ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЕЛИЧИНЫ ДЕФОРМАЦИИ НИТЕЙ ОСНОВЫ ОТ РАЗМЕРОВ ЗЕВА ПРИ ЗЕВООБРАЗОВАНИИ

АННОТАЦИЯ

В статье представлены исследования процесса зевообразования на бесчелночных ткацких станках при рапирным прокладывании уточных нитей в зеве. В работе проведен анализ параметров зевообразования при выработки технических тканей из базальтовых нитей. Предложенная формула позволяет определять зависимости между высотой и длиной зева.

ABSTRACT

The article presents studies of the process of shedding on shuttleless looms with rapier insertion of weft yarns in the shed. The paper analyzes the parameters of shedding during the production of technical fabrics from basalt threads. The proposed formula allows you to determine the relationship between the height and length of the shed.

Ключевые слова: зевообразование, базальтовая пряжа, деформация, основа, уток, ткачество, структура ткани.

Keywords: shedding, basalt yarn, deformation, warp, weft, weaving, fabric structure.

Конкурентоспособность продукции текстильных предприятий в современных условиях обеспечивается оперативной сменой ассортимента, низкой себестоимостью, а также выпуском тканей с заданными структурными и физико-механическими свойствами.  Особенно это важно при изготовлении дорогостоящего ассортимента тканей технического назначения. Исследователи из Германии, Франции, Великобритании, США и Италии после Второй мировой войны сделали первую попытку создания базальтового волокна. Однако только в пятидесятых-шестидесятых годах были получены первоначальные значительные результаты в Праге и Москве [1-3].

Характеристики базальтовых тканей значительно отличают ее от подобных материалов - таких, например, как силикатное волокно и стекловолокно. Также от них она отличается высокой прочностью и возможностью использования его в наиболее широком диапазоне положительных и отрицательных температур [4-5].

В то же время, исходя из своеобразия свойств базальтовых тканей, необходимо углубленное изучение их формирования на ткацком станке [6-7].

Наряду с прибоем уточной нити процесс зевообразования является важнейшим при выработке на ткацком станке. Вследствие зевообразования нити основы подвергаются циклической деформации растяжения, которая является одним из разрушающих факторов. Таким образом, вырабатываемая ткань в какой-то мере изнашивается в процессе ее получения на ткацком станке, в нитях основы возникает дополнительная обрывность, приводящая к снижению качества ткани [8-10] .

Натяжение и деформация основных и уточных нитей в значительной степени определяют условия технологического процесса ткачества, и являются главной причиной обрывности нитей. В то же время изменение натяжения основных нитей оказывает влияние на строение и свойства вырабатываемой ткани [11].

Для получения геометрических соотношений при зевообразовании, связывающих деформации (абсолютную и относительную) с параметрами зева рассмотрим верхнюю часть зева (рис.1). В начальный момент времени нити расположении на среднем уровне , соответствующей длине зева . В момент образования зева основные нити переместятся из точки  в точку В, образуя ломаную линия  с длиной , где длина нити в передней части зева , задней .

Рисунок 1. Схема для определения деформации основных нитей при зевообразовании, где высота зева; ;

Абсолютное удлинение  нитей при зевообразовании вследствие деформации растяжения равно сумме абсолютных удлинений и :

           .       (1)

Из прямоугольных треугольников  и  соответственно следует:

                                                  (2)

После подстановки (2) в выражение абсолютной деформации (1) и тригонометрических преобразований получим

)                      (3)

Как показано в [7], при малых углах α и β с достаточной степенью точности можно заменить тангенс половинного угла половиной тангенса полного угла:

.

С учетом приведенного абсолютное удлинение нити основы при зевообразовании можно рассчитать по приближенной формуле

.                                                        (4)

Тогда относительная деформация при удлинении нити основы равна

           .                                                  (5)

Если ввести соотношение , то можно оценить абсолютное удлинение нити основы при зевообразовании для различных частных случаев, например, при симметричности зева для постоянной высоты зева  и длины .

