ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ
Арабулі Арсеній Торелевич
УДК 687.023:677.027.18
Удосконалення Волого-Теплової Обробки швейних виробів при розпрасуванні швів
Спеціальність 05.19.04 – технологія швейних виробів
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну,
Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: |
доктор технічних наук, професор
Березненко Сергій Миколайович, Київський національний університет технологій та дизайну,
завідувач кафедри технології і конструювання
швейних виробів
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
Колосніченко Марина Вікторівна, Київський національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри антропології та проектування одягу
кандидат технічних наук, доцент
Кущевський Микола Олександрович, Хмельницький національний університет, завідувач кафедри технології і конструювання швейних виробів
Провідна установа: |
Херсонський національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Херсон
Захист відбудеться "13" квітня 2006 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ – 11, вул. Немировича-Данченка, 2.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці КНУТД за адресою:
01011, м. Київ – 11, вул. Немировича-Данченка, 2, корпус 1.
Автореферат розісланий " 07 " березня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
к.т.н., доцент Первая Н.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Аналіз сучасного стану швейного виробництва України свідчить, що більшість підприємств галузі працює на давальницькій сировині. Це, з однієї сторони, створює певні складнощі в визначенні режимів роботи обладнання в зв’язку з відсутністю інформації щодо низки фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів, а з другої – дозволяє зберегти виробничий потенціал підприємств та збільшити експортні можливості. В зв’язку з цим велика увага на підприємствах приділяється питанням забезпечення якості виготовлення швейних виробів, в тому числі за рахунок удосконалення процесу волого-теплової обробки (ВТО). Переважна більшість операції ВТО, як правило, виконується на пресовому обладнанні, якому притаманні висока металомісткість, значне непродуктивне споживання енергії, мала мобільність тощо. В зв’язку з цим виникла необхідність в розробці альтернативних технологій ВТО з використанням нетрадиційних для швейної галузі видів енергетичного впливу на предмети обробки. Одним із перспективних напрямків є створення нового покоління обладнання з використанням динамічних методів навантаження на матеріал, в тому числі із застосуванням теплової енергії електромагнітних хвиль. Ефективність цього напрямку підтверджена дослідженнями ряду авторів в сфері просторового віброформування та формозакріплення деталей одягу. Разом з тим не вирішеними залишились питання застосування динамічних методів ВТО на операціях розпрасування, запрасування, загинання, ліквідацій зморшок. Необхідно відмітити, що, не зважаючи на певну еволюцію удосконалення установки для віброформування деталей одягу з використанням енергії електромагнітних хвиль, не визначеними залишилися вплив вхідних факторів на стабільність формування силового поля та якість розпрасування швів, практично не використовувалася в якості робочого середовища пара.
У зв’язку з цим виникає необхідність в удосконаленні технології ВТО вібророзпрасування швів деталей одягу на основі використання модернізованої установки для віброформування деталей одягу та розбудови інформаційної бази даних щодо в’язкопружних властивостей костюмних тканин, в тому числі в визначенні жорсткості щодо згинання текстильних матеріалів в умовах температурного впливу.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до наукового напрямку: “Теоретичні основи створення альтернативних ресурсозберігаючих технологій формування різних за архітектурою просторових оболонок деталей одягу із текстильних анізотропних матеріалів” (2002-2005рр.), номер державної реєстрації 0103U000851 (наказ МОН України №633 від 05.11.2002р.).
Мета та задачі дослідження полягають в визначені технологічних параметрів розпрасування швів деталей одягу при використанні динамічних методів навантаження, що дозволяє забезпечити високу якість виконання операції розпрасування швів при мінімізації енергетичних витрат.
Для досягнення поставленої мети в дисертації були вирішені наступні задачі досліджень:
- проведений аналіз існуючих методів і засобів ВТО, виявлені переваги, недоліки та перспективи подальшого розвитку технологічних процесів ВТО деталей одягу на основі використання динамічних методів навантаження;
- досліджена і розширена інформаційна база даних по в’язкопружним властивостям костюмних тканин, як основи подальшого удосконалення процесів ВТО;
- удосконалено пристрій для визначення жорсткості щодо згинання текстильних матеріалів під впливом температури;
- розроблена фізична модель і досліджено процес розпрасування швів при використанні статичних методів навантаження;
- удосконалено установку для віброформування деталей одягу та досліджено процес вібророзпрасування швів в умовах динамічного навантаження;
- розроблені рекомендації по удосконаленню технології та обладнання для виконання операцій ВТО на основі використання динамічних методів навантаження з перспективою його промислового виготовлення.
Об'єкт дослідження – процес вібророзпрасування швів деталей швейних виробів із костюмних тканин.
Предмети досліджень – операції розпрасування швів, костюмні тканини.
Методи дослідження. Теоретичною та методологічною основою досліджень є системний підхід до вивчення процесів ВТО швейних виробів з метою удосконалення технології вібророзпрасування швів деталей швейних виробів та технічних засобів її реалізації. При проведенні досліджень використано сучасні стандартизовані інструментальні методи визначення фізико-механічних властивостей костюмних тканин, методи математичного планування експерименту і статистичної обробки результатів експерименту, математичне моделювання процесів розпрасування швів та основи електромагнетизму.
Аналіз чисельних моделей проводився на ПЕОМ, в тому числі з використанням умовно-безкоштовної програми STAR.
