Процесс технологии прядения достаточно сложен и обуславливается тем, что практически все продукты прядения непрерывны, хотя имеют дискретную структуру, т.е. состоят из отдельных волокон конечной длины, по-разному расположенных в продукте и связанных между собой силами трения и сцепления. Необходимо исследование тех изменений, которые совершаются с входящим продуктом, преобразуя его в выходящий. Технологию прядения можно изучать как экспериментально, исследуя, как в процессе технологических операций осуществляется получение конечного продукта, а так и теоретически, посредством математического описания технологического процесса, аналитически исследуя основные этапы формирования нити.
В настоящее время разработана технология получения фасонных нитей с использованием двух полых веретен на базе машины ПК-100 с самым разнообразным сочетанием входящих компонентов. Модернизация машины ПК-100 заключалась в том, что на нее устанавливалось соосно с первым второе полое веретено и обеспечивалось вращение его в обратную сторону с частотой, сниженной на 30%. Это дает возможность получить равновесную нить. В результате последующая операция запаривания из предлагаемой технологии исключается. Использование второго полого веретена позволяет осуществить быструю переналадку машины на выпуск нитей другого вида, достичь правильной формы петли и оптимально равномерного распределения петель по длине нити. По новому предлагаемому способу получения нитей различной структуры можно вырабатывать нити линейной плотности более 30 Текс. В качестве стержневого компонента можно использовать комплексные химические нити и пряжу из натуральных и химических волокон.
Авторами создан экспериментальный образец машины для получения многокомпонентных нитей. Машина на 6 рабочих мест, выпускает нить со скоростью 15-20 м/мин и обладает рядом преимуществ по сравнению с действующими в настоящее время машинами: повышенной производительностью, возможностью перерабатывать любое натуральное и химическое сырье и получать многокомпонентные нити малой линейной плотности. Предлагаемая машина работает следующим образом. От электродвигателей приводятся во вращение подающий и оттяжной валы, основное и дополнительное полое веретено, мотальный механизм. Стержневая нить сматывается с бобины, проходит нитенатяжитель и подающий вал, поступает в рабочую зону основного полого веретена. Компонент смывается с катушки, установленной на полом веретене, поступает в рабочую зону и обвивает стержневой компонент, образуя петли. Полученный полуфабрикат отводится через канал полого веретена и подается к дополнительному полому веретену, установленному соосно. Компонент сматывается с катушки и обвивает полученный на основном полом веретене полуфабрикат, формируя многокомпонентную нить. Полученная многокомпонентная нить проходит через канал дополнительного полого веретена и оттяжным валом подается к мотальному механизму, который и формирует паковки с многокомпонентной нитью требуемой формы. Для получения равновесных многокомпонентных нитей дополнительное полое веретено устанавливается с возможностью вращения в обратную сторону по сравнению с основным полым веретеном, и частота его вращения уменьшается на 1/3. Предлагаемая многокомпонентная нить не имеет закрепительного компонента, сматываясь с дополнительного полого веретена, не только формирует дополнительную основу, но и одновременно закрепляет на сердечнике компонент, образуемый при помощи основного полого веретена. Это дает возможность получить многокомпонентные нити большого объема и большей заполняемости компонента без снижения производительности технологического процесса в целом. Основные параметры устройства и работы установки для формирования многокомпонентных нитей следующие: вид стержневого компонента - нити и пряжа линейной плотности 8-25 текс из натуральных, химических волокон или их смесей, диапазон линейной плотности нитей - 40 - 800 текс, высота петли - до 10 мм, плотность заполнения поверхности по требованию заказчика, вид веретен - полые, на базе резинооплеточной машины 0 - 40, число оборотов основных веретен - 1400 мин, число оборотов дополнительных веретен - 480 мин.
Производственные испытания машины показали, что она обладает хорошей работоспособностью, надежностью формирования нитей и их намотки.
Результаты испытаний физико-механических показателей структуры многокомпонентной нити, а также ее составляющих, т.е. многокомпонентной пряжи линейной плотности 10 текс, используемой в стержне и в нагоне, полиамидная нить линейной плотности 4,8 текс, используемой в качестве закрепляющей, обрабатывались на ЭВМ.
Анализ физико-механических параметров предлагаемой нити показал, что разрывная нагрузка комбинированной нити несколько ниже суммарной разрывной нагрузки многокомпонентных нитей. Это объясняется тем, что в процессе растяжения, составляющие многокомпонентной нити разрываются одновременно, что объясняется неравномерным распределением нагрузки вследствие расположения компонентных нитей под разными углами к оси готовой нити. Однако, разрывная нагрузка многокомпонентной нити составляет 70% от суммарной разрывной нагрузки составляющих, что указывает на правильность подбора компонентных нитей по линейной плотности и оптимальному значению крутки.
Коэффициент вариации по разрывной нагрузке многокомпонентной нити ниже, чем такой же показатель у ее составляющих, т.е. многокомпонентные нити, характеризуются большей равномерностью по разрывной нагрузке.
Одной из основных задач при исследовании технологического процесса формирования нитей с использованием двух полых веретён является задача определения характера движения нагонного полуфабриката по стержневой нити и подачей к отводящей паре.
Исследование нагонного компонента при его навивании и осевом перемещении по сборной поверхности позволяет стабилизировать технологический процесс в целом и получить ворсовую пряжу требуемого качества.
Данная задача сводиться к аналитическому описанию случая установившегося движения гибкой нити по шероховатой поверхности плоской кривой.
Задача о движении гибкой нити по направляющей с учетом инерционных сил является задачей динамики. Однако мы исследовали движение статики нити.
