УДК 677.017.001.5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ НИТЕЙ

ОТ НЕРЕГУЛЯРНЫХ НАГРУЖЕНИЙ

,

В статье приводится обоснование целесообразности оценки изменения механических свойств нитей под действием многократных деформаций в процессе изготовления ткани.

Нить, деформация, разрывная нагрузка.

Важной характеристикой оценки качества текстильных нитей, позволяющей прогнозировать ее поведение при переработке и последующей эксплуатации, является износостойкость.

Однако этот показатель является сложным и зависит от разных факторов, воздействующих на нити. Известно, что на ткацком станке нити основы подвергаются комплексному воздействию ряда факторов, наиболее существенными из которых являются многократные деформации растяжения и истирание [1]. Нити основы при изготовлении ткани на ткацком станке подвергаются тысячам циклов растяжений. При многократном растяжении и истирании в нитях происходят сложные изменения структуры, а значит и изменения механических свойств. Многократные деформации «утомляют» нити основы, что не сопровождается существенной потерей массы [2].

По разработанной нами методике [3] для определения физико-механических характеристик текстильного материала «нить» использован следующий метод испытаний: режим активного деформирования с постоянной скоростью движения активного зажима с целью получения значений разрывных характеристик. Экспериментальные данные получены с использованием пульсатора и разрывной машины РМ-3 (для проведения эксперимента по стандартной методике) и на разработанной испытательной установке для проведения нерегулярных нагружений нитей [4].

При проведении нерегулярных испытаний закон изменения натяжения имеет сложную функцию. На рис. 1 представлена осциллограмма натяжения основных нитей на ткацком станке. Частота вращения главного вала 220 мин-1, заправочное натяжение 18 сН, натяжение в момент полного открытия зева
78 сН. Этот закон задавался на разработанной испытательной установке.

Рис. 1. Напряжение нити основы на ткацком станке

На синусоидальном пульсаторе закон изменения натяжения нити основы задавался уравнением

,

где Т0=ТЗ + Тm; ТЗ – заправочное натяжение;

Тm – амплитудное значение синусоиды;

wв – круговая частота циклического нагружения.

Для каждого вида испытания построены графики изменения прочности нити в зависимости от количества циклов нерегулярного нагружения.

Аппроксимация графиков производилась с помощью степенной функции

Р = А na,

где А и a – эмпирические коэффициенты;

Р = Р0 – Рi – изменение разрывной нагрузки;

Р0, Рi – разрывные нагрузки до и после многоциклового нагружения;

При известных эмпирических коэффициентах А и a может быть определено изменение разрывной нагрузки в зависимости от числа циклов нерегулярных воздействий.

Методика экспериментального определения степени разрушения заключается в имитации нерегулярного многоциклового нагружения текстильной нити определенное количество раз и дальнейшем определении потери ее прочности на разрыв. Оба эти действия проводится на одной испытательной машине, что не дает возможности нити полностью или частично восстановить свои первоначальные свойства (релаксировать) или приблизиться к ним [1, 2].

С целью сравнения результатов испытаний по разработанной методике нами проведены испытания для определения потери прочности нитей от нагружения нитей по синусоидальному закону. С этой целью на пульсаторе проводилось многоцикловое синусоидальное нагружение текстильной нити.

Образец проходил испытание на стенде, воздействие которого имитирует синусоидальный закон нагружения на нить. Затем образец доводился до полного разрушения на разрывной машине. Для каждой нити проводилось испытания с различным количеством циклов (500, 1000, 2000, 3000).

По количественной оценке потери прочности нити можно судить о влиянии процесса нагружения основной нити на ткацком станке и сравнивать его с синусоидальным законом нагружения.

В таблице 1 сведены результаты испытания текстильных нитей на синусоидальном пульсаторе, в таблице 2 – разрывные характеристики нитей после нерегулярного нагружения.