Так как , то  Преобразуем последнее выражение:

                                                 (6)

                                    (7)

Подставив значения (6) и (7) в (4) и (5), получим

                                                            (8)

                                                               (9)

В случае симметричности зева, когда , выражения (8) и (9) соответственно принимают вид

                                                           (10)

                                                          (11)

Наименьшее относительное удлинение нитей (11) будет при равной длине передней и задней частей зева ( для  и  [12].

Рассматривая абсолютное удлинение нитей основы при зевообразовании как следствие осевого растяжения, применим закон Гука для дальнейшего анализа деформируемости нити:

            мм                                              (12)

где  осевая сила растяжения, Н;

длина нити, мм;

модуль упругости, Н/мм²(МПа);

площадь поперечного сечения нити

Приравняем выражение для  в соответствии с зависимостями (4) и (12):

 мм

откуда можно выразить натяжение нити

                                                             (13)

Если зев симметричный, то с учетом (10) получим

           , Н                                            (14)

где  плошадь поперечного сечения нити, мм²;

диаметр нити, мм.

Относительно модуля продольной упругости необходимо отметить следующее. Модули упругости при растяжении могут рассматриваться как одно цикловые [13], так как их можно рассчитывать по упругому компоненту для определенных участков кривой растяжения в переделах удлинений от начала и конца участка, выбранного на кривой растяжения. Однако чаще всего используется модуль для начальной стадии растяжения, когда удлинение достигает порядка 1-2% и подавляющое доля удлинения (до 95%) может условно рассматриваться как упругая. Поэтому модуль представляется как начальный модуль продольной упругости.

Рассмотренная схема для определения деформации основных нитей при зевообразовании и аналитические соотношения справедливы для традиционных текстильных материалов (хлопок, шерсть, шелк, лен, химические волокна), имеющих небольшие значения модуля упругости, что предопределяет высокую деформируемость и активное поведение материала при нагрузке-разгрузке с четко выраженными составляющими полной деформации: упругой, эластической и остаточной (пластической).

Применение в настоящее время новых и пока еще нетрадиционных текстильных материалов, например, нитей из базальтовых волокон (природного материала) в ткачестве требует несколько иного подхода при анализе зовообразования в виду их специфических свойств и прежде всего, механических. Так, модуль упругости базальтового волокна [14] составляет 85-87 ГПа, что всего лишь в 2,44 раз меньше модуля упругости стали (Е=2,1·10⁵ МПа). Значение модуля упругости базальтового волокна сопоставимо с модулями упругости металлических материалов [15-16]: E=0,84·10⁵ МПа – цинк катаный; Е=0,69·10⁵ МПа  – алюминий катаный.

Относительно модулей упругости традиционных текстильных материалов наблюдается существенное превышение модуля упругости базальтового волокна:

• хлопчатобумажная кардная пряжа (25 текс; Е=1350 МПа)- в 63 раза;
• тонкое шерстяное волокно (0,4 текс; Е=1800 МПа)- в 47 раз;
• капроновая комплексная нить (30 текс; Е=2600 МПа)- в 33 раз;
• вискозные штапельное волокно (0,2 текс; Е=4850 МПа)-18 раз;

Учитывая данное обстоятельство,  можно полагать, что в отличие от зевообразования легкодеформируемых текстильных материалов (зев образуется за счет удлинений его передней и задней частей), образование зева для трудно деформируемых базальтовых нитей (рис.2) возможно при перемещении т. С в положение на прямой АС-длины зева. Так как нить принимается недеформируемой, то должны выполняться следующие соотношение:

                        (15)

где   – перемещение  на нерастяжимой нити;

соответственно условные персмещения точек  и  на участках нерастяжимой нити.

При перемещении   на расстояние  под действием растягивающей силы  совершается работа

           ,                                                  (16)

которая эквивалента работе упругих сил, возникающих в упругом элементе (пружине) соединенном с перемещаемой точкой С:

                                                             (17)

где  коэффициент жесткости пружины, Н/м.

Рисунок 2. Схема и геометрия зевообразования для условно недеформируемой базальтовой нити, где высота зева; ;

Если приравнять выражения (16) и (17), то получим

            Н                                               (18)

Из зависимости (18) следует, что при заданном натяжение  можно рассчитать перемещение λ или подобрать пружину с необходимыми показатели жесткости.

