43

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Анализ литературных источников.

Для правильного выбора цели и задач данного исследования необходимо познакомиться с основополагающими работами в области технологии и строения тканей, которые изложены в работах ведущих ученых - технологов - ткачей. Наибольший интерес представляют собой работы ведущих ученых Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косыгина (проф.Николаев С.Д., проф.Мартынова А.А., проф.Юхин С.С.), Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна (проф. Гордеев В.А.), Ивановской государственной текстильной академии (проф.Ерохин Ю.Ф., проф. Степанов Г.В., проф. Ефремов Е.Д.), Костромского государственного технологического университета (проф.Лустгартен Н.В.), Российского заочного института текстильной и легкой промышленности (проф.Оников Э.А.), зарубежных ученых ближнего (проф.Велиев Ф.В., проф.Васильченко В.Г., проф.Милашюс В.М., проф.Башметов В.С.), дальнего зарубежья (проф.Шосланд Я., проф.Масайтис Й., проф. Люненшлосс Й.) и их учеников.

Работы рассматривались по следующим основным направлениям:

- исследования по анализу натяжения нитей основы и утка на ткацких станках.

- исследования по оценке напряженности заправок ткацких станков;

- исследования по взаимосвязи технологических параметров, параметров строения и свойств вырабатываемых тканей и используемых нитей;

1.1.1. Исследования по анализу натяжения нитей основы и утка на ткацких станках

Натяжение нитей основы и утка - важнейший технологический показатель. От правильной установки натяжения нитей зависит стабильность технологического процесса, качество вырабатываемых тканей. Исследованиям по изучению работы системы заправки ткацкого станка, и прежде всего упругой системы, посвящено значительное количество работ.

При рассмотрении данного вопроса начинают практически всегда с анализа фундаментальных исследований проф. Гордеева В.А. [2.16, 3.5]. Он заложил основы исследования упругой системы заправки, создал довольно стройную теорию жесткости, которая позволяла объяснить многие вопросы тканеформирования и решить многочисленные проблемы в ткачестве. Автор справедливо считает, что тканеформирование носит циклический характер, изменение натяжения основы, утка и ткани также является циклическим. "Продольная деформация растяжения, возникающая вследствие процесса зевообразования, прибоя уточной нити к опушке ткани, отвода наработанной ткани и сматывания основы с навоя в рабочей зоне ткацкого станка, вызывает изменение натяжения основы". Причем изменение натяжения нитей и ткани происходит пропорционально изменению ее деформации. Он предложил для этих целей использовать коэффициенты жесткости нитей и ткани и методы их экспериментального определения.

Профессор Гордеев В.А. первым создал теорию, позволяющую провести анализ напряженно-деформированного состояния нитей. И это, безусловно, является ценным и важным. Принципиально важным является то, что при изучении явлений, происходящих на ткацком станке, он рассматривает динамику работы механизмов отпуска основы и навивания ткани.

На основе многочисленных разработок в последние годы проф.Гордеев В.А. и его ученики создали ряд уникальных тканей и тканых конструкций специального назначения.

Резкое увеличение скоростных режимов работы ткацких станков, использование современных быстроходных ткацких станков требует корректировки теории проф.Гордеева В.А. Ряд возникающих вопросов с помощью его теории решить невозможно. Так, на первый план при быстроходном ткачестве встают вопросы, связанные с неоднородностью свойств используемых нитей, неравномерностью натяжения основы и утка по глубине и ширине заправки, релаксационный характер поведения текстильных материалов.

Кроме того, при рассмотрении своей теории автор не учитывает реальные свойства используемых нитей.

В ряде случаев математические зависимости трудно объяснить. Так, например, известно, что при увеличении заправочного натяжения основы сила прибоя всегда увеличивается, а величина прибойной полоски уменьшается. Но формула взаимосвязи силы прибоя и прибойной полоски имеет прямую линейную зависимость. Конечно, очевидно, что коэффициенты жесткости при изменении натяжения основы также изменяются, но теория профессора Гордеева В.А. не дает зависимостей для подобных расчетов. Из-за этого расчеты, проводимые по формулам проф. Гордеева В.А., значительно расходятся с экспериментальными данными.

Интересны исследования, проводимые проф. Е.Д.Ефремовым [2.19-2.21]. Проф. Ефремов Е.В. по ряду вопросов углубил и обогатил теорию проф.Гордеева В.А., использовав в основном геометрический подход к решению многих вопросов. Им получены достаточно удобные формулы для расчета натяжения и деформации нитей. Однако, использование коэффициентов жесткости нитей и ткани дает весьма приближенную картину рассматриваемых явлений.

Представляют существенный интерес работы, проводимые в последние годы на кафедре ткачества Московского государственного текстильного университета А.Н.Косыгина [1.4, 1.20, 2.36, 2.37, 2.40, 2.57-2.59, 3.1, 3.3, 3.4, 3.7, 3.9-3.11, 3.13, 3.15, 3.17, 3.19, 4.5]. При рассмотрении напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке предлагается использовать вязкоупругую природу текстильных материалов. При этом используется наследственная теория вязкоупругости, основанная на предпосылках Больцмана и Вольтерра. Разработаны различные автоматизированные методы расчета натяжения нитей основы и утка с учетом свойств используемых нитей, конструктивных особенностей и скоростного режима оборудования в любой момент тканеформирования и любой зоне ткацкого станка. Это особенно важно, так как есть зоны ткацкого станка, недоступные для экспериментирования. Например, зона “опушка ткани - ремиз” для основы, зона внутри зева при прокладывании утка. Расчеты натяжения нитей основы и утка по разработанным методам дают весьма высокую точность. Вопрос здесь стоит только в точном определении вязкоупругих параметров нитей, что можно сделать при проведении испытаний на обычных разрывных машинах с постоянной скоростью деформирования нитей. Уже имеется достаточно большая статистика вязкоупругих параметров для текстильных нитей различного волокнистого состава.