Наукова новизна. На основі системного підходу визначені основні фактори, які впливають на енергетичні та якісні показники технологічних процесів ВТО, визначені напрямки удосконалення процесів ВТО, встановлені закономірності процесів розпрасування швів деталей одягу в умовах статичного і динамічного навантаження.
Вперше в швейній галузі отримані наступні наукові результати :
- запропонована структура техніко – технологічна система процесу ВТО, в рамках якої визначені позитивні і негативні сторони реалізації процесів ВТО деталей одягу та шляхи їх удосконалення;
- визначені закономірності зміни в’язкопружних властивостей так званих “складних” костюмних тканин давальницького походження та здійснено їх ранжирування за рівнем показників. Встановлено, що в подальшому в якості експрес-методу визначення в’язкопружних характеристик доцільно використовувати неруйнівний динамічний метод випробувань;
- визначені закономірності зміни показників жорсткості щодо згинання костюмних тканин в умовах температурного впливу та здійснено їх ранжування за рівнем значущості;
- встановлені закономірності процесів розпрасування швів в умовах статичного і динамічного навантаження та комплексного впливу технологічних параметрів (температури, пари);
- виявлений механізм формування силового поля в процесі вібророзпрасування в залежності від величини потужності та амплітудно-частотних характеристик електромагнітного пуансона (ЕП), що дає можливість упереджено встановлювати раціональні параметри процесу вібророзпрасування швів з урахуванням властивостей текстильних матеріалів та інтенсивності експлуатації обладнання;
- здійснено інтегроване ранжування досліджуваних костюмних тканин по структурним та фізико-механічним показникам, отриманих при різних методах випробувань. Встановлено, що найбільш інформативними при визначені параметрів процесів розпрасування швів являються показники жорсткості щодо згинання в умовах температурного впливу.
Практичне значення отриманих результатів:
- на основі експериментальних досліджень визначена доцільність застосування неруйнівного динамічного методу випробувань в якості експрес-методу визначення в’язкопружних характеристик текстильних матеріалів;
- удосконалений пристрій і методика визначення показників жорсткості щодо згинання в умовах температурного впливу (подана заявка на винахід), як основи удосконалення технології вібророзпрасування швів деталей одягу;
- удосконалена установка для віброформування деталей одягу, технічна новизна якої підтверджена патентом України на винахід, та визначені основні напрямки його модернізації, що створює передумови розробки енергозаощаджуючого обладнання ВТО широкого спектру застосування;
- визначені раціональні параметри процесу розпрасування швів при статичних та динамічних методах навантаженнях;
- розроблені методики, апаратура та інші результати дисертації успішно використовуються в навчальному процесі КНУТД в лекційних курсах: “Технологія швейних виробів”, “Проблеми галузі”, “Основи творчої діяльності” за спеціальністю 7.091801 – швейні вироби та при виконанні магістерських і дипломних робіт науково-дослідного характеру.
Особистий внесок здобувача. Здобувачем самостійно виконані обґрунтування теми дисертаційної роботи, експериментальні і теоретичні дослідження, здійснено планування експериментів, їх математична обробка, узагальнення результатів, підготовка дисертаційної роботи. Аналіз і обговорення отриманих результатів, підготовка публікацій, доповідей, патентна робота здійснювалися у співпраці з науковим керівником роботи Березненко С.М. та колегами.
В публікаціях [1, 2, 3] автору належать основні положення, теоретичне обґрунтування, результати експериментів та їх обробка, узагальнення і висновки. В науковій праці [4] здобувачеві належить ідея щодо удосконалення установки для віброформування деталей одягу та підготовки в співпраці з колегами матеріалів на патентування. Тези доповідей [5, 6, 7] висвітлюють результати наукових досліджень виконаних безпосередньо здобувачем в рамках виконання дисертаційної роботи, а в тезі [8] – теоретичні положення, узагальнення та висновки. Підготовка до публікації усіх зазначених наукових робіт належать здобувачеві особисто.
Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідалися та обговорювались на наукових конференціях молодих вчених та професорсько-викладацького складу КДУТД (2003; 2004; 2005 рр.), на конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості” (ХДТУ, 2004); міжкафедральному науковому семінарі КНУТД (Київ, 2005).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 робіт: 2 наукові статті у фахових журналах, рекомендованих ВАК України, 1 стаття в монографічному зарубіжному виданні (Польща), 1 деклараційний патент України та 4 тези доповідей на наукових конференціях.
Структура дисертації. Дисертація подана на 150 сторінках друкованого тексту і складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, який нараховує 123 джерела, та 3 додатків. Робота містить 26 таблиць, 67 рисунків. Обсяг основної частини дисертації складає 127 сторінки.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність роботи, подано короткий аналіз стану проблеми, її наукова новизна і практична цінність, сформульовані мета і завдання досліджень, вибір об’єктів, предметів та методів досліджень.
У першому розділі дисертації наведено огляд літературних джерел пов’язаних з удосконаленням обладнання та процесів ВТО. С позиції системного аналізу представлені наукові досягнення в сфері створення енергозберігаючих технологій ВТО, показані позитивні та негативні сторони існуючих технологій та обладнання ВТО.
Показано, що при виготовленні якісного одягу актуальною залишається проблема зниження рівня матеріальних, трудових та енергетичних витрат на всіх стадіях технологічного процесу. При цьому в технологічному процесі виготовлення швейних виробів значну частку трудових (20 – 30%) та енергетичних витрат (40 – 90%) від загальної трудомісткості та енергетичної складової займають операції ВТО. Тому актуальною є необхідність пошуку альтернативних шляхів удосконалення процесів ВТО, за рахунок яких можна суттєво знизити рівень енергетичних витрат та підвищити коефіцієнт корисної дії роботи обладнання.
