры, длина волокна, коэффициент, влияние разводки;

• ■    для чесания: засоренность, влияние соотношения скоростей рабочих органов, удлинение во время разрыва, воздействие гарнитуры, номинальная линейная плотность, удельная разрывная нагрузка, длина волокна, массовая доля компонентов сырьевого состава пряжи;

• ■    для изготовления ленты: номинальная линейная плотность, влияние соотношения скорости, удельные разрывные нагрузки, массовая доля компонентов сырьевого состава пряжи, удлинение во время разрыва, длина волокна, вытяжка;

• ■    для изготовления ровницы: номинальная линейная плотность, удельная разрывная нагрузка, коэффициент кручения, удлинение во время разрыва, влияние соотношения, массовая доля компонентов сырьевого состава пряжи, вытяжка;

• ▪    для изготовления пряжи: массовая доля компонентов сырьевого состава пряжи, номинальная линейная плотность пряжи, удельные разрывные нагрузки, удлинения при разрыве, коэффициент кручения, длина волокна, вытяжка;

• ▪    для процесса кручения: коэффициент кручения, удлинение во время разрыва, массовая доля компонентов сырьевого состава пряжи, номинальная линейная плотность, удельная разрывная нагрузка;

• ▪    для процессов перемотки, основания, шлихтования: массовая доля компонентов сырьевого состава пряжи, удельная разрывная нагрузка, номинальная линейная плотность пряжи, коэффициент кручения [5,с.240].

Неровность значения показателей является важным фактором, влияющим на качество текстильных материалов на каждом технологическом переходе. Для прогнозирования, определены наиболее влиятельные факторы на каждом из переходов технологического процесса и особенности конструкций оборудования, для выработки текстильных продуктов. Установление причинной взаимосвязи – это установление определенного согласования множеств, что снимает неопределенность задачи. Проблема идентификации, при рассмотрении двух переменных х и у, между ними имеется взаимосвязь и статистика значений переменных, которые рассматриваются как Хi , Уi, і=1,2,3,...N; Была определена информация распределения вероятностей случайных величин, энтропия распределения вероятности случайных значений на каждом из технологических переходов: разрыхление, очистка, смешивание, трепание: Н1→Н2→Н9→Н3→Н10→Н6→Н11→Н12→Н13;

чесание: Н 1 →Н 2 →Н 3 →Н 5 →Н 6 →Н 9 →Н 11 →Н 12 →Н 13 ;

изготовление ленты: Н 1 →Н 2 →Н 6 →Н 7 →Н 8 →Н 10 → →Н 12 →Н 13 ;

изготовление ровницы: Н 4 → Н 6 → Н 7 → Н 8 → Н 10 → Н 11 → Н 12 ;

изготовление пряжи: Н 4 →Н 6 →Н 7 →Н 8 →Н 10 →Н 11 →Н 12 ,Н 2 →Н 3 → Н 4 → Н 8 →Н 11;

Определены коэффициенты G ij , что дает возможность определить коэффициенты g ij . Для этого составлены системы уравнений на каждом переходе технологического цикла относительно g ij , которые состоят из 9 – 36 уравнений и построены для анализа влияния факторов на качество текстильных материалов.

Практическое значение полученных результатов

На основе разработанной теории, получено соотношение между технологическими и конструктивными параметрами оборудования, что дает возможность определить наиболее рациональные технологические параметры процесса изготовления текстильных материалов с заданными свойствами;

• ▪    методы и способы оценки вязко - упругих свойств текстильных материалов, позволяют расширить информационную базу данных показателей и использовать ее при изготовлении тканей и пряжи с заданными свойствами;

• ▪    разработана информационная программа вычисления по методу причинноследственных связей бинарной теории информации;

• ▪    согласно теоретических исследований, разработана и запатентована технология изготовления смешанной лоно –вискозной, нитроновой пряжи линейной плотности Т=31х2 текс, для изготовления трикотажных изделий из смеси льняного волокна (20%), вискозы (30%), нитрона (50%);