О наличии релаксационных процессов, происходящих на ткацком станке свидетельствуют работы проф. Милашюса В.М. [3.14], проф. Щербакова В.П. [2.60], проф. Кукина Г.Н., проф. Соловьева А.Н. и проф. Коблякова А.И. [1.15, 2.24], проф. Склянникова В.П. [1.30], проф. В.Г.Тиранова [2.53, 2.54], д.т.н. Ямщикова С.В. [2.63] и др. Эти релаксационные процессы в значительной степени предопределяют поведение нитей основы и утка на ткацком станке. Однако, в большинстве случаев при исследованиях процессов релаксации не учитывается реальное поведение текстильных нитей при малом и большом времени. Исключение составляют исследования проф.Щербакова В.П., который для исследования напряженнно-деформированного состояния нитей на трикотажных и вязальных машинах использует слабосингулярное ядро А.Р.Ржаницына и его резальвенту, полученную М.А.Колтуновым. Эти функции отражают реальную картину напряженно-деформированного состояния нитей в любой промежуток времени.

На основе исследований проф.Щербакова В.П. проф. Николаев С.Д. получил соответствующие зависимости для исследования натяжения нитей на ткацких станках различных конструкций.

Представляют интерес работы проф. Юхина С.С. [2.62, 3.19, 4.5], в которых приводятся удобные для инженерных расчета формулы. Расчет натяжения нитей проводится с учетом свойств используемых нитей, параметров строения тканей, геометрии заправки ткацкого станка.

Оригинальными выглядят результаты работы проф. В.М. Миляшюса [3.14], который с учетом вязкоупругих свойств нити установил зависимости, позволяющие рассчитать необходимое натяжение нитей для получения тканей заданного строения. При этом, что ценно, в полученных формулах учитывается и вторая составляющая напряженно-деформированного состояния нитей - деформация. Результаты работы были бы еще более ценными, если бы расчет параметров напряженно-деформированного состояния был для различного ассортимента тканей.

Заслуживают большого внимания работы проф.Ерохина Ю.Ф. и его многочисленных учеников по исследованию заправок ткацких станков, созданию новых конструкций основных регуляторов для бесчелночных ткацких станков [2.9, 3.8]. Им подробно изучен вопрос изготовления тканей на широких ткацких станках СТБ с двумя навоями. Последние работы проф.Ерохина Ю.Ф. посвящены установлению зависимостей для расчета технологических параметров изготовления тканей заданного строения.

Особый интерес представляют последние работы, проводимые под руководством проф.Ерохина Ю.Ф - д.т.н. Синицыным В.А. и к.т.н.Каревой Т.Ю. [2.18, 2.48, 2.49]. В этих работах приводятся математические зависимости для расчета технологических параметров в зависимости от параметров строения тканей. При этом преобладает геометрический подход при рассмотрении строения тканей.

При формировании тканей большое значение на условия работы нитей и качество получаемых тканей играет натяжение утка. Об этом еще 50 лет назад говорил проф. Новиков Н.Г. [2.41] , основоположник теории ткачества, организатор кафедр ткачесства Московского и Ивановского текстильных институтов. Выводы, сделанные проф.Новиковым Н.Г., актуальны и справедливы на настоящий момента.

Из последних работ по изучению натяжения утка являются исследования д.т.н. Малафеева Р.М. [3.12]. В своей докторской диссертации он решил следующие задачи: определение усилий и деформаций уточных нитей в их зависимости от скоростного режима станка в различных зонах конструктивно-заправочной линии; оценка скоростных возможностей ткацких станков, нахождние условий устойчивости прокладывания уточных нитей на станках различных конструкций, разработка новых механизмов прокладывания утка. При анализе прокладывания утка используется модель вязкоупругого тела по Кельвину-Фойгту. В связи с тем, что эта модель при времени близком к нулю не работает, достоверность результатов несколько снижается. Весьма неубедителен вывод автора о том, что при увеличении скоростного режима ткацкого станка натяжение нити уменьшается и при значительном увеличении скорости натяжение станет равным нулю. Поэтому это накладывает ограничение на повышение скорости ткацкого станка. Большинство же работ наоборот подтверждают тезис об обратной картине: при увеличении скоростного режима ткацкого станка натяжение нитей основы и утка увеличивается. Интересны, в этом плане, исследования проф. Мартынова И.А. [1.16, 2.34], в которых изучается влияние работы отдельных механизмов на условия работы заправки ткацкого станка.

Представляют интерес работы проф.Васильченко В.Н. [2.10] по изучения влияния технологических параметров на натяжение нитей. При этом он учитывает и параметры строения тканей. Но ряд формул имеет ограниченный круг использования в связи с тем, что они является эмпирическими и выведены для конкретных тканей в результате экспериментальных исследований.

Исследованием натяжения нитей основы и утка на ткацких станках различных конструкций занимались многие зарубежные исследователи.

Проф. Й. Люненшлосс [2.31,2.32], один из самых видных ученых-текстильщиков провел важные исследования в области изучения натяжения и деформации нитей основы и утка при использовании различного сырья. Им получен большой материал по распределению натяжения нитей основы и утка и найдены эффективные пути управления натяжением нитей на ткацком станке.

Ценными с практической точки зрения являются работы доктора Лодзинского политехнического института Х.Сушека [2.52] по эффективному управлению натяжением утка на бесчелночных ткацких станках типа Sulzer-Ruti. На основе обработки большого экспериментального материала им разработаны рекомендации по наладке устройств, обеспечивающих оптимальное изменение натяжения утка на ткацких станках СТБ при выработке различных тканей.