Розглядаючи процес ВТО виготовлення одягу як велику систему (рис.1), були визначені специфічні особливості функціонування її підсистем і окремих взаємопов’язаних елементів, які мають характерні для систем внутрішні зв’язки, упорядкованість, цілісність і, певною мірою, незалежність.
Рис.1. Техніко-технологічна інформаційна система енергозабезпечення процесу ВТО.
При цьому аналіз показав, що найбільший вплив на рівень енерговитрат має підсистема “Обладнання ВТО” база даних якої охоплює наступні елементи: спосіб завантаження деталей одягу (БД1), джерело та параметри робочого середовища (БД2), тип приводу (БД3), тип та кількість робочих органів (подушок, манекенів) (БД4), система забезпечення охолодження виробу (БД5).
Підсистема “Стадії процесу ВТО” характеризується базою даних (БД6 – БД8) стосовно рівня енерговитрат на I, II, III стадіях процесу ВТО (недостатні, достатні, надлишкові) та включає параметричні показники якості на операціях ВТО, які в свою чергу залежать від фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів та вимог щодо якості виконання операцій ВТО.
Підсистема “Операції ВТО” характеризується базою даних (БД9 – БД17), яка враховує велику різноманітність операцій ВТО (розпрасування, запрасування, загинання, пресування тощо) та вимоги до якості їх виконання.
Ці три підсистеми разом формують науково-технічний рівень (НТР) процесів ВТО.
Встановлено, що більшість досліджень (проф. Меліков Е.Х., проф. Березненко М.П., проф. Орловський Б.В., проф. Бурмістенков О.П. та ін.) були спрямовані на мінімізацію енергетичних витрат підсистеми “Обладнання ВТО” за рахунок удосконалення основних робочих органів (подушок), способів їх нагрівання, використання різних робочих середовищ, систем завантаження та керування процесами тощо. Показано, що альтернативою статичним методам навантаження (пресове обладнання ВТО) являються динамічні методи, в тому числі і відцентровий спосіб формування деталей одягу. Визначено, що найменш дослідженими залишаються динамічні методи ВТО. Ця технологія, як показали дослідження попередників, є перспективною і дає можливість зменшити метало- та енергомісткість конструкції обладнання за рахунок: відсутності масивних робочих органів; зниження витрат енергії на операції ВТО, зважаючи на циклічний характер споживання енергії лише в період обробки виробу; об’єднання операцій формування та формозакріплення в одному циклі обробки. Показано, що поза увагою дослідників залишились операції розпрасування, які, як показав аналіз технологічних послідовностей обробки чоловічих піджаків, займають 36% трудових витрат в загальних витратах при виконанні операцій ВТО. Крім цього не вирішеним залишилися питання визначення впливу низки факторів на роботу установки для віброформування деталей одягу, в тому числі використання процесу пропарювання, можливості регулювання силового поля в умовах температурного впливу.
У зв’язку з недостатністю існуючої інформаційної бази даних по показникам фізико-механічних властивостей тканин давальницького походження, в тому числі з урахуванням впливу на ці показники температури, виникає необхідність в проведенні додаткових досліджень з використанням статичних та динамічних методів та в удосконаленні пристрою і методики визначення показників жорсткості щодо згинання в умовах температурного впливу.
Таким чином, завдяки проведеному літературному огляду були виявлені основні напрямки удосконалення технології вібропресування, визначені мета, об’єкт, предмет і задачі досліджень дисертаційної роботи.
У другому розділі дисертації здійснений аргументований вибір предметів досліджень, представлена технічна характеристика засобів та методів визначення показників фізико-механічних властивостей предметів досліджень і процесів вібророзпрасування швів.
На прохання спеціалістів підприємства ВАТ “Желань” м. Київ, в якості предметів досліджень були вибрані так звані “складні” костюмні тканини давальницького походження, характеристика яких була доповнена результатами власних випробувань (табл.1) згідно діючих нормативних документів (ГОСТ, ДСТУ, ТУУ).
Дослідження показників фізико-механічних властивостей костюмних матеріалів (Рр – розривальне зусилля, Н; е –видовження під час розриву,(%), Ест – умовно-миттєвий модуль пружності, МПа) статичним методом здійснювалось на установці “INSTRON” серії 5500 (похибка виміру ±1%) (рис.2, а). Динамічні характеристики матеріалів (Ед – динамічний модуль пружності, МПа, д – декремент затухання (фазовий кут запізнювання деформації щодо напруги при сталих гармонійних коливаннях у в’язкопружному середовищі)) визначалися на установці проф. Кострицького В.В. УДМ-1КБ (рис.2, б).
Визначення показників жорсткості щодо згинання здійснювалося на пристрої ПТ–2 (ГОСТ 10550-93) та на удосконаленому нами пристрої для визначення показників жорсткості щодо згинання текстильних матеріалів в умовах температурного впливу (ПВЖЗ) (рис.2, в).
Окрім цього в розділі наведені методики виконання процесів вібророзпрасування швів на удосконаленій установці для віброформування деталей одягу (рис.2, г) та засіб і методика визначення кута загинання краю тканини (кута розпрасування в або кута відновлення ).
Третій розділ дисертації присвячений дослідженню і доповненню інформаційної бази даних показників в’язкопружних властивостей костюмних тканин.
Таблиця 1.
