Исследования по измерению деформации пряжи при помощи оптических приборов

Основные выводы исследований в области развития текстильной науки и техники основаны на результатах экспериментальных исследований, потому, что в них выявляются новые законы и факторы, влияющие на технологические процессы. Например, для изучения структуры и свойств пряжи большую роль играют законы механики. Особенно эффективное использование новейших достижений измерительной техники и персональных компьютеров создало условия развитию механики пряжи [1].

При анализе деформационных свойств текс­тильных нитей широко пользуются теорией и экспериментами основ механики, её математическими моделями, а также методами измерения. В результате проведения практических испытаний по изучению деформационных свойств текстильных нитей можно определить изменения, происходящие при различных нагрузках, изолинии упругих и пластических деформаций, а также значение изменения деформации при нагрузке и разгрузке. Целью проведения данных практических испытаний является определение цифровых значений деформационных изменений в зоне упругих и пластических деформаций, а также при мгновенной нагрузке и разгрузке[2].

При действии на пряжу определённой силы в ней возникают изменения. Эти изменения действуют и на плотность ткани, изготовленной из этой пряжи. С увеличением плотности ткани изменяются и её свойства. Поэтому для изучения деформации пряжи учёные пользовались различными способами. Предварительно подвесив обыкновенный груз измеряли долю деформации. В результате получили общие сведения о структуре и свойствах различной пряжи. Но начальные значение деформации при нагрузке разгрузке не определялись. В результате не было возможности всесторонне и глубоко изучить характер технологических процессов.

После этого, используя метод тензометрии считающийся методом электрического измерения механических значений: он применяется во всех отраслях технической механики из-за того, что обладает возможностью определения значений деформации. Учитывая высокую эффективность метода для определения деформационных свойств текстильной пряжи различной структуры, решили целесообразным использование тензометрического метода. В результате измерения доли деформации при подвешивания обычного груза хотя и были получены общие сведения о структуре и свойствах различных нитей, но начальные деформационные значения при нагрузке и разгрузке не определялись. В результате не было возможности всесторонне и глубоко изучить характер технологических процессов[3].

Определение деформационных долей тензо­метри­ческим методом считается сложным процессом. Основой измерения деформации пряжи составляют датчик сдвига, усилитель, блок питания и записыватель. В общем виде схема электроизмерителя состоит из датчика сдвига, тензометрического усилителя ТОПАЗ-3-01, блока питания марки АГАТ, записывателя Н-041, осциллографа и блока питания осциллографа [4]. Эти приборы значительно отстали от современных технических средств, для более точного определения деформации пряжи мы поставили перед собой задачу использовать компьютерную программу и веб камеру.

Рисунок 1. Принципиальная схема прибора

1 – бобина, 2 и 3 – нитепроводник, 4 – горизонтальная стойка, 5 –неподвижные тиски, 6 – пряжа, 7 – шар отражающий установленные лучи, 8 –подвижные тиски, 9 – приспособление для передачи движения подвижным тискам 10 – веб камера, 11 – стойка для установки веб камеры ,
12 – основной стол, 13 – груз, 14 – компьютер

Для изучения изменения деформации пряжи под действием груза в одно цикловом классе создан специальный измерительный прибор, производящий измерения при помощи луча (веб камера). Этот прибор позволяет с большой точностью определить деформацию пряжи при действии на него груза. При определении деформации пряжи исследования проводились при подвешивании груза, составляющего 25% прочности пряжи.

Для проведения эксперимента установим расстояние между тисками на отметке «50см» и закрепим пряжу между верхними и нижними губками тисков стенда. Перед запуском установки необходимо подключить веб камеру к компьютеру.

Установка работает следующим образом (рис 1). Бобина 1 устанавливается на основной стол 12. Пряжа 6 проводится через два нитепроводника 2 и 3, затем зажимается между неподвижными тисками 5 и подвижными тисками 8. На нижней части подвижных тисков установлен крючок для подвешивания груза. На этот крючок подвешивается груз 13. Шарик 7 закрепляется на подвижных тисках. Шарик на дисплее компьютера отражается в виде яркой точки. Точка на дисплее устанавливается в положение «ноль». При помощи устройства 9 шарик 7 и подвижные тиски 8 приводятся в действие. Веб камера 10 передает движение шарика в компьютер.

Рисунок 2. Программа “TENSO” созданная для измерения деформации пряжию

1- кнопки для ввода времени измерения (в минутах),

2- кнопки для ввода времени измерения (в секундах)

Для начала работы прибора компьютер необходимо подключить к сети. Приводится в действие специально созданная программа “TENSO” (Рис. 2). В программе присутствуют следующие кнопки: 1 – кнопки для ввода времени измерения. Они располагаются в верхней части экрана монитора. Эти две кнопки “Parameters Time Minute и Seconds” являются местом для введения цифровых значений, туда вводятся время деформации пряжи в минутах и секундах. Ниже расположена кнопка “Weight” – место для ввода значения массы груза. На правой стороне экрана в низу расположены ещё три кнопки “Clear” – очистка, “Save” – сохранение и “Exit” – выход. На левой стороне этих кнопок расположены ещё четыре кнопки. “Initialize” – кнопка предварительного ввода в действие веб камеры. При её нажатии на экране активизируется веб камера. “Calibration” – кнопка определения места измерения. При вводе в действие этой кнопки на мониторе компьютера появляется новый маленький экран
(Рис. 3).

Рисунок 3. “Calibration” – кнопка определения места измерения

На экране при помощи веб камеры появляется шар закреплённый на нижней губке тисков. Подводим мышку на самое яркое место шарика и нажимаем её совместно с кнопкой “ctrl”. При нажатии цвета в точке выделения указателя мышки кнопка цвета “color” в нижней части экрана изменяет свой цвет. После чего нажимаем кнопку и закрываем маленький экран.

