Розвиток наукових основ та інженерних методів проектування заданих властивостей текстильних матеріалів

53

Размещено на http://allbest.ru

Автореферат

дисертації на здобуття

наукового ступеня доктора технічних наук

Розвиток наукових основ та інженерних методів проектування заданих властивостей текстильних матеріалів

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

текстильний матеріал пряжа

Головною проблемою, яку сьогодні має вирішувати текстильна промисловість України - це забезпечення споживчого ринку текстильними матеріалами високої якості, за умови зменшення енерго- та працевитрат і виготовлення конкурентоздатних текстильних матеріалів із заданими експлуатаційними властивостями з використанням наукових методів та сучасних інформаційних технологій.

Актуальність теми. Тканини та тканні вироби побутового і технічного призначення після технологічних процесів їх виготовлення повинні мати найбільш раціональні параметри і структуру для подальшого проведення процесів опорядження, мати відповідні експлуатаційні властивості, що дозволить надійно і довгостроково виконувати їм свої функції згідно призначення.

При розробці тканин доцільно мати математичні моделі впливу технології на експлуатаційні властивості та параметри структури тканин. Такі моделі дають можливість прогнозувати значення параметрів структури й характеристики експлуатаційних властивостей, оптимізувати ці параметри й характеристики відповідно до заданих вимог. Застосування математичних моделей істотно скорочує час на розробку текстильних матеріалів, заощаджує фінансові і трудові ресурси, дає можливість значно підвищити їх якість. У перспективі математичні моделі, які описують структуру і експлуатаційні властивості тканин, служитимуть основою для створення загальної комп'ютерної системи текстильного виробництва.

Тема роботи пов'язана з проблемою проектування властивостей текстильних матеріалів, яка складається з двох наукових завдань зворотної ідентифікації: визначення експлуатаційних властивостей тканин, що виготовляються з пряжі з наперед відомими фізико-механічними властивостями та корегування фізико-механічних властивостей пряжі згідно до аналізу потрібних експлуатаційних властивостей тканин.

Сьогодні проблема виготовлення текстильних матеріалів заданої якості по всьому технологічному ланцюжку від сировини до виробу охоплює лише окремі технологічні переходи. Для повного вирішення цієї проблеми потрібні нові підходи.

Дотепер ця проблема розглядалася за допомогою системного аналізу окремих технологічних операцій, що не дає можливості одержати цілком адекватні відповіді на всі питання, які виникають при встановленні взаємозалежності якості продукції від технології, устаткування та їх взаємодії. За допомогою комп'ютерних технологій вирішені окремі питання, такі, як знаходження кількісних характеристик можливого впливу технологічних параметрів на якість текстильних продуктів.

Але це не вирішує проблеми вцілому. Немає науково-обґрунтованої теорії управління та прогнозування якості текстильних виробів від сировини до готової продукції. Мобільне рішення прямої та зворотної задач дасть можливість оперативно реагувати на швидкі зміни попиту конкурентоспроможної продукції.

У зв'язку з цим, технологію виготовлення текстильних матеріалів було розглянуто від процесів формування пряжі до процесів виготовлення тканини.

З огляду на ці обставини, подальший розвиток наукових основ та інженерних методів проектування заданих властивостей текстильних матеріалів, визначення закономірностей впливу різних технологічних та механічних властивостей пряжі на виготовлення кінцевих продуктів, впливу конструктивних параметрів устаткування на експлуатаційні показники товарів текстильної промисловості та розробка принципово нових методів розрахунку і проектування технологічних процесів є актуальним і своєчасним.

Вирішення цих завдань вимагає нових теоретичних підходів, які максимально будуть враховувати зв'язок між технологією та устаткуванням для виготовлення текстильних матеріалів.

Дисертація спрямована на створення теоретичної і експериментальної бази, що необхідні при вирішенні завдань проектування й виготовлення текстильних матеріалів із заданими експлуатаційними властивостями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота проведена згідно з напрямом наукових досліджень Київського національного університету технологій та дизайну, затверджених наказом МОН України: № 633 від 05.11.2002 р., і входить до складу наукових розробок за темою 6.26 ДБ «Теоретичні основи створення альтернативних, ресурсозберігаючих технологій формування різних за архітектурою просторових оболонок деталей одягу з текстильних матеріалів» № 0103U000851; № 732 від 27.10.2006 МОН України - за темою 16.07.09 ДБ «Теоретичні та експериментальні дослідження бар'єрних текстильних композитів для захисту людини та оточуючого середовища» №0109U002472; №1043 від 17.11.2008 за темою №16.02.15 ДБ «Теоретичні основи технологій формування текстильних та шкіряних виробів з урахуванням анізотропії та в'язко-пружних властивостей матеріалів» №0109U002467.

Мета і завдання досліджень. Метою дослідження є розвиток наукових основ та інженерних методів проектування властивостей текстильних матеріалів для вирішення важливої науково-прикладної проблеми - проектування та виготовлення текстильних матеріалів з заданими властивостями, спираючись на науково обґрунтовані математичні методи прогнозування параметрів структури та експлуатаційних властивостей пряжі і тканин на підставі технологічних параметрів їх виробництва та конструктивних параметрів устаткування.

Для досягнення мети поставлено й вирішено наступні задачі:

- науково обґрунтувати механіко-математичні засади методів прогнозування властивостей текстильних матеріалів відповідно до технології їх виготовлення;

- розробити методи прогнозування структури й експлуатаційних властивостей текстильних матеріалів та на їх засаді побудувати математичні моделі ймовірностей впливу технологічних факторів та конструкційних параметрів устаткування на технологію виготовлення текстильних матеріалів із заданими властивостями;

– встановити та науково обґрунтувати взаємозв'язок впливу технологічних факторів та конструкційних параметрів устаткування на технологію виготовлення текстильних матеріалів із заданими властивостями на кожному технологічному переході;

– на підставі розроблених методів побудувати математичні моделі впливу технології на експлуатаційні властивості текстильних матеріалів;

- визначити основні критерії впливу факторів на експлуатаційні властивості тканини в процесі її формоутворення на основі фізико-механічних характеристик основних та утокових ниток;

- розробити алгоритм технологічного процесу виготовлення тканини заданого переплетення з використанням інформаційних технологій;

- розробити алгоритм прогнозування основних параметрів технологічного процесу виготовлення пряжі з застосуванням інформаційних технологій;

- виконати прогнозування параметрів структури та експлуатаційних властивостей текстильних матеріалів, та експериментально перевірити основні теоретичні положення дисертаційної роботи;

- впровадити результати досліджень у виробництво.

