Цитович И.Г. Технологическое обеспечение качества и эффективности процессов вязания поперечновязанного трикотажа

Подождите немного. Документ загружается.

ВИЙ

сматывания нити с паковки при нессхэсном расположении паковки

и нитенаправителя. В случае, если скорость не изменяется при регу-

лировании глубины^ кулирования, неисправен механизм купирова-

ния. Пульсация входного натяжения при стабилизации скорости -

следствие чрезмерного биения игольного цилиндра или неравно-

мерности оттяжки полотна по его периметру. Большой уровень вход-

ного натяжения й его пульсация могут быть результатом проскаль-

зывания нити при подаче ее нитеподающим цилиндром [например,

из-за малого (2-3) числа витков на нитеподающем цилиндре йли не-

достаточного натяжения приводного ремня].

Необходимо учитывать особенности применения приборов для

измерения скорости й уработки нити. Эти приборы могут быть двух

типов: контактные й бесконтактные по отношению к дшжущейся нити.

В качестве датчика скорости нити приборов контактного типа обычно

используют взаимодействующьй с нитью диск.' Момент сопротивле-

ния вращению диска и нитенаправителей приврдит к увеличению на-

тяжения нити. Из уравнения (5.17) следует, что увеличение натяже-

ния нити будет давать систематическую погрешность в оценке ДПП 4

ее значение будет уменьшаться. Величина этой погрешности будет

зависеть как от прироста натяжения, так и от коэффициента растяжи-

мости нити а (а

1/р, где р - коэффициент жесткости нити). Цля вы-

сокЪрастяжимых нитей эта погрешность существенна, что, как пока-

зывает практика, не позволяет эффективно применять приборы кон-

тактного типа для контроля ДНП по скорости нити.

' Кроме того, с ростом натяжения увеличивается перетягивание

нити, что также уменьшает ДНП. Таким образом, систематическая

погрешность приборов контактного типа имеет 'двойную природу;

обусловлена растяжимостью нити и изменением скорости нити из-за

ее перетягивания. Учитывая это, ряд фирм предлагает контролиро-

вать скорость ремня или нитеподающего цилиндра,''т.е. непосредст-'

венно скорость подачи нити v^.

S.S. Управление технологической надежностью процессов вязания

si.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ РАЗРУШЕНИЯ и ОБРЫВНОСТИ нити ПРИ ВЯЗАНИИ <

Обеспечение показателей точности процесса вязания путем соче-

тания методов стабилизации его параметров (скорости и натяжения

нити) с активным контролем, предусматривающим целенаправлен-

ное регулирование для достижения нормативных показателей ка-,

чества, не будет эффективным, если одновременно не рассматривать

задачу снижения обрывности нити.

"Обрывность" и "разрушение" нити часто рассматриваются как'

эквивалентные понятия. Однако сопротивление материалов рассмат-

ривает два вида разрушения: разрушение материала и разрушение

конструкции. По отношению к нити разрушение материала.-, это раз-

рушение (часто невидимое невооруженным глазом) составляющих

структуру нити волокон, а разрушение конструкции - обрыв нити.

ll'jl

I i

' 1!

Ill

Объективно оценить частичное разрушение нити при вязании не

всегда просто, поскольку внешние признаки (в частности, ворсис-

тость полотна) не могут-не отражать действительные изменения.

Поэтому в области промышленной технологии оценке частичного раз-

рушения нити не всегда уделяют внимание, хотя, например, при из-

готовлении некоторых видов технического трикотажа, как показала

В.А.' Зиновьева, именно этот вид разрушения является основным

критерием его качества [115].

•

В области промышленной- технологии широко используется метод

повторного использования пряжи после роспуска изделий.

При

-пере-

работке шерстяной пряжи на плосковязальных машинах прочность ее

уменьшается на 20%, а работа разрыва на 47% [116]. Естественно, что

трикотаж, изготовленный из такой пряжи, будет иметь существенно

пониженные потребительные свойства.

