1.1.2. Исследования по оценке напряженности заправок ткацких станков

Понятие напряженности заправок ткацких станков введено совсем недавно, однако, во многих последних работах по технологии ткачества оно устоялось и часто используется.

Существуют различные подходы к оценке напряженности заправок. Ряд отраслевых институтов используют для этого коэффициент связности предложенный Н.С.Ереминой. Под коэффициентом связности понимается степень сцепления точками перекрещивания основных и уточных нитей. Он определяется по формуле:

,

где Р_o , Р_у - плотности ткани на 1 см. по основе и утку, нит/см

Т_ср - средняя линейная плотность нитей в ткани, текс

F - коэффициент переплетения, характеризующий степень его рыхлости.

Расчеты по данной формуле не всегда отражают действительной картины. Так, например, формула совершено, несправедлива для многих тканей комбинированного класса переплетений. Однако так как расчеты проводятся для тканей одного и того же переплетения, но с различными плотностями по основе и по утку и разными линейными плотностями основных и уточных нитей то использование формулы оправдано.

Проф. П.Т.Букаев [4.1] вводит термин "технологичности ткани" и критерий, позволяющий оценить "технологичность ткани", - коэффициент уплотненности:

,

Однако коэффициент уплотненности не позволяет оценить ткань с точки зрения силовых характеристик, так как он не учитывает суммарной жесткости нитей, которая определяет силовые характеристики процесса формирования ткани, обусловленные деформацией нитей основы и утка.

Методы расчета коэффициента уплотненности переплетений не распространяются на все однослойные переплетения с разной величиной основных и уточных перекрытий, используемые преимущественно в шерстоткачестве. Поэтому авторами работы [4.1] разработан метод расчета коэффициента уплотненности учитывающий разницу в величине основных и уточных перекрытий. После анализа формулы определяющей коэффициент наполнения ткани выяснено, что напряженность переплетений по одной системе нитей определяется только числом пересечением противоположной системы нитей. Однако на примере тканей с равным числом пересечений основой утка, таких как репс уточный 2/2 и 4/4, которые выражаются в различных условиях, видно, что на напряженность переплетений влияет длина перекрытий двух систем нитей. Кроме того, авторы замечают, что напряженность переплетений не может полностью характеризоваться срдней длиной перекрытий так как с увеличением длины перекрытий увеличивается их прогиб, вследствии чего нити уплотняются.

Из вышеперечисленного авторы считают целесообразнее учитывать длину перекрытий на обеих сторонах ткани отдельно, а переплетение с любым соотношением средней длины основных и уточных перекрытий характеризовать средним числом нитей в перекрытии на одной и другой сторонах ткани. С учетом дополнений на изменение порядка фазы строения получены формулы коэффициентов уплотненности однослойных переплетений, в том числе имеющих разницу в величине основных и уточных перекрытий.

При оценке напряженности заправки часто используется заполнение и наполнение ткани. Расчет коэффициента наполнения ткани производится отношением фактической плотности ткани к максимальной. Он рассчитывается как по каждой системе нитей в отдельности, так и для ткани в целом. В частности объемное заполнение ткани зависящее от плотности и плотноемкости переплетения. М.Б.Бородовский в своей работе приводит значения плотноемкости некоторых переплетений. Однако, не приведен метод расчета данного параметра. В результате расчетов значения коэффициентов наполнения для большого количества тканей превышают 100%. Это связано с тем, что не учитывается реальное строение ткани, смятие нитей основы и утка в ткани.

В работе [1.10] для вышеназванных целей предлагается использовать коэффициент наполнения ткани с учетом смятия нитей в ткани и взаимного расположения нитей основы и утка. Однако, нет расчетных предельных (критических) коэффициентов наполнения ткани, при которых можно вырабатывать те или иные ткани на том или ином ткацком станке.

Профессор Ташкентского института текстильной и легкой промышленности С.Г. Уразов предлагает использовать коэффициент строения ткани:

.

Автор экспериментально установил критические значения коэффициентов строения ткани для различного ассортимента. В результате расчетов исследователь приходит к выводу, что критическое значение коэффициента строения ткани различно в зависимости от фазы строения ткани так как заранее неизвестна фаза строения полученной ткани, то этот коэффициент не позволяет получить и точно определить напряженность заправки ткацкого станка. Кроме того, данный коэффициент не учитывает технологические параметры, влияющие на фазу строения ткани и он неудобен при сравнении напряженности заправок разных фаз строения ткани.