В соответствии с рис.2 найдем геометрическую зависимость высоты зева  от перемещения λ. Исходя из соотношений (15), можно записать:

;

заменив  получим

                 (19)

Таким образом, получена зависимость

которая после окончательного преобразования принимает вид:

                                                              (20)

или, выразив и , имеем

           ,                                   (21)

Выводы

1. При образовании зева из базальтовых нитей создается определенная неравномерность натяжения нитей за цикл работы ткацкого станка.
2. Получена формула для деформации нити основы вследствие зевообразования, учитывающие перемещение нитей.
3. При расчете длины деформируемой основной нити в зоне скало и ламельного прибора, она будет складываться из двух величин: длины переднего и заднего части зева и высота  зева.
4. При расчете деформации основных нитей в процессе зевообразования, необходимо учесть параметры зева, которые предназначены для обеспечения оптимальных условии при прокладывании уточных нитей.

Список литературы:

1. Baymuratov B, Akbarov R.,  Yangiboev R., Mengnarov SH., Khasanov J. Development and research of flexible fabric electric heaters. AIP Conference Proceyedings 2430, 030006 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0077855  Published Online: 24 January 2022.
2. Баймуратов Б.Х., Даминов А.М., Янгибоев Р.М., Узаков У.Т. Исследование натяжения нитей различного волокнистого состава в процессе перематывания.  Текстильный журнал Узбекистана. №1 2021г. стр. 54-61.
3. Б.Х.Баймуратов, У.Т.Узаков, Р.М.Янгибоев. Структура и свойства базальтовой ткани. Текстильный журнал Узбекистана. №2 2021г.  46-51 бет.
4. О.Касимов, Б.Баймуратов, А.Даминов. Изучение зависимости раздвигаемости нитей в окрестности одиночного ткацкого перекрытия от параметров строения ткани. Текстильный журнал Узбекистана №4 2020г. 61-67 стр.
5. Vusupova Z., Baymuratov В.Х. Orazbaeva R. Some investigations of the properties of costume fabric. Journal of Science and Education in Karakalpakstan. 2021 №3 стр.108-111.
6. B.Baymuratov, Z.Yusupova, R.Akbarov. Changes of electrophysical properties of antistatic woven fabric. Journal of Science and Education in Karakalpakstan. 2021 №3 стр.98-103.
7. А.Абдусаттаров, Б.Боймуратов, А.Муродов. К определению повреждаемости и длителной прочности нитей и тканей с учетом вязкоупругих свойств. Текстильний журнал Узбекистана №3. 2021г. 40-48  стр.
8. K.S. Sultanov, S.I. Ismailova, B.Kh. Baymuratov, Sh.E. Tulanov.  Experimental determination of strength at different speeds of movement of cotton yarns obtained by various technological. Journal E3S Web of Conferences 304, 03026 (2021) ICECAE 2021.
9. B. Baymuratov, Sh. Tulanov, K. Sultanov, S. Ismailova. Strain characteristics of cotton yarns depending on the strain rate and methods of their manufacture. Journal  E3S Web of Conferences 304, 03027 (2021) ICECAE 2021.
10. R. Akbarov,  R.Yangiboev, Sh. Mengnarov, J. Khasanov.  Development and research of flexible fabric electric heaters. AIP Conference Proceedings 2430, 030006 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0077855  Published Online: 24 January 2022/
11. Исаева Д.Х., Шин И.Г., Нигматова Ф.У. Обоснование геометрических параметров поясного корригирующего элемента при проектировании школьной одежды для профилактики нарушений осанки // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 12(93). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12803
12. Ешбаева У.Ж., Джалилов А.А., Шин И.Г. Оценка толщины красочного слоя печатной продукции из опытных образцов бумаги // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 2(59). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6921
13. Механическая технология текстильных материалов. Учеб. Для вузов/ А.Г.Севостьянов, Н.А.Осьмин, А.П.Шербаков и др. –М.: Легпромбытиздат, 1989. -512с.
14. https://alphapedia.ru/w/Basalt_fiber
15. Кукин Т.Н. Соловев А.Н. Кобляков А.И. Текстильное материаловедение М.: Легпромбытиздат, 1989. -352с.
16. Беляев Н.М. Сопротивление материалов –М.:Наука, 1976. -608с.