Поэтому такой вид разрушения нити при вязании (можно опре-

делить его термином "частичное разрушение") необходимо рассмат-

ривать как важное свойство нити, (пряжи), отражающее способность

трикотажа удовлетворять эксплуатационным функциям,» связанным'

с сопротивлением материала механическим воздействиям; Одним из

подходов к 'сопоставлению технологических свойств сырья, предназ-

наченного для' трикотажного производства и используемого для

решения одних и тех же задач, - это количественная оценка степени

разрушения нити при вязании.

Iji Обрыв нити является следствием возникновения' критического

', I напряженного состояния и сопровождается полным ее разрушением.

1, Оценка частичного разрушения и обрыва нити приводит к рассмотре-

нию надежности процесса вязания и определению количественных ее

оценок. '

' Надежность процессов, как и изделий, оценивается на основании

, опытных данных статистики отказов, которые позволяют судить

о законах распределения времени безотказной работы (или, как иног-

да называют, о законах безотказности). При этом статистическая на-

дежность измеряется одной из следующих величин:' вероятностью

безотказной работы Р (/), частотой отказов (плотностью вероятности)

' /

{t),

интенсивностью отказов X (f), долговечностью Т^р которые мате-

i матически связаны между собой.

11;

', Основными теоретическими зависимостями, которые могут быть

'1,, использованы для определения надежности, являются три закона:

'|1'.|| 1)'экспоненциальный (показательный) закон, применяемый для

j\ анализа надежности изделий и процессов при устойчивом режиме их

,i 4 функционирования под воздействием механических или климати-

ческих нагрузок; Наиболее характерны внезапные отказы (например,

случайные дефекты). Интенсивность отказов' для этих условий пос--

тоянна

it) = const;

2) нормальный закон безотказности, применяемый при постепен-

ном изменении параметров. Характерные отказы - "износовые",

К (О'* const;

•i

(iiij

I'p .f

I и i

"MI'W!

3) закон Вейбулла (обычно в форме Вейбулла - Гнеденко) учиты-

вает степень влияния- предшествующих условий эксплуатации л

справедлив при изучении прочности и долговечности механических

устройств. Закон Вейбулла и соответствующие ему характерные от-

казы занимают промежуточное положение между двумя первыми

законами и отказами.

Наиболее распространен в практике экспоненциальный закон.

Этот закон достаточно адекватно описывает распределение во вре-

мени обрывности нити при вязании различных видов трикотажной

продукции. В промышленности интенсивность отказов выражается

таким косвенным показателем обрьшности, как число случаев об-

рывов (отказов) на единицу продукции (кг, пог^м) или. вьфажается

в процентах к объему выпущенной продукции.

Рассмотрим определение характеристики интенсивности отказов

X (г) или обрывности нити' в единицу времени.. Следуя работе [49],

рассмотрим некоторый период времени t, на котором работоспособ-

ность процесса вязания не нарушается, после чего оценим вероят-

ность возникновения отказа. Обозначим через события А и В безот-

казную работу на отрезках

и At с вероятностью этих событий Р (Г) и

Р (Af).

Сложное событие - безотказная работа за время t+ At - будет

равно,произведению этих событий АВ с вероятностью Р (t

At). Ве-

роятность Р {В/А) = Р {At/t) события В при условии, что событие А

имело место, означает условную вероятность безотказной работы за

время t+ At. Поэтому ' >

P'{t+At)=P(t)P(At/t). ' (5.32)

, Согласно определению интенсивность отказов при ее вероятности

{А t!t) за интервал времени Д t будет

• • (5.33)

At At •

Подставляя значения (5.32) в уравнение (5.33) и переходя к пре-

делу при At

О,

получим

P{t)-Pit+At) 1 Р«+Д0-?(0,

X? . '

1 dP(t) d ' '

что дает , , •

P(t) = eo =exp[-5Mt)dt].

Эта формула выражает зависимость между вероятностью безотказ-

ной работы и ^-характеристикой, которая в общем случае может быть

функцией времени. Полагая, что при установившемся процессе вяза-

ния и определенных условиях (тип оборудования, сырье, структура

«I

(III

I, i' ! (

ll i|

ill

полотна, режим вязания) обрывность равновероятна.по времени, т.е.