Одним из важнейших факторов определяющих напряженность заправки является напряжение и деформация нитей. М.А.Колтунов рассматривает систему зависимости между напряжением и деформацией как нелинейную. Если теория упругости исследует тела из материалов не следующих закону Гука или перемещения точек не пропорциональны действующим нагрузкам, или имеется и то и другое, то она называется нелинейной. Материалы называются вязкоупругими, если в зависимость между напряжением и деформацией включается время. Автор характеризует такие материалы следующими релаксационными свойствами: изменением напряжений во времени в теле при постоянной деформации (релаксация) и изменением пластической деформации материала при силовых воздействиях, меньше, чем те, которые могут вызвать остаточную деформацию при испытаниях обычной длительности (ползучесть). Так как нить можно отнести к вязкоупругим материалам, то становится применимой к ткачеству и теория наследственной вязкоупругости Больцмана, основанная на принципе суперпозиции.

В теории были использованы две основные гипотезы. Смысл первой заключается в зависимости упругих сил не только от мгновенно полученных деформаций, но и от предшествующих, которые оказывают те меньшее влияние на упругие силы, чем больше времени прошло с момента предшествующих деформаций. Если начиная с момента времени s тело в течение времени ∆s получило деформацию ε(s), то изменение силы, которая производит это растяжение во времени t, пропорционально ε(s)ds и функции времени t-s. Смысл второй гипотезы - влияние полученных в разное время деформаций объединяются путем непосредственного сложения.

Математическая запись зависимости напряжений от деформации, основанная на этих гипотезах, имеет вид

где σ- напряжение; ε - деформация; E- модуль упругости; F(t-s)- функция влияния, убывающая при возрастании t-s; t- время наблюдения; s‑ время, предшествующее моменту наблюдения.

Если проводить простейшее испытания вязкоупругих образцов при постоянных нагрузках, то принцип Больцмана можно трактовать следующим образом: деформация в момент времени t, возникшая в результате действия напряжений в предыдущие моменты времени, является суммой деформаций, которые наблюдались бы в рассматриваемый момент времени t, если бы каждое из постоянных напряжений действовало независимо от других. Это означает, что если нагрузка прикладывается ступенчато в моменты s₁, s₂, … ,s_R, то деформацию в момент времени t можно определить по формуле

Еще Кальрауш исследуя законы упругого последействия на стеклянные нити, предложил эмпирическую формулу, описывающую процесс релаксации приводящую к хорошему количественному описанию этого процесса:

,

где σ₀, σ₁, a, k - параметры, характерезующие свойства материала.

В течение всего последующего времени вплоть до настоящего предполагались различные аналитические соотношения между деформацией, натяжением и времени дающие хорошие опытные данные. Характерной особенностью этих соотношений является обязательное наличие в них степеней времени.

В последних работах, проводимых на кафедре ткачества МГТУ имени А.Н.Косыгина [3.6, 3.15, 3.19], для оценки работоспособности заправки используются критерии длительной прочности. Вообще в механике это самый распространенный и универсальный критерий. Среди критериев, которые использованы в ткачестве, отметим критерии Бейли и Москвитина [1.6].

Академик Журков С.Н. [1.24] и его ученики в основу своих исследований поставили учет разрушающей роли теплового движения и тепловых флуктуаций. Экспериментальной основой кинетической теории прочности механического разрушения явились экспериментальные данные по временной и температурной зависимости прочности твердых тел. Основополагающими выводами из этой теории являются:

- долговечность тела под нагрузкой определяется временем, необходимым для "посещения" тепловыми флуктуациями "разрывной величины" значительной доли атомов в сечении нагруженного твердого тела;

- внешняя нагрузка, возмущая межатомные связи, снижает потенциальный барьер и облегчает распад напряженных связей и, кроме того, затрудняет рекомбинацию разорванных связей;

- разрыв межатомных связей (рас соединение атомов) осуществляется фактически не непосредственно внешней силой (что считалось ранее совершенно несомненным), а тепловыми флуктуациями. Использование этой теории предполагает оценку доли времени из долговечности, затрачиваемое на акт разрушения, и доли времени из долговечности, затрачиваемое на деформирование. Однако как справедливо отмечают авторы этой работы, данная теория, хорошо вскрывающая физику рассматриваемого явления, не всегда может правильно количественно оценить уровень разрушения, особенно для сложных процессов.

В ткачестве эта теория применена в работах Т.П.Баталко [3.2], С.Д.Николаева [3.15], Е.В.Евсюковой [3.7], Р.Ю.Ахмедова [3.1], Денисенко Т.Н. [3.5], Юхина С.С. [3.19].

Проф. Щербаков В.П. [3.60] и проф. Николаев С.Д. [3.15] для оценки напряженности соответственно заправок на трикотажных машинах и ткацких станках использовали критерий В.В.Москвитина, учитывающего предысторию нагружения.

Проф. Лустгартен Н.В. для оценки напряженности заправок использовала эмпирические коэффициенты, полученные на основе обработки экспериментальных данных [2.27, 2.30].