СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА КРУЧЕНОЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ НИТИ И ПРЯЖИ Российский патент 2004 года по МПК D01H13/32 

Изобретение относится к прядильному производству текстильной промышленности и может быть использовано для контроля и оптимизации крученой нити и пряжи по величине крутящего момента.

Известно, что наличие упругого крутящего момента в крученой нити или пряже оценивается на практике как равновесность и является важным свойством качества, а также имеет большое практическое значение при ее последующей обработке. Большой крутящий момент в неуравновешенной пряже приводит к образованию петель и сукрутин, что создает дополнительную обрывность при ее дальнейшей обработке, а также снижает качество готовой ткани и трикотажа.

Известен способ определения равновесности нити или пряжи, заключающийся в сведении концов отрезка испытуемой нити или пряжи определенной длины до образования петли [1] с. 41-45. Равновесность испытуемой нити или пряжи оценивают визуально по количеству оборотов петли.

Недостатком данного способа является невозможность численно определить величину крутящего момента нити или пряжи при различной величине осевого усилия растяжения.

За прототип принят способ определения крутящего момента неуравновешенной крученой нити или пряжи, заключающийся в закреплении одного конца испытуемого образца нити или пряжи и осевом приложении силы к его другому концу [2] .

Недостатком данного способа является неточность измерений, обусловленная сложностью определения величины крутящего момента. Кроме того, для определения крутящего момента при различных осевых усилиях растяжения необходимо многократно повторение испытаний при различных массах груза. Данный способ также сложен при исследовании релаксации крутящего момента во времени при постоянной осевой нагрузке и затрудняет производить оптимизацию нити по величине крутящего момента.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерения крутящего момента крученой нити и пряжи, возможность измерения крутящего момента с различной осевой растягивающей силой при однократном испытании, возможность испытания одновременно нескольких отрезков нити с усреднением результатов, возможность измерения величины релаксации крутящего момента нити при постоянной нагрузке в течение длительного времени, а также возможность оптимизации нити по величине крутки для получения требуемой величины крутящего момента.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения крутящего момента крученой текстильной нити и пряжи, заключающемся в закреплении одного конца испытуемого образца нити или пряжи и осевом приложении силы к его другому концу, согласно изобретению испытуемый образец располагают горизонтально и его закрепленный конец устанавливают жестко или с возможностью осевого поворота, а свободный конец испытуемого образца соединяют со вспомогательным образцом уравновешенного на кручение или без кручения длинномерного нитевидного материала, близкого по толщине к испытуемому образцу и имеющего прочность, превышающую прочность испытуемого образца, при этом приложение силы осуществляют однократно или последовательно изменяя величину силы, а испытуемый и вспомогательный образцы соединяют через чувствительный элемент, по которому и судят о величине крутящего момента.

На чертеже показана схема для осуществления заявляемого способа.

Введение чувствительного элемента на конце испытуемого образца (между испытуемым и вспомогательным образцами) выполнено, например, в виде упругой пластины с тензорезисторами, который исключает раскручивание испытуемого образца, позволяет численно определить величину крутящего момента нити и исключает ошибку измерения из-за потери крутки. Однократное или последовательное нагружение исследуемого образца нити путем подвешивания грузов различного веса позволяет определять крутящий момент нити при различной величине осевого натяжения, а также исследовать параметр релаксации крутящего момента нити в течение длительного времени и постоянной нагрузки. Закрепление одного конца испытуемого образца нити с возможность осевого поворота и изменение тем самым величины его крутки при различной величине осевой нагрузки позволяет оптимизировать нить по параметру крутки с условием необходимого либо минимального крутящего момента.

Способ осуществляется следующим образом.

Заявляемый способ осуществляют по схеме (см. чертеж), где 1 - испытуемый образец, 2 - вспомогательный образец, 3 - чувствительный элемент, 4 - блок, 5 - груз, 6 - крепежный винт, 7 - приспособление для поворота конца испытуемого образца, 8 - опора.