= const', получим экспоненциальный закон надежности , ..

< /(От 'е"^. ; ' .

плотность вероятности которого - . ^ '

, Показатель \ как и /

{t),

выражается числом обрывов (или других

, ' равновероятных по времени дефектов) в единицу времени. Можно

^ ввести среднее время до отказа (наработка на отказ)

г' 1 = ' ' '(5-35)

If !i'

fill if

•I'll

При этом формулу (5.34) можно записать в виде

,. P(t) = e-f/rcp.

Если обрывность Q, случаев на 1 кг, а производительность ма-

шины

П,

кг/ч, то интенсивность отказов

)!' 1,' Для сравнительной'оценки надежности различных машин интен-

сивность отказов и время до отказа, имея в виду обрывность нити,

целесообразно отнести к одной летлеобразующей сиетеме^'тогда п^зи

числе систем

= Qn/z; • Т, =

' , ' (5.37)

Например, при вязании на кругловязальных машинах типа "Муль-

тикомет" 2

48; Q

0,1; Я

3. Из уравнений (5.36) и (5.37) будем иметь

, i|, '

х =

0,1-3,=

0,3; = 0,3/48 =

0,006.

Среднее время до отказа из уравнения (5.35)

Т = 1/0,3 = 3,3 ч, а

г = 1/ 0,006 = 160

ч.

i; При вязании на плосковязальных машинах ПВК И - 1,5; z = l-,Q =

!1' ^

А. = 0,2-1,5 = 0,3; 1 = 1/0,3 =

3,3;

,i ,

х^ = 0,3ч;

Г,

= 3,3 4.

ill ' ' I

Сравнение величин Т^ с учетом числа петлеобразующих систем

позволяет обнаружить существенно различную надежность техно-

логических процессов на рассматриваемых' машинах (160 против

„I 3,3 ч).

Применение в качестве характеристик обрывности показателей

надежности \,ТиР (t) может быть вполне эффективным при сравни-

' I' тельной оценке различных технологических процессов, различаю-

; ' щихся способом вязания, типом оборудования, используемым для

' I' вязания сырьем.

liilliE ' 'i84 ' , I :

h !Ч lb>

Л1

" Некоторые-авторы за критерии качества процесса вязания прини-

мают косвенные характеристики. надежности; отражающие измене-

ние свойств нити при вязании. В.А. Ласавичюс считает, что в качест-

ве критерия пригодности комплексных нитей для переработки в три-

котажном производстве, а также суждения о правильности -наладки

и выборе вязальной машины может служить показатеж снижения

работы разрыва нити после вязания [117].

В.А. Зиновьева в качестве критерия качества процесса вязания

использовала остаточную прочность стеклянных нитей [115] и уста-

новила, что этот показатель зависит от параметров режима вязания

нитей и позволяет выбирать оптимальные' (по запасу надежности)

режимы.

. Как и характеристики обрывности, предлагаемые критерии имеют

физический смысл прежде всего как оценка внешней ситуаций, так

как получены на основе анализа экспериментальных результатов.

Эти критерии учитывают лишь сам факт определенного уровня- на-

дежности процесса вязания, однако не дают, вообуце^говоря, никако-

го представления о факторах, которые влияют на него. Поэтому они

не позволяют предвидеть изменение уровня качества или обрьшности

до' р'еалюации процесса вязания (до опыта) на основании рассмотрения

исходных параметров, рвойств сырья и условий вязания нитей, а са-

мое главное, не позволяют реализовать стратегию управления тех-

нологической надежностью.

SJ.2. МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ,

ПРОЦЕССОВ ВЯЗАНИЯ

Любая функциональная система, в том числе и процесс вязания,

помимо выполнения своих основных задач должна противостоять

действию различного рода помех (воздействий), вызванных измене

нием параметров ее структуры, а также изменениями в окружающей

среде. Эту способность часто характеризуют рядом понятий, таких,

как надежность, ресурс системы, несущая способность (конструкции),

а при статистическом подходе - вероятностью безотказной работы.