• ▪    разработана и внедрена в производство, технология изготовления смешанной хлопковой пряжи, линейной плотности Т=25 текс, Т=31 текс из смеси льняного волокна (20%), вискозы (30%), хлопка (50%);

• ▪    разработаны технологии изготовления нитроновой пряжи, линейной плотности Т=25 текс, Т=31 текс для изготовления трикотажных изделий из смеси льняного волокна (20%), вискозы (30%), хлопка (50%);

• ▪    разработана промышленная линия по изготовлению нитроновой пряжи, линейной плотности Т=42х2 текс (Тр-02-04);

• ▪    разработана и запатентована новая конструкция мотального механизма для мотальной машины, что дало возможность уменьшить обрывность пряжи на 20%;

• ▪    разработаны и запатентованы новые конструкции: кольцо-бегунок для прядильных и крутильных машин, что дало возможность уменьшить обрывность на 8%;

• ▪    разработана информационная программа переплетение, что дает возможность задавать необходимые параметры переплетений тканей, для получения необходимого дизайнерского эффекта; Результаты разработок дают возможность    повысить

эффективность изготовления текстильных материалов, расширять ассортимент вырабатываемой продукции [7,с.197].

Факторы, которые влияют на показатели качества процесса изготовления пряжи

№ п/п	Фактор	Обозначение фактора
1	2	3
1	Массовая доля компонентов сырьевого состава продукта (волокна)	Х 1
2	Номинальная линейная плотность продукта по технологическим переходам	Х 2
3	Удельная разрывная нагрузка продукта	Х 3
4	Коэффициент кручения	Х 4
5	Удлинение во время разрыва пряжи	Х 5
6	Длина волокна	Х 6
7	Коэффициент вариации по длине волокна	Х 7
8	Вытяжка	Х 8
9	Засоренность волокна	Х 9
10	Влияние скоростных режимов оборудования	Х 10
11	Влияние соотношения скорости рабочих органов	Х 11
12	Влияние разводки между рабочими органами	Х 12
13	Влияние гарнитуры	Х 13

Приведена система уравнений для определения коэффициентов для одной из операций технологического цепочке изготовления пряжи, а именно, операций разрыхления, очистки, смешивания.

G 12 = g 12 ;

G 19 = g 19 + g 12 ∙ g 29 ;

G 13 =g 13 +g 19 ∙g 93 +g 12 ∙g 29 ∙g 93 +g 12 ∙g 23 ;

G 110 = g 110 + g 12 ∙ g 210 + g 19 ∙ g 910 + g 13 ∙ g 310 + g 12 ∙ g 29 ∙ g 910 +

+ g 12 ∙ g 29 ∙ g 93 ∙ g 310 + g 19 ∙ g 93 ∙ g 310 + g 12 ∙ g 29 ∙ g 93 ∙ g 310 ;

G 1213 = g 1213

На каждом из технологических переходов, степень влияния показателей меняется. На качество пряжи, максимальное влияние имеют факторы: сырьевой состав, линейная плотность, разрывная нагрузка, разрывное удлинение, кручение и соотношение скоростей. Причинно-следственные связи при перемотке, основании и шлифовании пряжи определены аналогично. На качественные показатели пряжи, в процессах при перемотке влияет: разрывное удлинение нитей, скорость, кручение; при шлихтовании – скорость шлихтования и температура сушильных барабанов, что влияет на натяжение нитей и удельную плотность намотки нитей. По результатам решения регрессионных уравнений, построены графики зависимости неровности длины текстильных продуктов Y 1 , количество примесей Y 2 , плотность продукта Y 3 , разрывная нагрузка Y 4

Уравнение регрессии технологических переходов

№ п/п	Технологический переход	Уравнение регрессии
1	РазрыXление, смешивание,	Y 1 =35,01 - 0,80X 1 + 3,12X 2 Y 2 =20,94-0,12X 1 +0,94X 2 -0,03X 1 X 2 +0,050X1 2 -0,04X2 2 ++0,1X 9 +