Об'єкт дослідження - технологія виготовлення текстильних матеріалів із заданими експлуатаційними властивостями з урахуванням сировинного складу, будови та структури матеріалів.

Предмет дослідження - розвиток наукових основ та інженерних методів проектування заданих властивостей текстильних матеріалів.

Методи дослідження. Дисертація включає в себе розвиток теоретичних основ та інженерних методів проектування заданих властивостей текстильних матеріалів, розробку та модернізацію устаткування для виготовлення виробів, експериментальну перевірку основних положень роботи, розробку технологічних регламентів процесу виготовлення пряжі заданої якості та виробничу апробацію і впровадження результатів дослідження, що і є цінністю роботи.

Визначені в дисертаційній роботі проблема та поставлені задачі вирішувалися з використанням традиційних і сучасних теоретичних та експериментальних методів дослідження, що дало можливість досягти основних результатів роботи та підтвердити їх вірогідність.

У теоретичних дослідженнях використані методи аналізу та синтезу, системного підходу до аналізу технологічних систем, які розглядалися; методи диференціального та інтегрального числення; основні положення причинно-наслідкового методу бінарної теорії інформації; теоретичні основи фундаментальних наук, у тому числі основи теорії технології прядіння і ткацтва; теорії в'язко-пружності, теоретичної механіки, механіки нитки, аналітичної та нарисної геометрії; теорії ймовірності; математичної статистики, регресійного та кореляційного аналізу; чисельних методів з використанням комп'ютерних технологій.

Конструкторські розробки здійснювалися на основі застосування діючих стандартів, існуючих методів проектування з використанням сучасної вимірювальної техніки.

Експериментальні дослідження проводилися з використанням активних експериментів, устаткування та сучасних методів визначення властивостей матеріалів, результати яких оброблялися із застосуванням методів аналізу, математичної статистики, теорії ймовірності, регресивного та кореляційного аналізів. Для оцінки кількісної та якісної сторін технологічних процесів виготовлення текстильних матеріалів використовувалося оригінальне обладнання.

Обробка результатів експериментальних досліджень проводилася у середовищі математичної системи Mathcad 2000 на стандартному ІВМ -сумісному персональному комп'ютері.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у розвитку наукових основ і інженерних методів проектування та розробці технології виготовлення текстильних матеріалів із заданими властивостями на основі комплексних досліджень в області прогнозування та управління їх фізико-механічними і експлуатаційними властивостями, що дає можливість підвищити ефективність виробництва та якість і конкурентоздатність продукції.

При цьому:

– запропоновано сучасну концепцію щодо закономірностей зміни якісних властивостей текстильних матеріалів в процесі прядіння та ткацтва;

– вперше при використанні методу причинно-наслідкових зв'язків вирішені проблеми залежності властивостей текстильних матеріалів від технологічних параметрів технологічного процесу протягом всього технологічного циклу та без проведення великого практичного експерименту; встановлено основні залежності між технологічними параметрами устаткування, фізико-механічними параметрами вихідної сировини та заданими властивостями текстильного продукту, що виготовляється;

– вперше одержано емпіричні залежності щодо характеру та механізму зв'язків між факторами, які максимально впливають на якість текстильних матеріалів, що дало можливість побудувати теорію для керування та прогнозування поведінки системи «сировина-пряжа-тканина», яка досліджувалася, у множині ситуацій з достатнім рівнем надійності;

– розроблено аналітичні залежності фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів від параметрів устаткування та параметрів сировини;

– вперше у практиці виготовлення текстильних продуктів аналітично вирішені питання отримання текстильних матеріалів з наперед заданими властивостями з анізотропних матеріалів;

– вперше при використанні математичного апарату отримані основні математичні співвідношення, які описують еволюційні зміни анізотропії текстильних матеріалів, що дає можливість прогнозувати властивості кінцевого продукту та здійснювати керування параметрами технологічного процесу;

Новизна отриманих результатів підтверджена п'ятьма патентами України на способи і пристрої виготовлення текстильних матеріалів, а також авторським правом на інтелектуальну власність - комп'ютерної програми «Inverweaving» - проектування переплетення тканини та розробкою програми «Reazon-consequence», що дає можливість визначати значимість факторів, які впливають на якість продукції.

Практичне значення одержаних результатів. На основі розробленої теорії отримано співвідношення між технологічними та конструктивними параметрами устаткування, що дає можливість визначити найбільш раціональні технологічні параметри процесу виготовлення текстильних матеріалів із заданими властивостями;

– використані у роботі методи та способи оцінювання в'язко-пружних властивостей текстильних матеріалів дозволяють розширити інформаційну базу даних цих показників та використовувати її при виготовленні тканин та пряжі з заданими властивостями;

– розроблено авторську інформаційну програму обчислення за методом причинно-наслідкових зв'язків бінарної теорії інформації, що дає можливість задаватися необхідними параметрами технологічного процесу для виготовлення текстильних матеріалів із заданими властивостями, без проведення додаткового експерименту;

– згідно проведених теоретичних досліджень розроблено та запатентовано технологію виготовлення змішаної льоно-віскозно-нітронової пряжі лінійної густини Т=31х2 текс для виготовлення трикотажних виробів із суміші лляного котонованого волокна (20%), віскози (30%), нітрону (50%);

– згідно проведених теоретичних досліджень розроблено та впроваджено у виробництво технологію виготовлення змішаної льоно-нітроно-бавовняної пряжі лінійної густини Т=25 текс, Т=31 текс із суміші лляного котонованого волокна (20%), віскози (30%), бавовни (50%);