Чем больше запас надежности, тем при более благоприятных усло-

виях протекает процесс, меньше изменяются свойства нити, умень-

шается вероятность ее частичного или полного разрушения (обрыва),

с меньшими нагрузками работают петлеобразующие органы и их при-

вод, меньше требуется энергии для выполнения технологического

процесса. , ^ , ,

Поэтому знание функции или критерия, который отражает запас

надежности процесса вязания, позволяет обоснованно подходить к

анализу и управлению технологической надежностью процесса.

Цель расчета надежности процесса вязания - получение гарантии

того, что при эксплуатации не наступит ни одно из недопустимых

предельных состояний. При традиционном методе расчета, если рас-

сматривать в качестве характеристик нагрузок на нить ее натяжение

иИ I

I M'

Ti, a характеристик прочности ее разрывную нагрузку Га, условие

неразрушения (прочности) можно записать в Виде

- (5.38}

При проектировании вязального механизма, учитывают кoэq')фи-

циент запаса п, полагая, что величины Tt и Гг являются,вполне опре-

деленными (детерминированными). Запас прочности (надежности)

из соотношения (5.38) можно определить как

^ ^ . ...... ^(sjagy;:

' : i или, полагая, что

I ;,',,!: ; • (5.40)

_ ;n=T,e-f<l'/r„. . . , (5.41)

' '

i Из выражения (5.41) видно, что коэффициент я обобщает в себе по-

; I казатели свойств нити Гг, д, параметр ф, который зависит от кон-

I ;

, j

' струкции механизма или условий технологии (вида переплетений), а

...'

, .та1Сйке параметр, режима, переработки , нити ,г?, входное , н

Ан^из этого выражения позволяет в первом приближении рассматри-

ватьгуказашш гфакторый'как?вяияющие;на:ю

|| j детерминистический характер данного выражения не позволяет

значениях п = 2 - 3, которые принимаются в расчетах при проектиро-

,„... В.аНИИ,ВЯЗаЛЬН0Г0.-МеХаНИЗМа.

' Поэтому применим вероятностный (статистический) подход к

, г оценке обрывности нити. Такой подход к расчету"йёханйчёскйх^"^^^^

ji стем базируется на том, что их состояние в условиях эксплуатации

может быть охарактеризовано конечным числом случайных независи-

мых параметров Xj. Одну часть из наоора этих параметров х.у всегда

можно отнести к внешней (рабочей) нагрузке, а другую - к проч-

ЧРСтньш, хараетеристикам х^г^. У^ пре-

дельного состояния, например связанного с обрывом нити, с учетом

;

^ ;

.врроягас)^ в виде

[118]

llil

'im

t;i

U{xj)-T,{;Cjj.^)-T,(?Cjj.^)>0. (5.42)

"I ' Вероятность того, что это неравенство будет выполнено, обозна-

I' чим Р, а вероятность противоположного события Q. Значение Q мо-

;j|' жет.быть нормировано; это должно быть достаточно малое число Q„

I'l ' удовлетворяющее требованиям надежности.

I Условие (5.42) при вероятностной оценке можно записать как

(j'lj ' е<р„., / ' " , ' /

•

' " '

В процессе вязания воздействующие на нить или старые петли

полотна нагрузки являются изменчивыми, случайными величинами,

1 t хотя в структуре изменений всегда можно выделить характерные

1 I детерминированные закономерности.

Pitc. 5.12. Модель' формиро-

вания обрывности нити:

/i (Tj) - плотности распределе-

/ниявероягноетей натяжения ни^й

'И (^г) ~ же разрывной

нагрузки Гг (заштрихованы

области вероятности обрыва

нити)

. Изменения прочностных характеристик нити также подчиняются

случайным закономерностям. Если плотности вероятности для рас-

пределения разрывной нагрузки / (Г2)-и натяжения нити / (Ti) из-

вестны, то вероятность статистического отказа в общем случае [119]

и<о

(5.43)

Для разрывной нагрузки Тг и натяжения нити Го (а следовательно,

Ti) распределения часто оказываются близки к нормальному. Рас-

сматривая в выражениях (5.42) и (5.43) U как разность двух нормаль-

но распределенных величин h и Та, можно получить для нее также

нормальное распределение.