Таблица 1

Разрывная нагрузка при различных количествах циклов синусоидального нагружения

Пряжа

Линейная плотность, текс

Разрывная нагрузка, сН

Зависимость изменения

прочности

от количества циклов

нагружения

без предварительного

нагружения нити

после 500 циклов

после 1000 циклов

после 2000 циклов

после 3000 циклов

Хлопок

29

365,4

352,2

344,1

331,6

325,3

Р = 0,05 n1,05

Хлопок

2×25

668,5

658,4

653,9

646,8

642,3

Р = 0,67 n0,45

Лен

33,5

656,6

649,3

647,1

644,9

640,3

Р = 0,9 n0.348

Лен

50

1085

1073,2

1069,7

1066,3

1060,2

Р = 0,34 n0,5

Таблица 2

Разрывная нагрузка при различных количествах циклов нерегулярного нагружения

Пряжа

Линейная плотность, текс

Разрывная нагрузка, сН

Зависимость изменения прочности

от количества циклов

нагружения

без предварительного

нагружения нити

после 500 циклов

после 1000 циклов

после 2000 циклов

после 3000 циклов

Хлопок

29

365,4

347,3

340,2

326,4

317,6

Р = 0,09 n0,502

Хлопок

2×25

668,5

656,9

650,2

640,9

637,4

Р = 0,34 n0,54

Лен

33,5

656,6

645,8

640,1

637,2

634,3

Р = 0,29 n0.548

Лен

50

1085

1070,3

1063,9

1056,3

1048,7

Р = 0,45× n0,55

Математическая обработка экспериментальных данных позволяет определить потерю прочности нити от многоциклового нагружения нити через определенное количество циклов. По полученным средним значениям в логарифмической сетке координат строится зависимость остаточной разрывной нагрузки от количества циклов. График представляет собой прямую линию, соответствующую степенной функции в логарифмической сетке. Степень разрушения линейно зависит от числа циклов нагружения и описывается уравнением прямой линии

lg(Р0 – Рi) = k·lgn,

где n – количество циклов.

Чем меньше коэффициент k, тем степень разрушения при нерегулярных многоцикловых нагружениях меньше. Такое заключение позволяет прогнозировать степень разрушения основных нитей от технологических режимов ткачества и наладки ткацкого станка.

На рис. 2 показаны графические зависимости разрывной нагрузки от количества циклов нагружения (рис. 2а – пунктирная линия соответствует зависимости разрывной нагрузки от количества циклов нерегулярного нагружения, сплошная линия – для нитей, испытанных на синусоидальном пульсаторе; рис. 2б – зависимость в логарифмических координатах для нитей, испытанных на синусоидальном пульсаторе, рис. 2в – зависимость разрывной нагрузки от количества циклов нерегулярного нагружения в логарифмических координатах).

Как видно из графиков рис. 2а при испытаниях текстильной нити методом нерегулярных нагружений нить теряет больше прочности.

Таким образом, полученные результаты испытания пряжи из натуральных волокон на синусоидальном пульсаторе и на разработанной испытательной установке показали увеличение степени разрушения пряжи при нерегулярных нагружениях, что значительно сказывается на обрывности нитей в ткачестве.

Р, сН

n

а

Ро – Рi, cH

n

б

Ро – Рi, cH

n

в

Рис. 2. Разрывные характеристики нагружения. Пряжа 29 текс

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Кукин материаловедение / , [и др.]. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Легпромбытиздат, 1989.

2.  Кукин материаловедение (волокна и нити) / , ,
. – М., 1989.

3.  Кузина метод испытания текстильной нити / // Научные труды молодых ученых КГТУ. – Вып. 6. – Кострома, 2005.

4.  Прибор для испытания нитей на растяжение : пат. 2267784 Рос. Федерация: МПК G 01 N 33/08 / , , ; заявитель и патентообладатель Костромской гос. технол. ун-т. – №/28; Заяв. 10.08.05; Опубл. 10.01.06 ; Бюл. №01.

In the article study of expediency of estimation fibre mechanical property changes under multiple deformation action in fabric manufacture process is described.

Words: thread, deformation, breaking load.

T. A. Kuzina, S. F. Gerassimova

EXPERIMENTAL RESEARCH OF THREAD DESTRUCTION PROCESS AS A RESULT

OF UNREGULAR LOADING