– згідно проведених теоретичних досліджень розроблено та впроваджено у виробництво технологію виготовлення нітронової пряжі лінійної густини Т=25 текс, Т=31 текс для виготовлення трикотажних виробів із суміші лляного котонованого волокна (20%), віскози (30%), бавовни (50%);

– згідно теоретичних досліджень розроблено та впроваджено у виробництво дослідно-промислову лінію по виготовленню нітронової пряжі лінійної густини Т=42х2 текс (Тр-02-04);

– розроблено та запатентовано нову конструкцію мотального механізму для хрестомотальної машини, що дало можливість зменшити обривність пряжі на 20%;

– розроблено та запатентовано нові конструкції пари кільце-бігунок для прядильних та крутильних машин, що дало можливість зменшити обривність на цих машинах на 8%;

– розроблено авторську інформаційну програму «Переплетення», що дає можливість задавати необхідні параметри переплетень тканин згідно з завданням, для одержання необхідного дизайнерського ефекту при виробленні нового асортименту тканин;

– розроблено та запатентовано ультразвуковий товщиномір, який дає можливість контролювати якість тканини за поверхневою густиною в умовах виробництва.

Матеріали дисертаційної роботи впровадженні на підприємствах України у містах Київ, Черкаси, Краматорськ, у навчальному процесі та включені в робочі програми курсів «САПР в проектуванні тканин», «Розрахунок та конструювання текстильних машин» тощо в провідних текстильних вузах країни для студентів спеціальності 6. 091803 - “Прядіння натуральних та хімічних волокон» .

Результати одержаних розробок дали можливість суттєво підвищити ефективність виготовлення текстильних матеріалів, розширити асортимент продукції, що виробляється. Впровадження розробленої змішаної льоно-нітроно-віскозної пряжі на трьох підприємствах України дало можливість одержати економічний ефект 355,82 тис. грн..

Впровадження авторських конструкцій для текстильних машин дало можливість скоротити обривність пряжі.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці ідей, теми дисертації, вирішенні основних теоретичних та експериментальних задач, які поставлені в роботі. Автором обґрунтовано гіпотезу, обрано об'єкт та предмет дослідження, проведені аналітичні та експериментальні дослідження процесів виготовлення текстильних матеріалів та устаткування.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертації були представлені та отримали позитивну оцінку на 17 наукових конференціях й семінарах, з яких 11 міжнародні: Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів «Наукова діяльність молодих на переломі тисячоліть», (2002р., м. Київ); Міжнародній науково-технічній конференції присвяченій 90-річчю з дня народження Заслуженого діяча науки та техніки України професора Піскорського Георгія Августиновича. «Сучасні технології підготовки фахівців з інженерних спеціальностей», (травень 2003 року, м. Київ); Всеросійських науково-технічних конференціях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2004, Текстиль - 2006, Текстиль - 2007, Текстиль - 2008, м. Москва); Міжнародній науково-технічній конференції «Современные наукоемкие технологи и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2005), (2005р., м. Іваново); Ювілейній міжнародній конференції «Інноваційні технологій - майбутнє України», (2005р., м. Київ); VI - й Всеукраїнській науково-практичній конференції, (листопад 2006 р., м. Херсон); V-VIІ Всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених та студентів в м. Києві, (2006-2010 рр.); ІІІ Міжнародній науковій конференції «Новітні матеріали та технології в будові та експлуатації машин», (вересень 2007 р., м. Кам'янець-Подільський); Міжнародній науковій конференції «Впровадження сучасних інноваційних технологій в умовах інтеграції навчального простору України в Болонський процес», (лютий 2008 р., м. Київ); І-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції «Аспекти розвитку сучасних технологій та обладнання», присвяченій 40-річчю кафедри машин та апаратів легкої промисловості та 95-річчю з Дня народження Заслуженого діяча науки та техніки України професора Піскорського Георгія Августиновича, (квітень 2008 року, м. Хмельницький); VІ-ій Міжнародній конференції «Інформатика та механіка», (травень 2008р., м. Кам'янець-Подільський); Ювілейних міжнародних науково-технічних читаннях, присвячених 95-річчю з дня народження заслуженого діяча науки і техніки д.т.н., професора Піскорського Георгія Августиновича «Перспективи розвитку технологічного обладнання легкої промисловості та сфери побуту» (11-13 вересня 2008р., Київ); Міжвузівській науково-технічній конференції «Молодые ученые-развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2009), Іваново, Міжнародній конференції «Інтеграція освіти і науки», (жовтень 2010 р., м. Київ).

Дисертація доповідалась повністю та отримала позитивну оцінку на міжкафедральних наукових семінарах на кафедрах матеріалознавства та технології переробки текстильних волокон й кафедрі електромеханічних систем Київського національного університету технологій та дизайну; на кафедрі механічної технології текстильних матеріалів Херсонського національного технічного університету.

Публікації. Основний зміст та результати дисертації опубліковано у 79 наукових працях, з яких: монографій - 1, підручник - 1, статей у фахових виданнях - 36 (8 - без співавторів), 5 - деклараційних патентів, 1 - авторське право на інформаційну програму, тез доповідей на конференціях - 20.

Робота виконувалась на кафедрі матеріалознавства та технології переробки текстильних волокон та кафедрі електромеханічних систем Київського національного університету технологій та дизайну.

Перелік основних опублікованих робіт приведено в авторефераті.

Структура та обсяг диссертації. Дисертація складається з переліку скорочень, вступу, семи розділів з висновками, загальних висновків, додатків та списку використаних джерел. Основна частина дисертації подана на 297 сторінках друкованого тексту, з них 10 сторінок ілюстрацій, 7 сторінок таблиць; список використаних літературних джерел із 395 найменувань на 39 сторінках. Повний обсяг дисертації 360 сторінок, включаючи 31 додаток на 63 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено основні аспекти проблеми, що досліджувалася, визначено мету і задачі дослідження, наукову новизну та практичну значимість одержаних результатів.