Характеристика костюмних тканин
Артикул, виробник | 24248
(Китай) | 31052
(Китай) | 66004
(Китай) | 66099
(Тайвань) | 2905
(Тайвань) | 20043
(Тайвань)
Вміст складників сировинного складу, % | Вовна-100 | Вовна-85
Тексель-15 | Вовна-85
Тексель-15 | ПЕ-100 | ПЕ-100 | ПЕ-100
Переплетення | Крепове | Складна саржа | Атласне | Полотняне | Полотняне | Полотняне
Товщина, мм, ГОСТ 12023 – 93
(ИСО 5084 – 77) | 0,5 | 0,6 | 0,4 | 0,3 | 0, 5 | 0,5
Поверхнева густина, г/м2,
ГОСТ 3811 – 72 | 180 | 296 | 218 | 117 | 159 | 176
Число ниток на 100 мм,
СТ СЭВ 999 – 78 | Основа | 340 | 380 | 450 | 310 | 250 | 220
Уток | 340 | 250 | 330 | 310 | 160 | 220
Лінійна густина ниток, текс, ГОСТ 6611.1 – 73
(ИСО 2060 – 72) | Основа | 30 | 50 | 31 | 21 | 40 | 42
Уток | 25 | 52 | 23 | 21 | 40 | 42
Коефіцієнт незминальності, %
ГОСТ 19204-74 | Основа | 85,4 | 81,1 | 80,3 | 78,8 | 83,4 | 81,56
Кут 450 | 85,0 | 86,0 | 87,3 | 85,4 | 88,1 | 84,7
Уток | 91,2 | 86 | 87,8 | 76,3 | 78,8 | 80,4
Умовне позначення тканини | І | ІІ | ІІІ | ІV | V | VІ
Дослідження показників в’язкопружних властивостей костюмних тканин проводилися статичним і динамічним методами. Результати досліджень представлені в табл.2. Аналіз даних отриманих статичним методом дослідження, показав (табл.2), що костюмні тканини, за винятком арт.20043, арт. 66099, мають переважно основовиражений характер розподілу розривального зусилля і суттєво відрізняються за цими показниками (Рр=343ч713 Н).
Такий же характер носять показники видовження під час розриву (=20,1ч66,7%). За цих умов діапазон показників умовно-миттєвих модулів пружності складає Ест=0,51ч15,36 МПа, при цьому вони відрізняються по основі в 1,1ч5,8 рази, а по утоку в 1,6ч5,3 рази, що пояснюється різним волокнистим складом та структурними особливостями костюмних тканин.
Таблиця 2.
Показники в’язкопружних характеристик костюмних тканин
Показ-ники | Умовне позначення тканин
І | ІІ | ІІІ | ІV | V | VІ
Напрямки розкрою проб*
О | 450 | У | О | 450 | У | О | 450 | У | О | 450 | У | О | 450 | У | О | 450 | У
Рр, Н | 343 | 169 | 223 | 713 | 345 | 456 | 687 | 347 | 404 | 529 | 384 | 515 | 681 | 532 | 502 | 645 | 441 | 670
е, % | 20,1 | 45,0 | 30,0 | 38,9 | 49,8 | 40,1 | 36,3 | 56,7 | 38,3 | 31,5 | 51,5 | 26,5 | 25,5 | 58,5 | 32,5 | 44,1 | 66,7 | 38,2
Ест, МПа | 8,30 | 0,55 | 2,29 | 5,02 | 0,51 | 3,18 | 14,48 | 1,00 | 7,59 | 15,36 | 2,12 | 12,22 | 10,12 | 1,27 | 4,19 | 2,67 | 1,01 | 5,47
Ед, МПа | 17,14 | 5,45 | 4,53 | 15,64 | 6,66 | 7,41 | 61,02 | 14,81 | 17,56 | 26,50 | 11,58 | 34,36 | 13,83 | 5,49 | 9,42 | 4,95 | 3,82 | 4,19
0,78 | 0,98 | 0,90 | 0,84 | 0,72 | 0,98 | 0,70 | 0,46 | 0,47 | 0,16 | 0,14 | 0,14 | 0,29 | 0,23 | 0,12 | 0,11 | 0,29 | 0,58
*) О – основа; У – уток
Характер розподілу поля динамічного модуля пружності (=4,95ч61,02 МПа) співпадає з характером розподілу показників умовно-миттєвого модуля (Ест=2,67ч15,36 МПа), хоча кількісно вони дещо перевищують відповідні показники умовно-миттєвого модуля. Це можна пояснити неоднаковими умовами випробування (при динамічних випробуваннях маса стрижня-вантажа дорівнює 0,0407 кг). Слід звернути увагу на суттєві розходження в показниках декременту затухання. Так для тканин IV, V він виявився найменшим (= 0,12ч0,29) у той час, як для інших тканин його значення коливається в межах =0,7ч0,98. Це дає підставу припустити, що вибрані предмети досліджень мають істотні структурні відмінності, які вносять певні зміни в показники модулів пружності.
Конфігурації полів умовно-миттєвого і динамічного модулів пружності носять переважно хрестоподібний характер із максимумами як в напрямку основи, так і в напрямку утоку. Виходячи з цих даних зроблено припущення, що при виконані операцій розпрасування швів можуть бути певні відмінності в показниках силового поля залежно від показників в’язкопружних властивостей тканин по цим напрямках.