Берут отрезок определенных размеров нераскрученной крученой нити или пряжи 1, располагают его в горизонтальном положении, один конец отрезка 1 закрепляют в опоре 8 винтом 6, а ко второму концу отрезка 1 через чувствительный элемент 3 прикрепляют отрезок вспомогательного длинномерного нитевидного материала 2, уравновешенного на кручение (например, швейную нить), либо без кручения (например, капроновую леску), близкого по толщине, жесткости и длине испытуемой нити, но превышающего ее по прочности на разрыв. Свободный конец вспомогательного отрезка 2 перекидывают через блок 4 и прикрепляют к нему груз 5, нагружая тем самым осевой растягивающей силой вспомогательный 2 и испытуемый 1 отрезки и обеспечивая горизонтальное расположение. Чувствительный элемент 3 установлен в направляющей с возможностью продольного перемещения (не показана) при растяжении испытуемого образца 1, т. е. чувствительный элемент 3 не мешает распространению осевого усилия растяжения от вспомогательного 2 к испытуемому 1 отрезкам нити. Незакрепленный конец отрезка крученой испытуемой нити 1 (в точке соединения с чувствительным элементом 3) под действием упругого крутящего момента передает крутящее усилие чувствительному элементу 3, например упругой пластине с тензорезисторами (не показаны). Таким образом, крутящий момент испытуемого отрезка нити 1 преобразуется в электрический сигнал и регистрируется тензометрическим приборам (не показан). Прикрепление груза 5, различного по весу, позволяет изменять осевое растягивающее усилие в испытуемом образце нити 1 и испытывать его при различном осевом усилии растяжения, а наличие приспособления 7 позволяет при ослабленном винте 6 изменять крутку испытуемого образца нити 1 и исследовать влияние крутки нити 1 на величину крутящего момента, а также, изменяя оба параметра (крутку и осевое усилие), оптимизировать пряжу по величине крутящего момента. Кроме того, возможна установка вместо одного отрезка испытуемой нити 1 нескольких (например, 10 штук) отрезков испытуемой нити 1 одинаковой длины, соединенных только по концам. Они создают крутящий момент (регистрируемый чувствительным элементом 3 и тензометрическим прибором), равный сумме крутящих моментов всех исследуемых отрезков нити 1. Поэтому, истинная величина крутящего момента одной нити определяется путем деления полученного результата на количество одновременно испытуемых отрезков нити 1. Это позволяет ускорить проведение испытаний, одновременно повысив их точность при статистической обработке полученных данных.

Примеры практического осуществления способа
Пример 1. Испытание одиночной пряжи при различном осевом усилии растяжения с уравновешенным на кручение вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут один метр пряжи, один конец закрепляют неподвижно, а ко второму концу через чувствительный элемент присоединяют вспомогательную уравновешенную на кручение швейную нить 40 (25 текс). Второй конец швейной нити перекидывают через блок и прикрепляют к нему различные по весу грузы (5 грамм в начальный момент, а далее 50, 100, 150 и т.д. до предела прочности исследуемой пряжи). Чувствительный элемент преобразует упругий крутящий момент испытуемого отрезка пряжи в электрический сигнал, по которому и определяют величину крутящего момента при каждой величине осевой нагрузки. Такое испытание позволяет определять равновесность нити при различной осевой нагрузке.

Пример 2. Испытание одиночной пряжи при различном осевом усилии растяжения с некрученым вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут один метр пряжи, один конец закрепляют неподвижно, а ко второму концу через чувствительный элемент присоединяют капроновую леску диаметром 0,2 мм. Второй конец лески перекидывают через блок и прикрепляют к нему различные по весу грузы (5 грамм в начальный момент, а далее 50, 100, 150 и т.д. до предела прочности исследуемой пряжи). Величину крутящего момента определяют, как и в предыдущем примере, по величине сигнала тензометрической установки. Такое испытание позволяет определять равновесность нити при различной осевой нагрузке.

Пример 3. Испытание одиночной пряжи при постоянной осевой нагрузке и различной величине крутки с уравновешенным на кручение вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут один метр пряжи, один конец закрепляют в специальном поворотном приспособлении, а второй конец через чувствительный элемент и вспомогательную швейную нить 40 (25 текс) нагружают осевой силой 50 грамм. Затем уменьшают величину крутки испытуемой пряжи путем осевого поворота закрепленного конца испытуемой пряжи на 50, 100, 150 и т.д. оборотов до величины крутки, при которой происходит потеря прочности и обрыв испытуемой пряжи при установленной осевой нагрузке (в данном примере 50 грамм). Величину крутящего момента определяют, как и в предыдущих примерах, по величине сигнала тензометрической установки. Такое испытание позволяет определять минимально необходимую крутку пряжи для получения минимального крутящего момента при максимально возможной прочности пряжи.