Перший розділ присвячений аналізу літературних джерел при розгляді стану питання щодо прогнозування та управління властивостями текстильних матеріалів в залежності від технології їх виготовлення.

Удосконаленню технології виготовлення текстильних матеріалів присвячена велика кількість фундаментальних робіт вчених: Кукіна Г.М., Соловйова О.М., Гордєєва В.О., Ніколаєва С.Д., Шустова Ю.С., Мартинова О. О., Юхіна С.С., Власова П.В., Паніна І.М., Щербакова В.П., Севастьянова П.О., Севастьянова О.Г., Гордєєва В. О., Примаченко Б.М., Брохіна Ю.Ф., Степанова Г.В., Єфремова Є. Д., Мігушова І.І., Бархоткіна Ю.К., Лустгартена Н.В., Ямщікова С.В., Окса Б.С., Сухарева В.О., Чередніченка П.І., Мілашюса В.М., Башматова В.С., Шосланда Я., Масайтіса Й., Люпенштосса Й., Васильченка В.М., Мойсєєнка Ф.А., Березненка М.П., Хом'яка О.М., Піпи Б.Ф., Кострицького В.В., Щербаня В.Ю., Глубіша П.А., Чугіна В.В., Сарібєкова Г.С., Якимчука Р.П., Кльонова В.Б, Прохорової І.А., Параски Г.Б., Березненка С.М. та їх учнів.

Аналіз наукових робіт було проведено за такими основних напрямами:

- визначення залежності властивостей пряжі від властивостей нових видів сировини для виготовлення текстильних матеріалів;

- визначення залежності властивостей пряжі від технологічних процесів та устаткування, яке використовується для виготовлення текстильних матеріалів;

- визначення впливу технології на структуру текстильних матеріалів та на залежність властивостей текстильних матеріалів від напружено-деформованого стану ниток;

- аналіз впливу натягу ниток основи і утоку на ткацьких верстатах на експлуатаційні властивості тканин;

- аналіз впливу пружної системи заправлень устаткування на експлуатаційні властивості тканин;

- встановлення взаємозв'язку між технологічними параметрами, параметрами будови, конструктивними параметрами устаткування й властивостями текстильних матеріалів, що виробляються;

- аналіз та визначення раціональних параметрів технологічних процесів для проектування та виготовлення текстильних матеріалів із заданими властивостями.

Дисертація спрямована на вирішення важливої науково-прикладної проблеми - проектування текстильних матеріалів з заданими властивостями. В якості текстильних матеріалів розглянуто пряжу та тканину. Якщо пряжа розглядається як сировина для процесу ткацтва, то в роботі вона має назву «нитка».

Отже, керування експлуатаційними властивостями тканин можливе за рахунок корегування фізико-механічних властивостей пряжі. У роботі обґрунтування експлуатаційних властивостей тканин розглядається як вихідні дані для проектування фізико-механічних властивостей пряжі. А корегування фізико-механічних властивостей пряжі проводиться за результатами аналізу експлуатаційних властивостей тканин.

Наукових праць, пов'язаних з комплексним дослідженням виготовлення текстильних матеріалів із заданими властивостями, починаючи від підбору сировини, виготовлення пряжі і до отримання тканин чи трикотажу практично немає. Є ряд публікацій - в основному тези доповідей наукових конференцій. Критичний аналіз наукових досліджень показав, що проблема прогнозування та управління технологічним процесом виготовлення текстильних матеріалів заданої якості й зараз є до кінця невирішеною. Потрібно вирішити пряму та зворотну задачу управлінням якістю текстильних матеріалів на новому рівні з використанням сучасного математичного апарату.

В другому розділі приводиться опис методології експериментальних досліджень та складу й принципу дії обладнання для проведення експериментів. А саме: розглянуто методологію визначення впливу технологічних показників та конструктивних параметрів устаткування на якісні властивості текстильних матеріалів методом експертного оцінювання на кожному з технологічних переходів; причино - наслідкові зв'язки властивостей текстильних матеріалів на основі бінарної причинно-наслідкової теорії інформації; використані стандартні методики для визначення маси, розмірних та структурних характеристик тканини, визначення жорсткості при вигині та драпіруємості текстильних полотен, визначення тканин на роздирання, визначення гігроскопічності, водопроникнення та паропроникнення, релаксаційних характеристик текстильних полотен на розтягання та динамічні методи випробувань в області лінійно-грузлої пружності текстильних матеріалів.

Третій розділ присвячений аналізу та синтезу технології виготовлення пряжі.

У першому підрозділі розглядаються проблеми устаткування й механічної технології прядіння. Розглянуто проблему підвищення якості текстильних матеріалів та залежність їх властивостей від багатьох факторів.

У другому підрозділі наведена експертна оцінка впливу технологічних показників та конструктивних параметрів устаткування на якісні властивості текстильних матеріалів в процесі прядіння. За результатами експертної оцінки найбільш вагомі фактори було включено в комплекс як показники, що характеризують використання матеріалу за призначенням, так і як показники (параметри), які визначають нормальний процес переробки вихідного матеріалу (табл.1).

Таблиця 1. Фактори, які впливають на показники якості процесу виготовлення пряжі

№ п/п	Фактор	Позначення фактору
1	2	3
1	Масова частка компонентів сировинного складу продукту ( волокна)	Х1
Продовження табл. 1
1	2	3
2	Номінальна лінійна густина продукту по технологічним переходам	Х2
3	Питоме розривальне навантаження продукту	Х3
4	Коефіцієнт крутіння	Х4
5	Видовження під час розриву пряжі	Х5
6	Довжина волокна	Х6
7	Коефіцієнт варіації згідно до довжини волокна	Х7
8	Витяжка	Х8
9	Засмітченність волокна	Х9
10	Вплив швидкісних режимів устаткування	Х10
11	Вплив співвідношення швидкості робочих органів	Х11
12	Вплив розведення між робочими органами	Х12
13	Вплив гарнітури	Х13

Після попереднього відбору показників було оцінено їх вагомість, використовуючи стандартні методи, та включено у комплекс тільки найбільш значимі показники.