Зважаючи, що процеси ВТО деталей одягу в тій чи іншій мірі пов’язані з релаксаційними процесами, на установці “INSTRON” був визначений їх характер з урахуванням температурного впливу. Нагрівання попередньо напружених проб тканин, визначених в межах умовно-миттєвих модулів пружності, здійснювалося в термокамері з інтенсивністю 10С/хв до реальної в умовах ВТО температури Т?110–1300С. Час навантаження та час відпочинку складав 2 години. Як приклад, на рис.3 представлена релаксаційна крива деформуючого навантаження як функція часу Р = f(t), яка характеризує еволюцію попереднього напруженого стану тканини V при нагріванні та охолодженні в межах визначеного на рисунку часу.
Рис.3. Залежність Р = f(t) костюмної тканини V (по основі) при нагріванні та охолодженні.
Виходячи з того, що подібний характер релаксаційних кривих мають і інші тканини, слід констатувати, що в залежності від напрямку дії навантаження (основа, кут 450, уток) при нагріванні досліджуваних матеріалів до Т=95 – 1300С напруга зменшується в 6 – 12 разів.
При цьому зворотній релаксаційний процес після завершення нагрівання являється не суттєвим, що свідчить про певну структурну перебудову тканин і накопичення пластичної складової, за рахунок чого створюються передумови отримання стійкого технологічного ефекту та можливість реалізації процесів ВТО при значно менших навантаженнях.
Визначення показників жорсткості здійснювалося за двома методами (розд.2) консольно-безконтактним на приладі ПТ – 2 [ГОСТ 10550-93] та консольно-контактним на вдосконаленому пристрої ПВЖЗ (рис. 2, в) для визначення показників жорсткості щодо згинання під впливом температури в діапазоні Т=20 – 1300С.
Аналіз отриманих даних (табл.3, табл.4) показав на наявність певної закономірності показників жорсткості при температурі Т= 20±20С та специфічну особливість їх зміни при нагріванні.
Таблиця 3.
Показники жорсткості щодо згинання EI костюмних тканин
Жорсткість щодо
згинання, | Напрямок розкрою проб | Умовне позначення тканини
І | ІІ | ІІІ | ІV | V | VІ
EI, мкНЧсм2 | О | 2698,5 | 6594,1 | 4598,5 | 1787,3 | 2241,7 | 1749,2
450 | 1790,3 | 3107,4 | 2222,5 | 629,9 | 1848,9 | 1386,9
У | 1453,8 | 3086,8 | 1455,0 | 1787,3 | 2181,1 | 1728,6
Встановлено, що костюмні тканини ІІ, ІІІ мають більшу жорсткість щодо згинання по основі, в той час, як інші тканини (ІV – VІ) характеризуються близькими по величині показниками жорсткості по основі і утоку. Така ж тенденція простежується в цих показниках по утоку і під кутом 450 у тканин І – ІІІ.
Таблиця 4.
Показники жорсткості щодо згинання костюмних матеріалів
Умовне позна-чення тканини | Температура T, 0С
20 | 30 | 50 | 70 | 90 | 110
Жорсткість щодо згинання G, мкНЧм | I | О | 13,60 | 12,51 | 10,84 | 7,95 | 6,05 | 4,66
450 | 6,83 | 6,83 | 6,00 | 3,33 | 1,37 | 0,91
У | 5,98 | 5,21 | 4,52 | 3,60 | 2,81 | 2,15
II | О | 18,59 | 17,59 | 16,15 | 13,10 | 8,82 | 7,35
450 | 13,42 | 13,02 | 10,75 | 8,45 | 7,30 | 6,26
У | 15,09 | 14,65 | 13,80 | 11,07 | 8,73 | 6,75
III | О | 23,06 | 19,12 | 15,25 | 12,28 | 10,64 | 6,60
450 | 10,12 | 8,14 | 5,18 | 4,44 | 3,47 | 2,91
У | 5,63 | 5,23 | 4,48 | 3,81 | 2,68 | 2,21
IV | О | 5,41 | 5,09 | 5,09 | 4,64 | 4,35 | 2,65
450 | 2,54 | 2,54 | 2,54 | 2,35 | 2,09 | 1,61
У | 4,91 | 4,91 | 4,91 | 4,46 | 4,05 | 2,63
V | О | 12,65 | 12,04 | 11,16 | 10,60 | 9,53 | 5,79
450 | 6,82 | 6,62 | 6,42 | 6,22 | 5,66 | 3,47
У | 9,78 | 9,78 | 9,27 | 9,02 | 8,07 | 4,16
VI | О | 9,58 | 9,04 | 8,53 | 7,80 | 6,68 | 3,39
450 | 6,19 | 5,99 | 5,79 | 4,54 | 3,92 | 1,89
У | 7,39 | 7,39 | 6,95 | 5,53 | 5,35 | 3,45
Слід зауважити, що вказані особливості зміни показників жорсткості притаманні обом методам, але консольно-контактний метод забезпечує більш рельєфну картину показників жорсткості по відповідним напрямкам розкрою проб.
Перевага цього методу підтверджується результатами, наведених в табл.4. Встановлено, що суттєве зменшення жорсткості щодо згинання G костюмних тканин (в 1,6 – 7,5 рази) особливо помітне при нагріванні тканин до температури Т=90 – 1100С. При цьому найбільш пружними виявилися тканини ІІ, ІІІ, V, серед яких особливе місце займає тканина ІІ, для якої характерним є близькість показників G по основі, утоку і під кутом 450.