Представим распределение плотности вероятностей сил, воздей-

ствующих на нить при вязании по ее длине, функцией Д (Ti), а раз-

рывной нагрузки - /г (Гг) (рис. 5.12). Обрывы нити можно рассмат-

ривать. как совместные события, что характеризуется пересечением

областей, ограниченных Л (Ti) и /а (Гг). Если эти функции известны,

то можно определить вероятность безотказной работы (используются

термины теории надежности) вязального механизма Р и вероятность

обрыва нити Q как противоположного события: Q = I - р. Примем

нормальный закон распределения для Д (Ti) и /а (Га), т.е. предпо-

ложим, что

(Т- т,)^

/2(Т2)

•ЛпОз

ехр{-

20?

(Г-Г,)'

20?

(5.44)

(5.45)

где Oi и Oj - средиеквадратические отклонения соответственно для действующих сил

и прочности (разрывной нагрузки) нити Г, а Г, и Т, '- их средние значения математи-

ческие ожидания).

Из выражений (5.44) и (5.45) можно найти вероятность Р события,

которое можно трактовать как условие превышения одной случай-

ной величины Та (прочности нити) над другой Ti (действующего на-

тяжения)или условие работы машины без обрыва нити (безотказной

работы):

'S ill'

I'lhl'l»

f I"

i I''

Г/

'' If'

lijf'^

'ill

нШй

ft!"/

ill l is

' ii:

ill

l/lll

p(u

>0)

Mthcorisil

Рис. 5.13. Плотность распределения ве-

роятности / (I/) для-разности V -UW.K1

разрывной нагрузкой Т^ и

ттяжеи^юл

Tj нити [для сршнения показана прямая

интенсивности отказоэ X (0]

P=J

Г- Г, 1

ф ( __

Г""

-ехр{-

• •

, V--) dT=

2о|

Г)

' V

=ф(—)

"и

. (5.46)

где Ф (и) - табулированная функция Лапласа; U

—

математическое ожидание разности

' двух распределений; при (композиции^ нормальных законов; о у ,-;«среднеквадратимеское

отклонение, получаемое сложением двух функций.

Вероятность обрыва нити

Гг-г;

1_р = 1_ф(-

) =

1-ф.(1/)'.

. (5.47)

Анализ выражения (5.47) показывает, что обрывность нити опре-

деляется не только средними значениями Тг и 7i. но и их отклоне-

ниями о? и о|. Это означает, что средняя разрывная нагрузка

Та,

не

является определяющим критерием качества пряжи. При понижен-

ной прочности пряжи возможно даже уменьшение обрывности соот-

ветственным сокращением ее отклонений (на рис.' 5.12 сравните'кри-'

вую /г (Г-) с кривой /г (Г2), что не всегда учитывают. Это подтвер-

ждается, например, опытом применения пряжи безверетенного спо-

соба прядения, которая имеет пониженную прочность и меньшие ее

отклонения по сравнению с пряжей, изготовленной классическим

способом.

Из выражения (5.47) следует, что на оценку обрывности нити при

вязании,'как и точности получения ДНП, определяющее'влияние

оказывает стабильность механических условий вязания - дисперсия

(или отклонения) воздействующих на нить нагрузок.

, При сравнении выражения (5.47) для безотказной работы с ранее

полученным выражением (5.34) можно заметить, что они отражают

разные законы распределения вероятностей: (5.47) - нормальный,

а (5.34) - экспоненциальный. Эти результаты можно оценить как про-

тиворечащие друг другу. Поэтому необходим анализ такой ситуации.

На рис. 5.13 для сравнения показаны плотность распределения

вероятности значений функции f

{V)

к интенсивность отказов А (/) =

= const. Вероятность обрывности нити как внезапного отказа харак-

теризуется площадью Q

(t) dt, где Т^ - среднее время до отказа.

На этом участке времени для расчета используется лишь тот участок

кривой / {и) и прямой А.

if),

которые соответствуют зоне редких со-

бытий, удаленных от центра группирования. Поэтому, как отмечает

, if .