	очистка	0,06X 92 Y 4 =2,81-0,70X 1 +0,87X 2 +0,91X 3 -0,03X 9 -0,03X 1 X 9 +0,04X 32
2	Чесание	Y 1 =5,41-0,14X 1 +0,63X 2 -0,15X 9 Y 2 =0,94+0,02X 1 +1,21X 9 -1,72X 1 X 9 Y 3 = 1,66 - 0,03X 1 - 0,84X 2 + 0,03X 1 X 2 Y 4 =19,32-0,12X 1 +0,87X 2 +1,82X 3 -0,42X 1 X 3 +0,15X 32 -3,12X 10
3	Изготовление ленты	Y 1 =5,21+0,11X 1 -0,14X 1 X 2 +0,15X 2 -0,42X 11 -0,43X 9 X 11 Y 3 = 2,75 - 0,02X 1 - 0,64X 2 + 0,02X 1 X 2 Y 4 =18,10+1,52X 2 +0,78X 1 X 2 +30X 22 +0,35X 11 -0,75X 62 +0,52X 72
4	Изготовление ровницы	Y 1 =1,3+0,15X 6 +0,08X 7 +0,01X 8 -0,89 X 12 +1,21X 11 Y 4 =3,15+0,04X 8 +0,03X 4 -0,75X 6 +0,21X 72
5	Изготовление пряжи	Y 1 =15,40+1,28X 1 +0,75X 2 -0,89X 4 +1,31X 8 Y 4 =19,10+2,80 X 3 +1,953 X 4 -0,82 X 11 +0,08X 3 X 8 +0,77 X 62
6	Перемотка пряжи	Y 1 =16,21+0,82X 1 +0,44X 5 +0,10X 11 +0,13X 2 X 5 Y 4 =12,75+0,93X 2 +0,74X 5 -0,09X 11 +1,30X 5 X 11

Согласно результатам исследований, были определены параметры, влияющие на эксплуатационные показатели текстильных материалов. Разработка мате-матической модели, подтвердила результаты оценивания и расчеты определе-ния влияния технологически-конструктивных параметров процесса прядения, причинно-следственным методом. Это дает возможность прогнозировать заданные свойства пряжи, ткани, трикотажа, учитывая технологическое оборудование для изготовления текстильных материалов [8,с.107].

Факторы, которые влияют на натяжение нитей основы и утка

№ п/п	Фактор	Обозначение фактора
1	Заправочное натяжение нитей основы	Х 1
2	Параметры конструкции оборудования: величина заступа, положение скала, и т. д	Х 2
3	Плотность нитей утка	Х 3
4	Параметры конструкции оборудования: угол закручивания торсионного валика, величина прогиба пластины и т.д.	Х 4

Результаты исследования значения поверхностной плотности

Вид ткани	Поверхностная плотность, г/м2		Погрешность, %
	Теоретическая	Экспериментальная
Хлопчатобумажная ткань	144-404	146-410	2-6
Ткани из смеси хлопковых и	200-400	210-390	1-10
льняных волокон

Следует отметить, что эти погрешности имеют место при контролировании всего ассортимента тканей. Для конкретной ткани, погрешность не превышала 2,5%, что обеспечивает 95% вероятности полученных результатов. При исследовании поверхностной плотности тканей в процессе производства, были зафиксированы изменения деформационных характеристик данного материала, а именно значение разрывной нагрузки, что дало возможность сделать вывод о прямой зависимости между этими величинами [9,с.306].