Виходячи з наведених даних зроблено припущення, що найбільшу складність при розпрасуванні швів, в першу чергу, слід чекати при використанні тканин з високими показниками жорсткості, які в значній мірі залежать від поверхневої густини та кількості ниток на 100 мм, методу оздоблення тощо. Це підтверджують дані табл.5, в якій наведені рангові місця розташування тканин в залежності від рівня структурних, в’язкопружних характеристик та показників жорсткості щодо згинання. Як видно з наведених даних (табл.5) між показниками модулів пружності Ест, Ед, з однієї сторони, та
жорсткості щодо згинання EI, G, з другої сторони, відсутня чітка залежність, але між показниками EI і G існує тісний зв'язок.
Таблиця 5.
Рангові місця костюмних тканин за структурними, в’язкопружними характеристиками і показниками жорсткості щодо згинання
Найменування
показника | Напрямок розкрою проб | Місце розташування тканини за показниками (від більшого до меншого)
Товщина, мм | II>I, V, VI>III>IV
Поверхнева густина, г/м2 | II>III>I>VI>V>ІV
Кількість ниток на 100 мм | О | IIІ>II>I>ІV>V>VІ
У | I>IIІ>ІV>II>VІ>V
Коефіцієнт незминальності, % | О | I>V>VІ>II>IIІ>ІV
450 | V>IIІ>II>ІV>I>VІ
У | I>IIІ>II>VІ>V>ІV
Розривальнене зусилля Рр, Н | О | II>IIІ>V>VІ> ІV>I
450 | V>VІ>ІV>IIІ>ІI>І
У | VІ>ІV>V>IІ>ІІI>І
Умовно-миттєвий модуль пружності Ест, МПа | О | IV>III>V>I>II>VI
450 | IV>V>VI>III>I>II
У | IV>III>VI >V>II>I
Динамічний модуль
пружності Ед, МПа | О | III> IV>I>II>V>VI
450 | III> IV>II>V>I>VI
У | IV>III>V>II>I>VI
Жорсткість щодо згинання EI, мкНЧсм2 | О | II>III>I>V>IV>VI
450 | II>III>V>I>VI>IV
У | II>V>VI>IV>III>I
Жорсткість щодо згинання GТ=200С, мкНЧм | О | III>II>I>V>IV>VI
450 | II>III>I>V>VI>IV
У | II>V>VI>I>III>IV
Жорсткість щодо згинання GТ=1100С, мкНЧм | О | II>III>V>I>IV>VI
450 | II>V>III>VI>IV>I
У | II>V>VI>IV>III>I
Виходячи з цього слід вважати, що для процесів ВТО (операцій розпрасування, запрасування, загинання) в якості вихідної бази даних слід використовувати показники жорсткості щодо згинання в умовах температурного впливу, а для оцінки експлуатаційної надійності виробів – динамічні характеристики.
В четвертому розділі, на основі попередньо проведеного аналізу конструкції швів, визначені величина припусків на шов (10 мм) та основні вимоги до оцінки якості (кута прилягання в та відновлення б). Дослідження процесів розпрасування швів здійснювалось на оригінальних експериментальних установках при використанні статичних та динамічних методів навантаження в умовах впливу температури та пропарювання.
На першому етапі досліджень визначалось мінімальне навантаження, при якому кут прилягання в>1800. Це дало можливість визначити величину сили супротиву згинанню досліджуваних предметів, які в подальшому використовувались при визначенні особливостей деформування припусків на шов в умовах гігротермічного впливу. Для вирішення цих задач в роботі використовувалась запропонована нами фізична модель процесу розпрасування шва (рис.4). Результати впливу ступеневого нагрівання швів, температура яких визначалась за допомогою вимірювача температури ИТ – 5 з похибкою ±2,50С, представлені на рис.5.
Рис.4. Модель процесу розпрасування шва:
а – вихідне положення припусків на шов;
б, в, г – положення припусків на шов при відповідному навантаженні Р1, Р2, Р3;
l – величина припуску на шов, мм;
в – кут прилягання припуску на шов, 0;
h1, h1/ – відповідно відстань строчки до поверхні до і після навантаження, мм.
Рис.5. Залежність для костюмної тканини V(загинання зразків по основі).
Як видно із наведених даних, з підвищенням температури до 1000С повне прилягання швів (в=5–100) забезпечується при навантаженні на порядок меншими в порівнянні з даними, отриманими при Т=200С. При цьому встановлено (табл.6), що величина кута прилягання залежить як від температури, так і навантаження: найменші значення кутів прилягання (в =4 – 90) досягаються при Т=1100С та Р=0,8 кПа.
Таблиця 6.
Залежність для костюмних тканин
Показники температури та навантаження | Величина кута прилягання в, 0
Умовне позначення тканини
І | ІІ | ІІІ | ІV | V | VІ
О | У | О | У | О | У | О | У | О | У | О | У
Т=200С, Р=0,2 кПа | 17 | 14 | 25 | 19 | 17 | 16 | 13 | 13 | 18 | 17 | 15 | 13
Т=1100С, Р=0,2кПа | 10 | 8 | 16 | 13 | 13 | 12 | 7 | 8 | 13 | 9 | 9 | 10
Т=1100С, Р=0,8кПа | 5 | 4 | 9 | 6 | 6 | 6 | 4 | 4 | 6 | 4 | 4 | 4
Слід зауважити, що найбільший супротив розпрасуванню чинили тканини ІІ, ІІІ, V, що узгоджується з показниками жорсткості щодо згинання. Дещо незакономірним, на перший погляд, носять дані кута прилягання (в=170) для тканини І. На наш погляд в даному випадку такі дані обумовлені найбільшим серед досліджуваних тканин показником незминальності (85,4 – 91,2%).