А.С. Прокиков [49], в этой зоне законы распределения теряют свою

индивидуальность и количественные оценки, рассчитанные как по

функции f (и), так и по функции к (t), практически не отличаются

друг от друга, так-как близки к единице. Но функция / ([/) несет в се-

бе физический смысл, поскольку отрахоет те факторы (Tt, Т2, О1, о|),

которые определяют уровень обрывности нити, в то время как экспо-

ненциальный закон - это констатация уровня обрывности и его при-

менение допустимо при анализе надежности существующих процес-

сов и их сравнении.

Отметим; что Q, как и Ф, есть функционал, зависящий от U. При

этом значения Q и U однозначно определены. Поэтому в качестве

оценки обрывности или надежности процесса может быть принята

сама функция

U*,

вычисленная при определенных значениях ее пара-

метров Ti, Т2, оЫ о1

и^ Tv^a- (5.48)

Vof+of

С учетом выражения (5.48) отметим, что чем больше значение

функции и, тем более надежен процесс," тем меньше вероятность

обрыва нити.

Разрывную среднюю нагрузку Гг выразим через ее относительное

значение q и линейную плотность Г^ нити, полагая, что

'Т;=чТк, ' (5.'49)

максимальное среднее натяжение Ti - через входное натяжение:

.~fi = ri е'^Ч'= kj Tfc е1"Р. ' ' (S.50)

С учетом равенства (5,50) должно быть

Введем вместо среднеквадратического отклонения о 2 применяе-

мый на практике коэффициент вариации Укак характеристику, нити:

'v=t^lOO. (S.S2)

Критерий надежности процесса вязания U с учетом соотношений

(5.49), (5.50), (5.51)'и (5.52) приведем к виду

где fci - коэффициент, характеризующий средний уровень входного натяжения нити;

кг ~ коэффициент, характеризующий отклонение входного натяжения нити.

* В теории вероятностей такая статистика применяется при оценке значимости разли-

чия средних значений двух случайных величин.

nM!i

i) i'f

f i 1

i I

I' if

III II

i ' 'i/

i'li'l 'hi

'If"

I >1

I!' I'

I iJ'

i 1.

' fi

'Ml

SJ.3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ УГОВНЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

НАДЕЖНОСТИ

ПРОЦЕССОВ

В513АНИЯ

Критерий надежности процесса вязания U является обобщенной

оценкой его эффективности в зависимости от параметров режима вя-

зания (ki, к2), степени защемления нити при кулировании (ф) и свой-

ств сырья (q, У,,ц). Повышение надежности процесса может быть дос-

тигнуто различными решениями: снижением фрикционных свойств,

уменьшением уровня натяжения нити и стабилизацией его отклоне-

ний; применением нитей с повышенной ровнотой по прочности (но

не обязательно увеличением разрывной нагрузки q); уменьшением

степени'защемления нити при кулировании. Оценку среднеквадра-

тического отклонения 8 можно заменить оценкой среднего разма-

где dn - табличный коэффициент. i ' ' ' i

При малых объемах выборки п

3~ 10 коэффициент

d„ =

1,7- 3.

Коэффициенты кх и fca могут быть определены по осциллограм-

мам входного натяжения нити исходя из величины среднего натя-

жения То и среднего размаха его отклонений Л (рис. 5.14). Полагая,

что

d„ =

-к,

2Го"

(5.54)

где Ti^ - линейная плотноси. ниги.

Известно, что с увеличением уровня натяжения при огибании

нитенаправителей, как правило, увеличивается и отклонение натя-

жения. Не допуская существенных погрешностей, можно_принять,

что размах отклонений равен уровню натяжения, т.е. R = То. Напри-

мер, при среднем уровне натяжения Го = 10 сН высоковероятны и

отклонения й = 10 сН. Тогда из соотношений (5.54) следует, что кг =

= 0,5 ki, и формула (5.53) принимает вид

Произведем оценку коэффициента ki в зависимости от режима

вязания. В условиях дозированной подачи нити, например по реко-

Рис. 5.14. Оценка коэффициентов к^ и

по осциллогра>4мам натяжения