Технические условия на бязь 142 (произведенные на станке АТПР-100)

№ п /п

Параметры

Норматив-ные данные

Экспе-римент

Примечание

1	2	3	4	5
1	Ширина ткани, см	91,3±1,5	90 – 92	-
2	Линейная плотность пряжи, текс: основа уток	29 29	29 29	-
3	Количество нитей в основе	2088	2088	72    нити кромки
4	Плотность нитей, шт основа уток	226±4% 211±6%	222-229 210 – 215	-
5	Ширина заправки по берду, см	98,3	98,2	-
6	Номер берда	105	105	-
7	Прохождение   в   зуб   берда, количество нитей	2	2	-
8	Прохождение в зуб берда, кромка, количество нитей	3	3	-
9	Переплетение	полотняное	полотняное	-
10	Проработка, %: основа уток	6 81	6 8	-
11	Масса 1 м2 в г.	140±7	135-142	-
12	Вытяжка основы,%	1,5	1,5	-
13	Прикл,%	4,1	4,1	-
14	Разрывная нагрузка полоски ткани 50 * 200 мм, Н: по основе по утоку	320 300	320 300	Сред. знач.
15	Расход пряжи на 100 погонных метров, кг: по основе по утоку по основе по утоку	6,346 6,264 6,389 6,273	6,345 6,265 6,390 6,274	Сред. знач.
16	Расход пряжи с учетом по основе, кг	6,548	6,54	-

Пользуясь полученными теоретическими закономерностями, решены задачи: проектирования и изготовления ткани с заданными эксплуатационными свойствами [10,с.147].

Заключение

Итак, эксплуатационные свойства текстильных материалов, зависят от поверхностной плотности в процессе производства, которые в свою очередь зависят от конструктивных параметров оборудования. Для обеспечения равномерности физико-механических свойств текстильного материала, необходимо осуществлять контроль по показателям поверхностной плотности исходного продукта для ровности эксплуатационных характеристик, что возможно с использованием ультразвукового метода контроля поверхностной плотности. Для повышения качества текстильных материалов необходимо уменьшить на них влияние оборудования. Одна из проблем текстильной промышленности – это процесс перемотки пряжи, который является одним из основных этапов приготовления пряжи. Значение процесса перемотки повысилось с появлением и переработкой новых видов пряжи. Большое количество обрывов нитей, обусловленных процессом прядения, ликвидируется уже на мотальном оборудовании. В работе, существующих намоточных устройств, для мотальной машины, было изобретена и запатентована новая конструкция мотального барабанчика. Конструкция внедрена в производство, что привело к уменьшению разрывов на мотальной машине до 20%. Еще одной проблемой текстильных производств, является разрыв пряжи на крутильных машинах. Конструкция кольцо – бегунок, существенно влияет на качество текстильного материала по причине неравномерного натяжения нити и перекосов, которые имеют место в различных конструкциях. Такие же проблемы при изготовлении пряжи наблюдаются и на крутильных машинах. По результатам теоретических и экспериментальных исследований, были внедрены на производстве, новые конструкции: кольцо-бегунок для крутильных машин, конструктивные параметры которых уменьшили разрыв пряжи. Такое конструктивное решение обеспечивает более высокое качество пряжи. Исследована и разработана технология получения двух и трехкомпонентной смешанной пряжи. В состав пряжи входят модифицированное льняное и хлопковое волокно (в соотношении 60:40), а трехкомпонентная пряжа содержит льняное, хлопковое и вискозное волокно (60: 30: 10). Изготовлены виды пряжи по кардной системе прядения, на действующем оборудовании. Для производства пряжи, с линейной плотностью Т=50 текс и разрывной нагрузкой 7,5 сН / текс, проведены рациональные параметры технологического процесса, согласно полученным результатам анализа и синтеза технологии прядения. Повышение процентного содержания льна в смеси, приводит к снижению физико-механических свойств и резкого увеличения содержания льна в отходах. Состав: льняные волокна 20-23%, вискозные волокна 30-32% , одинарная пряденая нить из хлопковых волокон 50-45%. Изготовлена смешанная пряжа со спроектированными свойствами, запатентована технологией изготовления и разработаны технологические регламенты. Расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями не превышает погрешности 5%.