З метою визначення характеру зміни кута прилягання в під впливом факторів Р, Т, G були проведені дослідження в рамках реалізації Плану В3. Математична обробка результатів експерименту здійснювалась з застосуванням умовно безкоштовної програми “Star”. На її основі були отримані адекватні трьохфакторні математичні моделі (Фе=0,35ч2,07<Фтабл=2,29ч2,45) (табл.7).
Таблиця 7.
Математичні моделі залежності кута прилягання в =f(Р, Т, G )
Умовне позна-чення тканини | Трьохфакторні математичні моделі в кодованому вигляді
І | О | У = 8,42-1,9х1-2,8х2-0,58х12+0,75х1х2+1,75х22-0,42х33
У | У = 5,88-0,6х1-2,27х2+0,79х12+0,33х1х2+0,125х22+0,13х33
ІІ | О | У = 11,9-1,33х1-3,63х2+0,42х12+1,58х22-0,25х33
У | У = 9,44-1,2х1-3,23х2-0,6х12+2,56х22-0,77х33
ІІІ | О | У = 5,98-1,5х1-2,5х2+0,69х12+0,54х1х2+1,02х22+0,35х33
У | У = 6,0-1,9х2-0,5х12-0,25х1х3+0,67х22-0,00019х33
ІV | О | У = 5,94-1,6х1-2,0х2+1,4х12+0,7х22-0,3х33
У | У = 6,04-1,5х1-1,7х2+1,1х12+1,1х22-0,5х33
V | О | У = 9,3-0,97х1-2,87х2-0,6х12-0,29 х1х3+0,9х22+0,23х33
У | У = 6,65-0,93х1-2,67х2-0,81х12+1,85х22-0,15х33
VІ | О | У = 7,3-1,23х1-2,5х2-0,42х12+1,42х22-0,25х33
У | У = 6,13-1,1х1-2,4х2-0,27х3+0,54х12+0,42х1х2+1,21х22-0,13х33
Результати дослідження показали, що для костюмних матеріалів найменший кут прилягання в забезпечується при Р=0,8 кПа, Т=1100С, G=2 – 7 мкНЧм і складає 4 – 90. При цьому мінімальне навантаження, яке необхідне для здолання опору костюмних тканин щодо згинання при Т=1100С, складає Р=0,8 кПа. Разом з тим отримані при цьому значення кутів відновлення перевищують рекомендовану величину б ? 230. Зважаючи на це, виникла необхідність додаткових дослідженнях, в яких був задіяний фактор впливу пари на процес розпрасування швів.
Для визначення мінімального навантаження, при якому кут відновлення б був в межах б?230, костюмний матеріал пропарювався, нагрівався до температури Т=1100С і навантажувався 0,8, 1,2, 1,6, 2,0 кПа (рис.6).
Рис.6. Схема процесу розпрасування шва при визначенні кута відновлення б:
а– припуск на шов в процесі ВТО;
б – положення припусків на шов після завершення процесу ВТО.
Пропарювання здійснювалося через щілину в подушці пресу, довжина якої відповідала довжині проби (50 мм). Для пропарювання використовувався парогенератор типу SPR-MN 2002 фірми “SILTER”, який забезпечує тиск пари на рівні 0,2 – 0,35 МПа (2 – 3,5bar). Час пропарювання встановлювався на основі попередньо визначеної температури в зоні шва Т=1000С.
Після завершення пропарювання здійснювався, протягом tс=1хв, процес сушки шва при нагріванні до Т=1100С. На основі цих даних був встановлений раціональний час пропарювання (tпр=3с), достатній для отримання необхідного технологічного ефекту. Величина кута відновлення б визначалась за допомогою кутоміра УШ – 1 безпосередньо після зняття навантаження та після 24 годин знаходження зразків в нормальних умовах. Отримані результати представлені в табл.8.
Аналіз даних (табл.8) показав, що досягнення нормативного показника б, забезпечується при різних рівнях навантаження і відрізняється, відповідно по основі і по утоку, в 2,4 і 1,9 рази. Отриманні дані дають підставу вважати, що необхідне мінімальне навантаження, при якому досягається рекомендований кут відновлення б для досліджуваних “складних” костюмних тканин, не повинне перевищувати 1,9 кПа по основі і 1,5 кПа по утоку.
Таблиця 8.
Показники мінімального навантаження на шов костюмних тканин при яких забезпечується рекомендований кут розпрасування (б ? 230) |
Напрямок
розкрою проб | Умовне позначення тканини
І | ІІ | ІІІ | ІV | V | VІ
Навантаження,Р, кПа | О | 1,9 | 1,7 | 1,6 | 0,8 | 1,7 | 0,13
У | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 0,8 | 1,5 | 0,8
Дослідження процесів розпрасування швів при застосуванні динамічних методів навантаження здійснювалося на установці УВФДО. В зв’язку з тим, що постійне магнітне поле створюється за рахунок двох постійних магнітів, виникла необхідність визначення полярності їх розташування по відношенню до електромагнітного пуансона (ЕП).
Рис.7. Розташування постійних магнітів за однойменними полюсами.
Отримані результати показали, що раціональним являється однойменне за полюсами розташування постійних магнітів (рис.7). Інші варіанти використовувати не доцільно, так як не спостерігається “чистий” ефект динамічного навантаження. Тому в подальших дослідженнях використовується тільки однойменне розташуванням постійних магнітів.