Проведено аналіз процесів виготовлення холсту, стрічки, рівниці, пряжі та процесів крутіння, перемотування, снування, шліхтування, що дало можливість встановити такі технологічні фактори, що максимально впливають на якість технологічних операцій, а саме:

- для розпушення, змішування, тіпання: масова частка компонентів сировинного складу пряжі, номінальна лінійна густина, питоме розривальне навантаження, засмітченність, вплив співвідношення швидкості робочих органів, подовження під час розриву, вплив робочої гарнітури, довжина волокна, коефіцієнт варіації по довжини волокна, вплив розведення між робочими органами;

- для чесання: засмітченність, вплив співвідношення швидкостей робочих органів, подовження під час розриву, вплив гарнітури, номінальна лінійна густина, питоме розривальне навантаження, довжина волокна, вплив розведення між робочими органами, масова частка компонентів сировинного складу пряжі;

- для виготовлення стрічки: номінальна лінійна густина, вплив співвідношення швидкості робочих органів, питоме розривальне навантаження, масова частка компонентів сировинного складу пряжі, подовження під час розриву, довжина волокна, витяжка;

- для виготовлення рівниці: номінальна лінійна густина, питоме розривальне навантаження, коефіцієнт крутіння, подовження під час розриву, вплив співвідношення швидкості робочих органів, масова частка компонентів сировинного складу пряжі, витяжка;

- для виготовлення пряжі: масова частка компонентів сировинного складу пряжі, номінальна лінійна густина пряжі, питоме розривальне навантаження, подовження під час розриву, коефіцієнт крутіння, довжина волокна, витяжка, тонина волокна;

- для процесу крутіння: коефіцієнт крутіння, подовження під час розриву, масова частка компонентів сировинного складу пряжі, номінальна лінійна густина пряжі, питоме розривальне навантаження;

- для процесів перемотування, снування, шліхтування: масова частка компонентів сировинного складу пряжі, питоме розривальне навантаження, номінальна лінійна густина пряжі, коефіцієнт крутіння.

Нерівнота значення показників є важливим фактором, що впливає на якість текстильних матеріалів на кожному технологічному переході. Нерівноту було враховано по кожному з факторів.

За результатами експертного оцінювання та експериментальних досліджень, було визначено технологічно-конструктивні параметри, які максимально впливають на якісні властивості текстильних матеріалів на кожному технологічному переході.

Для прогнозування заданих властивостей тканини або пряжі визначено найбільш впливові фактори на кожному з переходів технологічного процесу та особливості конструкцій устаткування для вироблення таких текстильних продуктів як холст, стрічка, рівниця та пряжа.

У третьому підрозділі наведено результати встановлення причино-наслідкових зв'язків властивостей текстильних матеріалів на основі бінарної причинно-наслідкової теорії інформації

Встановлення причинного взаємозв'язку - це встановлення визначеного узгодження множин, що знімає невизначеність задачі. Проблема ідентифікації при розгляді двох змінних х та у, між ними є причинний зв'язок, і є статистика значень, змінних, які розглядаються Х_і , Y_і, і=1,2,3,…N.

Було визначено інформацію розподілу ймовірності випадкових величин, ентропія розподілу ймовірності випадкових значень на кожному з технологічних переходів: розпушення, очищення, змішування, тіпання: Н₁>Н₂>Н₉>Н₃>Н₁₀>Н₆>Н₁₁>Н₁₂>Н₁₃; чесання: Н₁>Н₂>Н₃>Н₅> Н₆>Н₉>Н₁₁>Н₁₂>Н₁₃;виготовлення стрічки: Н₁>Н₂>Н₆>Н₇>Н₈>Н₁₀> >Н₁₂>Н₁₃; виготовлення рівниці: Н₄ > Н₆> Н₇> Н₈ > Н₁₀ > Н₁₁ > Н₁₂;

виготовлення пряжі:Н₄>Н₆>Н₇>Н₈>Н₁₀>Н₁₁>Н₁₂,Н₂>Н₃>Н₄>Н₈>Н_11.

Визначено інформацію та коефіцієнти G_ij, що надало можливість визначити коефіцієнти g_ij. Для цього складено системи рівнянь на кожному переході технологічного циклу відносно g_ij, які складаються з 9 - 36 рівнянь та побудовано оргграфи для аналізу впливу факторів на якість текстильних матеріалів.

Аналіз причинно-наслідкових зв'язків факторів проведено згідно до технологічних переходів процесу виготовлення пряжі. Для: розпушування, змішування, очищення від сміття та коротких волокон; тіпання; чесання; витягування (видовження та складання, виготовлення стрічки); виготовлення рівниці, пряжі (крутіння).

Наведено систему рівнянь для визначення коефіцієнтів для однієї з операцій технологічного ланцюжку виготовлення пряжі, а саме, операцій розпушення, очищення, змішування (1).

G12 = g12; G19 = g19 + g12 • g29; G13=g13+g19•g93+g12•g29•g93+g12•g23; G110 = g110 + g12 • g210 + g19 • g910 + g13 • g310 + g12 • g29 • g910 + + g12 • g29 • g93 • g310 + g19• g93• g310+ g12 • g29 • g93• g310; ………………………………………………………………. G1213 = g1213	(1)

На рис. 1 показано один із орієнтовних графів причинно-наслідкових зв'язків під час проходження процесів розпушення, змішування, очищення.

Рис. 1. Орієнтовний граф причинно-наслідкових зв'язків під час проходження процесів розпушення, змішування, очищення

Для кожного з технологічних переходів обрано фактори, вплив яких визначено при експериментальних дослідженнях та внаслідок експертного оцінювання.

На якісні показники текстильних матеріалів в процесі прядіння найбільший вплив мають фактори, які наведені в табл. 1. На кожному з технологічних переходів ступінь впливу цих показників змінюється. На якість пряжі, що виготовляється в процесі прядіння, згідно проведених досліджень, максимальний вплив мають фактори: сировинний склад, лінійна густина, розривальне навантаження, розривальне видовження, крутіння та співвідношення швидкостей робочих органів.