Нажатием кнопки “START” приводим в действие программу. Вместе с этой кнопкой одновременно нажимается кнопка приспособления приводящего в действие подвижные тиски.

В это время груз натягивает пряжу. Натяжение пряжи в течение установленного времени наблюдается на правой части экрана в установленном месте (Рис. 4).

Рисунок 4. Вывод результатов на экран

Если примем установленное время за 1 секунду, то за это время программа выведет на экран 17 точек натяжения пряжи. Выбрав место нажатием кнопки “Save”, сохраняем результаты, выведенные на экран. Через определённое время (30 секунд, 1 минуту, 5 минут...60минут) ещё раз шажатием кнопки “START” в памяти комьютера сохраняются следующие временные точки натяжения пряжи.

Состояние пряжи в момент снятия грузана на экране определяется программой в численном выражении.

Предприятие “ОSBORN Textil”, расположенное в Бустонликском районе Ташкентской области, является единственным предприятием Узбекистана, специализирующемся на выработке меланжевой пряжи. Для проведения эксперементов было использована кольцепрядильная машина «Zinser-350» (Германия) и компактная установка RoCoS фирмы Rotorcraft [3]. При проведении эксперемента выработали пряжу линейной плотности Т=20 текс (Nе=30) при частоте вращения веретена 14000 мин^-1 рутки пряжи 800кр/метр. Для выработки пряжи использовали сортировку, составленную из смеси селекционных сортов хопка Бухоро-102 и Меҳнат.

Для определения качественных показателей выработанной пряжи воспользовались лабораторным оборудованием (USTER TESTER4, Zweigle D 314), установленном на предприятии. Результаты эксперемента даны в таблице 1.

Таблица 1.

Физико механические показатели пряжи линейной плотности Т= 20текс (Ne 30)

Определение деформация образцов произво­дилось на новом предложенном приборе. Физико-механические показатели свойств преведены на рис 5. Образцы под действием груза получают различную деформацию, с истечением времени разница между графиками возрастает. Первый образец – обычная пряжа успевает удлиниться за короткий промежуток времени. Деформирование компактной пряжи в начальной стадии нагрузки происходит медленнее по сравнению с обычной пряжей. Это связано стем, что структура и положение волокон, а также их расположение объясняется их разнообразием. Точно такое же происходит при разгрузке пряжи. Обычная пряжа укорачивается медленнее по сравнению с компактной. Отличие остаточной деформация видно из таблицы. Стало известно, что остаточная деформация компактной пряжи относительно меньше. Изменение деформации в единицу времени подчиняется закону реологии и впервые это явление определили при помощи веб камеры.

Как видно из графика рис. 5 деформация обычной меланжевой и компактной меланжевой пряжи одинакового номера определённая на новом предложенном приборе отличается друг от друга.

Рисунок 5. График деформации пряжи

1 – обыкновенная меланжевая пряжа, 2 – компактная меланжевая пряжа 

При эксперементе определили, что компактная пряжа (Рис. 5, 2) по сравнению с обыкновенной пряжей (Рис. 5, 1) подвергается малой деформацие. Это обстоятельство связано со структурным строением пряжи. Такое различие в пряже, действует и на свойства ткани, выработанной из этой пряжи, что приводит к различным показаниям качественных характеристик ткани.

Смотря на изменения деформации пряжи в начальной стадии, можно оценивать свойства ткани выработанной из этой пряжи.

Рисунок 6. Деформация пряжи в течении одной секунды

 1 – обыкновенная меланжевая пряжа, 2 – компактная меланжевая пряжа 

На рис. 6 приведено деформирование пряжи на 17-ти точках в течении одной секунды. На этом графике отчетливо видно различие между деформированием обычной пряжи (Рис. 6, 1) и компактной пряжи (Рис. 6, 2). При вязании трикотажных полотен в течении секунд на пряжу действуют нагрузки.

Выводы: Несмотря на то, что компактная и обычная пряжа имеют одинаковую линейную плотность, их сопротивление вытягиванию различное, что приводит к выработке ткани с различными свойствами. В результате эксперемента установлено, что для того, чтобы выработать трикотажные полотна с одинаковыми свойствами необходимо учитывать натяжение пряжи.

В зависимости от условий деформирования пряжи одинаковой линейной плотности при помощи данного прибора можно прогнозировать плотность и разрывную нагрузку полотна, выработанной из этой пряжи. При помощи данного прибора можно определять деформацию пряжи, ткани и трикотажного полотна.

Список литературы:
1. Xuzhong Su, Weidong Gao, Xinjin Liu, ChunpingXie, and Bojun Xu. 2013 Theoretical study of fiber tension distri-bution at the spinning triangle. Textile Research Journal, vol83(16) p 1728-1739
2. Абдурасулов О, Гафуров Қ.Ғ. “Чўзилган иплар деформацияси ўзгаришини аниқловчи асбоб” ТТЕСИ, Магистратура талабаларининг илмий мақолалар тўплами, Тошкент-2017 й. 109 бет
3. Х.Т. Бобожанов, Ж.К.Гафуров, Қ.Ғ. Ғафуров. Натяжение и деформация нити на кольцепрядильной машине Zinser-350 // Тўқимачилик муаммолари – Тошкент, 2009. –№ 3. –Б. 28-30.87
4. Х.Т.Бобожанов «Zinser» ҳалқали йигириш машинаси параметрларини муқобиллаб ип хоссаларини яхшилаш мавзусидаги номзодлик диссертация иши. 2011 й. 61-73 б.