Пример 4. Испытание одиночной пряжи при постоянной осевой нагрузке и различной величине крутки с некрученым вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут один метр пряжи, один конец закрепляют в специальном поворотном приспособлении, а второй конец через чувствительный элемент и капроновую леску диаметром 0,2 мм нагружают осевой силой 50 грамм. Затем уменьшают величину крутки испытуемой пряжи путем осевого поворота закрепленного конца испытуемой пряжи на 50, 100, 150 и т.д. оборотов до величины крутки, при которой происходит потеря прочности и обрыв испытуемой пряжи при установленной осевой нагрузке (в данном примере 50 грамм). Величину крутящего момента определяют, как и в предыдущих примерах, по величине сигнала тензометрической установки. Такое испытание позволяет определять минимально необходимую крутку пряжи для получения минимального крутящего момента при максимально возможной прочности пряжи.

Пример 5. Испытание одиночной пряжи на релаксацию крутящего упругого момента во времени при постоянной осевой нагрузке.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут 1 метр пряжи, один конец закрепляют неподвижно, а второй конец через чувствительный элемент и вспомогательную швейную нить 40 (либо капроновую леску диаметром 0,2 мм) нагружают осевой силой 50 грамм. Затем измеряют величину крутящего момента при постоянной осевой силе через 30, 60, 180, 240, 300 и т.д. минут. Такое испытание позволяет определять релаксацию нити по крутящему моменту при данной осевой нагрузке.

Пример 6. Испытание одновременно нескольких одиночных отрезков пряжи при различном осевом усилии растяжения с уравновешенным на кручение вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут несколько (например 10) одинаковых по длине (1 метр) отрезков пряжи. Скрепляют все отрезки по концам при одинаковом (5 грамм) натяжении. Одни концы отрезков пряж закрепляют неподвижно, а другие концы через чувствительный элемент соединяют со вспомогательной швейной ниткой 4 (250 текс), один конец которой перекидывают через блок и прикрепляют к нему различные по весу грузы 500, 1000, 1500 грамм и т.д. до предела прочности хотя бы одного из испытуемых отрезков пряжи. Величину крутящего момента определяют по тензометрической установке, разделив показания на количество одновременно испытуемых отрезков пряжи. Такое испытание позволяет более точно определять крутящий момент пряжи с длинноволновой неровнотой и упрощает статистическую обработку результатов.

Пример 7. Испытание одновременно нескольких одиночных отрезков пряжи при различном осевом усилии растяжения с некрученым вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут несколько (например 10) одинаковых по длине (1 метр) отрезков пряжи. Скрепляют все отрезки по концам при одинаковом (5 грамм) натяжении. Одни концы отрезков пряж закрепляют неподвижно, а другие концы через чувствительный элемент соединяют с капроновой леской диаметром 2 мм, один конец которой перекидывают через блок и прикрепляют к нему различные по весу грузы 500, 1000, 1500 грамм и т.д. до предела прочности хотя бы одного из испытуемых отрезков пряжи. Величину крутящего момента определяют по тензометрической установке, разделив показания на количество одновременно испытуемых отрезков пряжи. Такое испытание позволяет более точно определять крутящий момент пряжи с длинноволновой неровнотой и упрощает статистическую обработку результатов.

Пример 8. Испытание одновременно нескольких отрезков пряжи на релаксацию крутящего упругого момента во времени при постоянной осевой нагрузке.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут несколько одинаковых по длине метровых отрезков пряжи, закрепляют их, как описано в примере 6, либо в примере 7, затем нагружают осевой нагрузкой в 500 грамм и измеряют величину упругого крутящего момента через 30, 60, 180, 240, 300 минут. Такое испытание позволяет более точно определять релаксацию нити по крутящему моменту при данной осевой нагрузке для пряжи с длинноволновой неровнотой и упрощает статистическую обработку результатов.