Причинно-наслідкові зв'язки при перемотування, снуванні та шліхтуванні пряжі визначено аналогічно. На якісні показники пряжі в процесах передткацтва максимально впливають такі показники: при перемотуванні - розривальне видовження ниток, швидкість робочих органів, крутіння; при снуванні - розривальне видовження, крутіння, лінійна густина, швидкість робочих органів; при шліхтуванні - швидкість шліхтування та температура сушильних барабанів, що максимально впливає на натягнення ниток та питому щільність намотування ниток.

Четвертий підрозділ присвячено розкриттю взаємозв'язку та впливу факторів на якість текстильних матеріалів, в процесі прядіння та передткацтва за допомогою математичного аналізу. Результати математичного моделювання наведено в табл. 2.

За результатами вирішення регресійних рівнянь було побудовано графіки залежності нерівноти довжини текстильних продуктів (Y₁), кількості домішків (Y₂), щільності продукту (Y₃), розривального навантаження (Y₄) від факторів (табл. 1). Рівняння регресіії згідно технологічних переходів наведено в табл. 2.

Таблиця 2. Рівняння регресії, згідно технологічних переходів

№ п/п	Технологічний перехід	Рівняння регресії
1	2	3
1	Розпушення, змішування, очищення	Y1=35,01 - 0,80x1 + 3,12x2; Y2=20,94-0,12x1+0,94x2-0,03x1x2+0,050x12-0,04x22+ +0,1х9+ +0,06х9 2; Y4 =2,81-0,70х1 +0,87x2+0,91х3 -0,03х9-0,03х1х9+ +0,04х3 2
2	Чесання	Y1=5,41-0,14х1+0,63х2-0,15х9 ; Y2=0,94+0,02x1+1,21x9-1,72x1x9 ; Y3 = 1,66 - 0,03x1 - 0,84x2 + 0,03x1х2 Y4=19,32-0,12x1+0,87x2+1,82х3-0,42x1x3+0,15х32- -3,12х10
3	Виготовлення стрічки	Y1=5,21+0,11х1 -0,14х1х2+0,15х2-0,42х11 -0,43х9 х11; Y3 = 2,75 - 0,02х1 - 0,64x2 + 0,02x1х2 Y4=18,10+1,52х2+0,78х1х2+,30х22+0,35х11-0,75х62+ +0,52х72
4	Виготовлення рівниці	Y1=1,3+0,15х6 +0,08х7 +0,01х8 -0,89х 12 +1,21х11; Y4=3,15+0,04х8+0,03х4-0,75x6+0,21x72.
5	Виготовлення пряжі	Y1=15,40+1,28х1 +0,75х2 -0,89х4 +1,31х8; Y4=19,10+2,80х3+1,953х4-0,82x11+0,08х3х8+0,77х62.
6	Перемотування пряжі	Y1=16,21+0,82х1 +0,44х5 +0,10х11+0,13х2 х5; Y4=12,75+0,93х2+0,74х5-0,09x11+1,30х5х11.

Згідно результатів попередніх досліджень, було визначено параметри, які впливають на експлуатаційні показники текстильних матеріалів.

Розроблені математичні моделі підтвердили залежність властивостей цих продуктів від обраних факторів, що підтвердило результати експертного оцінювання та розрахунки визначення впливу технологічно-конструктивних параметрів процесу прядіння за причинно-наслідковим методом. Це дає можливість прогнозувати задані властивості пряжі, тканини, трикотажу, враховуючі технологічне устаткування для виготовлення текстильних матеріалів.

У п'ятому підрозділі розглянуто аналіз дослідження експлуатаційних властивостей тканин. Основні експлуатаційні показники тканини, які забезпечують зацікавленість споживача товарами текстильної промисловості: відповідність розривального навантаження та розривального видовження вимогам подальшої експлуатації текстильного виробу; стійкість до стирання; незминальність; жорсткість; гігієнічні властивості; повітропроникність; сорбційні властивості; паропроникність; електризуємість.

Натяг основи та утоку на ткацькому верстаті, фізико-механічні властивості ниток визначають рівень обривності, будову та властивості тканини, що обумовлює якість продукції та продуктивність устаткування.

На натягнення основи та утоку має вплив велика кількість факторів: властивості ниток та їх вміст, конструкційні параметри устаткування та технологічні параметри процесу вироблення тканин.

Для дослідження впливу різних факторів на експлуатаційні властивості тканини проведено експериментальні дослідження, кількість яких визначалася для кожного з факторів з вірогіднісю 95% отримання відповідної величини.

Фактори, які максимально впливають на натягнення ниток тканини наведено в табл. 3.

Таблиця 3 Фактори, які максимально впливають на натягнення ниток основи та утоку

№ п/п	Фактор	Позначення фактору
1	Заправне натягнення ниток основи	х1
2	Параметри конструкції устаткування: величина заступу, положення скала, тощо	х2
3	Щільність ниток утоку	х3
4	Параметри конструкції устаткування: кут закручування торсійного валика, величина прогину пластини тощо.	х4

Умовне позначення та назва показників при дослідженні наведено в табл. 4.

Таблиця 4. Умовне позначення та назва показників

№ п/п/	Назва показника якості	Умовне позначення
1	2	3
1	Розривальне видовження тканини по основі, %	y1
2	Розривальне видовження тканини по утоку, %	y 2
3	Розривальне навантаження тканини по основі, Н	y 3
4	Розривальне навантаження тканини по утоку, Н	y 4
5	Стійкість тканини на стирання	y 5
6	Повітропроникність тканини	y 6
7	Упрацювання ниток по основі	y 7
8	Упрацювання ниток по утоку	y 8

Отримано наступні регресійні рівняння впливу технологічних факторів на характеристики виготовлення бавовняної тканини в кодованих величинах:

у1 = 10,10+ 0,32х1 + 0,41 х + 0,09 х х 2 - 0,31 х + 0,38 х ; у 2 = 8,67+0,38 х 3 + 0,18 х 4- 0,16 х 3 х 4- 0,35 х + 0,30 х ; у 3 = 801,26+20,10 х 1-0,87 х 2 + 0,51 х 3 -0,02 х 1 х 2 - 0, 02 х + 0,73 х1х 3 ; у 4= 49,01+0,36 х 1+0,28 х 2+0,03 х 3- 0, 12 х 1 х 2 +0,34 х - 0,31 х .	(2)

Аналіз отриманих залежностей дав можливість встановити, що на характеристики тканини максимальний вплив має заправне натягнення основи, яке враховане в рівняннях показниками х₁ та х_3.