З метою визначення амплітуди ЕП і вхідних факторів експерименту процесу вібророзпрасування на установці УВФДО, з допомогою комплексу вимірювального обладнання, яке включає ватметр типу Д539 (точність вимірювання ±1 Вт), вимірювач температури ИТ – 5(±2,50С), електронного омметру UNI-T M 890G (точність ±0,2 Ома), електронний секундомір та спеціально виготовленого пристрою для вимірювання величини амплітуди фотометричним методом, попередньо були визначені:
- вплив температури на амплітуду електромагнітного пуансона (ЕП) (А=f(T)) при різних частотах навантаження на деталь, положенні верхнього постійного магніту (його відсутності) та напрузі;
- вплив температури на опір ЕП (R=f(T)) та на потужність ЕП (P=f(T)) при різній напрузі на вході ЕП;
- залежність температури нагрівання ЕП (Т=f(t)) при різних частотах навантаження на деталь та напрузі.
Отримані результати досліджень показали, що амплітуда коливань ЕП (А) під впливом температури (Т) зменшується в 2 – 3 рази, опір (R) – збільшується на 5,2 Ома. В зв’язку з цим, в залежності від величини вхідної напруги (U=100 В, 135 В, 170 В), потужність ЕП (Р) зменшується на 11 – 24 Вт. Одночасно з підвищенням напруги і частоти ЕП час нагрівання ЕП зменшується: при U=100 В, л=7, 14, 21 Гц час нагрівання ЕП до температури Т=1200С в середньому становить tср=61с, а при U=170 В, л=7, 14, 21 Гц – tср=32с.
З метою стабілізації амплітуди на заданому рівні проведені додаткові дослідження, в яких напруга змінювалася в ручному режимі, за рахунок чого підтримувалася на відповідному рівні потужність ЕП. Стабілізація на заданому рівні величини потужності при підвищенні температури ЕП досягалась за рахунок синхронного збільшення напруги на 25 – 30 В.
При урахуванні вказаних вище особливостей роботи УВФДО, її роботу необхідно адаптувати до потреб виробництва (такту потоку, інтенсивності завантаження обладнання тощо). При цьому робота УВФДО може здійснюватися:
- без засобів компенсації втрат потужності при нагріванні ЕП;
- з застосуванням засобів компенсації втрат потужності (стабілізації амплітуди на одному рівні) або її збільшення (зменшення) на кінцевому етапі обробки.
З урахуванням особливостей роботи установки УВФДО були проведені дослідження процесів розпрасування швів без засобів компенсації втрат потужності при нагріванні ЕП.
Варійованими (вхідними) факторами експерименту були обрані відстань між верхнім постійним магнітом та ЕП – hв = 32 мм; 47 мм; 62 мм і частота навантаження л=7 Гц; 14 Гц; 21 Гц. При цьому амплітуда ЕП при вказаних частотах навантаження і відстані між верхнім постійним магнітом та ЕП, а також при вхідній напрузі (U=170 В, 135 В, 100 В) становить відповідно 7,2 – 24,0 мм; 0,5 – 2,8 мм; 0,5 – 2,3 мм.
Математична обробка результатів експерименту (план В2) здійснювалась з застосуванням умовно безкоштовної програми “Star”, що дозволила отримати двохфакторні математичні моделі, адекватні досліджуваному процесу (Фе=0,22ч2,81<Фтабл=2,63ч3,41) (табл.9), та їх графічні зображення (рис.8, рис.9).
Таблиця 9.
Математичні моделі залежності кута відновлення б = f (h, л )
Умовне позна-чення тканини | Артикул | Двохфакторні математичні моделі
в кодованому вигляді
І | 24248 | О | У = 19,7+2,0х1+1,1х2-0,3х12+1,1х22
450 | У = 14,1+0,5х1+0,6х2-0,1х12-0,3х22
У | У = 18,7+0,8х1+0,5х2+0,2х12+0,2х22
ІІ | 31052 | О | У = 15,3-0,9х12-0,4х22
450 | У = 13,1+0,8х1-0,6х12-0,4х1х2-0,3х22
У | У = 13,2+0,8х1+0,5х2-0,6х12-0,4х1х2-0,2х22
ІІІ | 66004 | О | У = 18,1+1,0х1+1,7х2+0,1х12-0,3х22
450 | У = 12,8+0,5х1+1,1х2+0,2х12-0,2х22
У | У = 12,1+1,04х1+1,5х2-0,8х12-1,1х22
ІV | 66099 | О | У = 5,9+0,5х1+0,8х2+0,1х12+0,4х22
450 | У = 4,9+0,3х1+0,9х2+0,1х12+0,7х22
У | У = 4,9+0,8х1+0,9х2+0,7х12-0,6х1х2+0,8х22
V | 2905 | О | У = 11,2+1,0х1+1,1х2+0,7х12-0,4х1х2+0,2х22
450 | У = 4,1+1,0х1+0,8х2+1,4х12-0,8х1х2+1,6х22
У | У = 5,8+0,71х1+0,96х2+1,4х12+0,6х22
VІ | 20043 | О | У = 5,9+0,5х1+1,04х2+1,1х12+0,5х22
450 | У = 5,9+0,8х1+1,1х2+0,4х12-0,4х1х2+0,3х22
У | У = 6,06+0,5х1+0,96х2+0,94х12+0,4х22
Аналіз показав, що в більшості