Пример 9. Оптимизация пряжи по крутящему моменту с уравновешенным на кручение вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут один метр пряжи, один конец закрепляют в специальном поворотном приспособлении, а второй конец через чувствительный элемент и вспомогательную швейную нить 40 (25 текс) нагружают осевой силой 5 грамм. Затем измеряют величину крутящего момента. Если эта величина будет больше, чем требуется по условиям (стандарту), то ручкой поворотного приспособления уменьшают крутку испытуемой пряжи (если меньше, то увеличивают) до тех пор, пока крутящий момент станет нужной величины, а полученная крутка станет оптимальной при данной (5 грамм) осевой нагрузке. Затем испытания повторяют при нагрузке 50, 100, 150 грамм и т.д. Такое испытание позволяет определять необходимую крутку пряжи при определенной осевой нагрузке с условием определенного (заданного, стандартного) крутящего момента.

Пример 10. Оптимизация пряжи по крутящему моменту с некрученым вспомогательным материалом.

Испытуемый материал - одиночная хлопчатобумажная пряжа 40 (25 текс), имеющая крутку 800 кр/м. Берут один метр пряжи, один конец закрепляют в специальном поворотном приспособлении, а второй конец через чувствительный элемент и капроновую леску диаметром 0,2 мм нагружают осевой силой 5 грамм. Затем измеряют величину крутящего момента. Если эта величина будет больше, чем требуется по условиям (стандарту), то ручкой поворотного приспособления уменьшают крутку испытуемой пряжи (если меньше, то увеличивают) до тех пор, пока крутящий момент станет нужной величины, а полученная крутка станет оптимальной при данной (5 грамм) осевой нагрузке. Затем испытания повторяют при нагрузке 50, 100, 150 грамм и т.д. Такое испытание позволяет определять необходимую крутку пряжи при определенной осевой нагрузке с условием определенного (заданного, стандартного) крутящего момента.

Преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом:
- повышение точности измерения крутящего момента, т.к. нить не теряет крутки при измерении;
- возможность исследовать влияние изменения осевой нагрузки на крутящий момент на одном отрезке, что повышает точность и ускоряет процесс измерения;
- возможность исследования релаксации упругого крутящего момента во времени при постоянной осевой силе, что позволяет определять пластичность нити по крутке;
- возможность одновременного исследования влияния изменения крутки пряжи и осевой нагрузки на величину крутящего момента, что позволяет оптимизировать пряжу по крутке, подбирая величину крутки с наименьшим крутящим моментом, но обеспечивающим необходимую прочность;
- возможность исследования одновременно нескольких образцов нити для усреднения результатов измерения, что значительно сокращает время испытаний и повышает точность измерений при неравномерной нити.

Источники информации
1. Г. В.Соколов. Теория кручения волокнистых материалов. М.: Легкая индустрия, 1977, 144 с.

2. Авторское свидетельство СССР 1767419, кл. G 01 N 33/36, опублик. 07.10.1992 г.

Способ может быть использован в прядильном производстве текстильной промышленности для контроля и оптимизации крученой нити и пряжи по величине крутящего момента и позволяет повысить точность измерения крутящего момента крученой нити и пряжи, а также измерять крутящий момент с различной осевой нагрузкой и круткой при однократном испытании, испытывать одновременно несколько отрезков нити с усреднением результатов, измерять величину релаксации упругого крутящего момента и оптимизировать нить по величине крутящего момента. Согласно способу испытуемый образец нити или пряжи располагают горизонтально и его закрепленный конец устанавливают жестко или с возможностью осевого поворота. Свободный конец испытуемого образца соединяют со вспомогательным образцом уравновешенного на кручение или без кручения длинномерного нитевидного материала, близкого по толщине к испытуемому образцу и имеющего прочность, превышающую прочность испытуемого образца. Приложение силы осуществляют однократно или последовательно изменяя величину силы, а испытуемый и вспомогательный образцы соединяют через чувствительный элемент, по которому и судят о величине крутящего момента. 1 ил.

Способ определения крутящего момента крученой текстильной нити и пряжи, заключающийся в закреплении одного конца испытуемого образца нити или пряжи и осевом приложении силы к его другому концу, отличающийся тем, что испытуемый образец располагают горизонтально и его закрепленный конец устанавливают жестко или с возможностью осевого поворота, а свободный конец испытуемого образца соединяют со вспомогательным образцом уравновешенного на кручение или без кручения длинномерного нитевидного материала, близкого по толщине к испытуемому образцу и имеющего прочность, превышающую прочность испытуемого образца, при этом приложение силы осуществляют однократно или последовательно изменяя величину силы, а испытуемый и вспомогательный образцы соединяют через чувствительный элемент, по которому судят о величине крутящего момента.