Для з'ясування найбільш впливових факторів на якість тканини визначено вплив технологічних параметрів на характеристики ниток основи і утоку. Вплив технологічних параметрів на розривальне навантаження основи та утоку:

у1 = 6,65-0,17х - 0,12 х - 0,04 х х 2 - 0,05 х +0,29 х ; у 2=5,22+0,16 х 3+0,18 х 4+0,05 х 3 х 4 - 0,13 х ; у 3 = 545,4-18,7 х +26,0 х 2+ 0,3 х х - 19,4 х + 40,6 х ; у 4= 510,6+13,0 х 3 +21,0 х 4 +1,3 х 3 х 4 -10,6 х - 4,4 х .	(3)

Аналіз одержаних залежностей дав можливість встановити, що на характеристики ниток максимальний вплив має заправне натягнення основи, якому відповідають у рівняннях показники х₁ та х_3.

Виявлено вплив технологічних параметрів на стійкість тканини до стирання (4) та на повітропроникність тканини (5). Рівняння регресії:

у5 =1478 - 48 х-18 х - 3 х х - 77 х- 92 х.	(4)
у6 =581,3-21 х +1,9 х +14,9 х х -51,3 х -86,3 х.	(5)

Аналіз результатів досліджень дав можливість зробити висновки: на стійкість тканини на стирання максимальний вплив мають конструктивні параметри устаткування, а саме, положення скала щодо грудниці й заправний натяг основи; максимальний вплив на повітропроникність тканин має заправний натяг ниток основи.

У шостому підрозділі проаналізовано вплив будови тканини на її експлуатаційні властивості та визначено вплив технологічних параметрів на упрацювання ниток по основі і утоку в тканині.

Основною метою проектування тканини є визначення основних параметрів її будови, які забезпечують відповідність тканини призначенню, що необхідно для складання технічного розрахунку і встановлення параметрів виготовлення тканини на ткацькому верстаті.

Упрацювання ниток визначено за допомогою мікрозрізів тканини шляхом сканування їх на ЕОМ. При збільшенні кількості експериментів досягали необхідної точності вимірювань.

Рівняння регресії впливу технологічних параметрів на упрацювання ниток основи і утоку мають такий вид:

у7 =8,88-0,40 х -0,16 х- 0,20 х х+0,03 х +0,83 х; у8 =6,81+0,40 х -0,03 х+0,19 х -0,04 х -0,36 х.	(6)

Аналіз отриманих результатів досліджень дав можливість встановити, що максимальний вплив на зміну упрацювань основних і утокових ниток має заправний натяг основи. При збільшенні заправного натягу упрацювання основи збільшується, а упрацювання утоку зменшується.

У сьомому підрозділі розглянуто вплив технологічного процесу на в'язко-пружні параметри пряжі.

Як показники твердості текстильних матеріалів в роботі використано початковий модуль твердості Е₁, модуль текучості Е_Т , границю текучості Е_Т.К, та показник твердості К. Початковий модуль твердості й показник твердості дозволяють розрахувати зусилля (напруження) при будь-якій деформації (від 1 % до розривального значення ).

Результати досліджень свідчать про те, що більш інтенсивно релаксаційні процеси проходять у бавовняній пряжі ніж в нитках виготовлених з лляних та сумішевих волокон. Навантаження за 1 хвилину зменшується на 28 %. .

Визначено вплив навантаження на функції впливу при невеликому часі спостереження. За даним методом проведено дослідження та розрахунки функцій при часі спостереження рівному 1,5с для бавовняної пряжі 40, 42 та 50 тексів.

Значення функції впливу при різному характері навантаження змінювалися при сталих деформації, навантаженні та швидкості навантаження. За невеликий проміжок часу проведення експерименту, навіть при доведенні зразка до руйнування, розглянуті процеси можна з невеликим допущенням розглядати як в'язко-пружні.

Нитки основи на ткацькому верстаті випробовують більші динамічні навантаження, ніж утокові. Тому виникає потреба в оцінці їхньої працездатності.

Розглянуто ушкодження ниток в процесі ткацтва. Існують різні підходи до рішення проблеми міцності, що призвело до істотного розходження результатів згідно до методів фенологічного вивчення й описів основних закономірностей руйнування і навіть до розходження у виборі основних параметрів, які характеризують міцностні властивості продуктів.

Проведено випробування на розривальній машині із двома різними швидкостями деформування. Розрахунок пошкодження ниток основи різного сировинного складу проводився по середньому натягу основи. Аналіз результатів випробувань свідчить, що найкращі умови виготовлення тканини - при використанні в якості ниток основи бавовняній пряжі. З позиції механіки руйнування пошкоджуваність основи лляної нитки досить висока, тому цю пряжу проблематично використовувати як основу.

У четвертому розділі розглянуто теоретичні основи та структурно-механічну модель будови текстильних матеріалів.

У першому підрозділі наведено розрахунок в'язко-пружних параметрів ниток, які використовуються для виготовлення тканини. Залежність між напруженням та деформацією в текстильних нитках та тканинах включає час, тому їх вважали в'язко-пружними. Теорія спадковості в'язко-пружності матеріалів заснована на принципі суперпозиції та описує процеси деформування. В основі теорії - дві гіпотези: пружні сили залежать не тільки від миттєво отриманих зсувів, але й від попередніх деформацій, які мають тим менший вплив на них, чим більше часу пройшло з моменту попередніх деформацій; вплив отриманих у різний час деформацій матеріалів у підсумку додається.