При таком движении отсутствует колебания нити, а скорости набегающего А и сбегающего В концов нити постоянны во времени. Причем для нити растяжимой
(19)
При однородной, растяжимой нити через каждую точку на направляющей в единицу времени проходит одинаковая масса нити
, (20)
где μ。 - постоянная линейная плотность нити до растяжения;
μ - линейная плотность движущейся нити;
v – линейная скорость контурного движения растянутой нити;
v。 - постоянная скорость нерастянутой нити (величина в некотором роде фиктивная).
Отсюда, пользуясь законом сохранения массы элемента однородной, растяжимой нити,
, (21)
получим следующую формулу контурного движения нити.
. (22)
Так как движение - установившееся и нить растяжима без временных последствий, то скорость элемента нити зависит только от места на направляющей S,но не зависит от времени явным образом
(23)
C другой стороны, из предыдущего соотношения имеем
. (24)
Сравнивая, получаем
. (25)
Отсюда следует
(26)
Рис.12 Схема сил
Т.е и натяжение нити стационарно и зависит от времени t только неявно - через дуговую координату направляющей s.
Используя полученные результаты, составим уравнения движения элемента однородной растяжимой гибкой нити по направляющей с кулоновым трением
(27) 
где N - нормальная реакция поверхности, отнесенная к единице длины направляющей;
, 
- проекции ускорения элемента нити на направления касательной и нормали нити соответственно.
Пользуясь законом сохранения массы элемента и оператором
(28)
преобразуем первые два уравнения системы (27) и получим
(29)
Выразим проекции ускорения с помощью имеющихся соотношений
(30)
.
Теперь предыдущие уравнения преобразуются к виду
(31)
Имея в виду, что
(32)
Первое из этих уравнений можно представить в следующей форме:
(33)
С другой стороны, из второго уравнения следует
(34)
Соединив последние результаты, имеем
(35)
Отсюда получаем линейное уравнение
. (36)
Примем условие на набегающем конце нити А.
(37)
Проинтегрируем уравнение с этими условиями на границе. Получаем зависимость нормальной реакции от угла охвата
(38)
Подставим во второе уравнение(12), найдем зависимость натяжения нити от угла охвата
(39)
Таким образом, натяжение однородной растяжимой гибкой нити при установившемся движении нити по шероховатой направляющей с кулоновым трением находится в общем случае в квадратурах.
Исследуем некоторые частные случаи для различных зон сборной поверхности. В зоне навивания нити на сборную поверхность можно считать волокнистый продукт нерастяжимым.
Если нить нерастяжима, то ƒ=1, и формула упрощается
(40)
что совпадает с результатом проф. Минакова для случая отсутствия контурного ускорения движения нити.
При трении по Амонтону (A=0) формула (39) дает натяжение в конечном виде
(41)
Полученный результат, в частности показывает, что натяжение растяжимой нити при установившемся движении по направляющей с амонтовым трением не зависит от формы направляющей, но зависит от характера неоднородности и растяжимости нити (μ, ƒ). При равновесии в этом случае имеет место формула Эйлера (25), не зависящая от растяжимости и неоднородности нити. Формула Эйлера следует отсюда при V=0.
В зоне резания волокнистый полуфабрикат движется по направляющей прямого кругового цилиндра с трением по Кулону, то p=r=const и интеграл натяжения нити (39) выражается также в конечном виде.
(42)
Из сравнения с результатом представленным видно, что последний член формулы одинаков как при равновесии, так и при установившемся движении нити, т.е. не зависит от инерционных сил нити. Этого и следовало ожидать, так как появление аддитивного члена с коэффициентом А объясняется сцеплением трущихся поверхностей. При амонтовом трении этот член исчезает, и формула принимает вид
(43)
Последние два соотношения позволяют во многих случаях получить натяжение нити в виде явной функции от угла охвата, в том числе и для нити нелинейно, растяжимой. Это осуществимо во всех случаях, когда функция закона растяжимости нити разрешима относительно T.
Например, условно считая нить нелинейно, растяжимой по закону,
(44)
натяжение можно найти в радикалах от угла охвата решением алгебраического уравнения четвертой степени.
Для гибкой нити,растяжимой по Гуку
(45)
явное выражение для натяжения из формулы (23) в следующем виде
(46)
При амонтовом трении имеем соответственно
(47)
Для нерастяжимой нити, полагая α=0, получим
(48)
Полученные формулы относятся к случаю установившегося движения гибкой нити по неподвижной стержневой направляющей при формировании нитей с разрезным ворсом.
Список используемых источников
12. Локтионов А.В. Использование полых веретен для получения фасонных нитей / А.В. Локтионов, В.Г. Буткевич, Е.С. Трофимова, И.А.Александрова // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы международной научно-технической конф.; Могилев, 19-20 апреля 2008г.: В 3-х ч. Ч 1 / Могилев: ГУ ВПО Белорусско-российский университет». – 2008. – С.98-99.
13. Трофимова Е.С. Технология и устройство для получения многокомпонентных нитей с использованием двух полых веретен / Е.С. Трофимова // «Теоретические знания в практические дела»: сборник материалов конференции, Омск, 2009г.: в 2-х ч. Ч 1 / Омск: Филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в г. Омске. – 2009. – С. 82.
14. Буткевич В.Г. Исследование движения волокон по сборной поверхности / В.Г. Буткевич, А.В. Локтионов, М.Г. Франгу // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы международной научно-технической конф.; Могилев, 19-20 апреля 2009г.: В 3-х ч. Ч 1 / Могилев: ГУ ВПО Белорусско-российский университет». – 2009. – С.116-117.