Для текстильних матеріалів в'язко-пружний (релаксаційний) компонент деформації при різних режимах навантаження є основним, або найбільшим компонентом у складі загальної деформації. У розрахунках механічних систем з рухомими нитками, враховують в'язко-пружну деформацію, бо вона може бути достатньо великою, що істотно впливає на результати розрахунку технологічних параметрів. Роль релаксаційних властивостей пряжі (або рівня в'язко-пружного компоненту деформації) у технологічному процесі визначається через встановлення взаємозв'язку релаксаційних властивостей текстильних матеріалів з технологією їх виготовлення.

Цей процес має наступні етапи: аналіз умов здійснення технологічного процесу з позицій можливості прояву релаксаційних властивостей матеріалу, що переробляється; аналіз впливу технологічного процесу на релаксаційні властивості готового текстильного продукту і на його споживчі якості; визначення можливості керування властивостями матеріалу в технологічному процесі.

Згідно з цими напрямками проведено аналіз технологічних процесів виготовлення та підготовки пряжі до ткацтва (перемотування, снування і шліхтування). Визначено, що найбільший релаксаційний компонент спостерігається в процесах перемотування та шліхтування; розривальне видовження максимально впливає на зносостійкість ниток до багатократних навантажень. Результати дослідження впливу технологічних параметрів на обривність ниток основи наведено у другому підрозділі.

Залежність обривності ниток від заправного натягнення ниток основи та параметрів конструкції устаткування наведено на рис.2.

Рис. 2. Залежність обривності ниток від заправного натягнення ниток основи (вісь Х), параметрів конструкції устаткування( вісь У).

Аналіз результатів досліджень дав можливість зробити такі висновки: найбільший вплив на обривність ниток основи має заправне натягнення основи, величина заступу, положення скала та величина відкриття зеву; заправне натягнення ниток основи визначається положенням скала відносно грудниці та моментом подачі основи; кут розкриття зеву тісно пов'язаний з кутом заступу, і це впливає на формування тканини на ткацькому верстаті. Також розглянуто вплив факторів, наведених в табл. 5 на показники тканини (табл. 6), що надало можливість одержати рівняння регресії (7-11.).

Таблиця 5. Фактори, які максимально впливають на натягнення ниток основи та утоку

№ п/п	Фактор	Позначення фактору	Інтервали значень
1	Заправне натягнення ниток основи	х1	20ч60 сН/нитку
2	Параметри конструкції устаткування: величина заступу, тощо	х2	20ч40мм
3	Швидкість прокладання утоку	х3	15ч25 м/сек
4	Параметри конструкції устаткування: кут закручування торсійного валика, положення скала, величина прогину пластини тощо.	х4	10ч30мм

Таблиця 6. Назва показників та їх умовне позначення

№ п/п	Назва показника якості	Умовне позначення
1	2	3
1	Розривальне видовження тканини по основі, %	y1
Продовження табл. 6
1	2	3
2	Розривальне видовження тканини по утоку, %	y 2
3	Розривальне навантаження тканини по основі, Н	y 3
4	Розривальне навантаження тканини по утоку, Н	y 4
5	Стійкість тканини на стирання	y 5
6	Повітропроникність тканини	y 6
7	Упрацювання ниток по основі	y 7
8	Упрацювання ниток по утоку	y 8
9	Обривність ниток	y 9

Отримано регресійні рівняння впливу технологічних факторів на характеристики виготовлення бавовняної тканини:

у1 = 10,10+ 0,32х1 + 0,41 х + 0,09 х х 2 - 0,31 х + 0,38 х ; у 2 = 8,67+0,38 х 3 + 0,18 х 4- 0,16 х 3 х 4- 0,35 х + 0,30 х ; у 3 = 801,26 - 20,1 х 1 +28,7 х 2 - 3,3 х 1 х 2 - 21,6 х + 44,7 х ; у 4= 9,01+0,28 х 3+0,36 х 4- 1,17 х 3 х 4 - 0,31 х +0,34 х .	(7)

Дослідження характеристик ниток, вилучених з тканини:

у1 = 6,65-0,17х -0,12 х -0,04 х х 2 - 0,05 х +0,29 х ; у 2=5,22+0,16 х 3+0,18 х 4+0,05 х 3 х 4-0,13 х ; у 3 = 545,4-18,7 х +26,0 х 2+0,3 х х -19,4 х +40,6 х ; у 4= 510,6+13,0 х 3 +21,0 х 4 +1,3 х 3 х 4 -10,6 х - 4,4 х .	(8)

Дослідження стійкості тканини на стирання:

у5 =1478 - 48 х-18 х +-3 х х -77 х -92 х.	(9)

Дослідження повітропроникності тканини:

у6 =581,3-21 х +1,9 х +14,9 х х -51,3 х -86,3 х.	(10)

Рівняння регресії впливу технологічних параметрів на упрацювання ниток основи й утоку:

у7 =8,88-0,40 х -0,16 х- 0,2 х х+0,03 х +0,83 х у8 =6,81+0,40 х -0,03 х+0,19 х -0,04 х -0,36 х	(11)

У третьому підрозділі четвертого розділу розкрито взаємозв'язок між технологічними параметрами виготовлення тканини і параметрами її будови.

У роботі для цієї мети використано нелінійну теорію вигину пружних стрижнів. При рішенні завдання враховано той факт, що в процесі вигину ниток сильно змінюється їх конфігурація, причому переміщення ниток основи і утоку при формуванні тканини стають сумірні з довжиною перекриття ниток у тканині та її геометричною щільністю. При цьому спостерігається нелінійна залежність більших переміщень ниток від зовнішніх сил, хоча деформації їх залишаються малими. У зв'язку з цим ряд важливих для практики особливостей поводження ниток і можливих форм їх розташування у тканині не може бути вивчено за допомогою звичайної лінійної теорії вигину. Визначено висоту хвиль нитки відповідно до лінійної теорії вигину.