Теоретические основы комплексной технологии окончательной влажно-тепловой обработки верхней мужской одежды
Скачать 1.03 Mb.
|
| Во второй главе представлены теоретические основы проектирования процессов окончательной ВТО швейных изделий. Разработка методов проектирования процессов ВТО является проблемой, вызванной трудностями аналитических исследований текстильных материалов, представляющих собой сложную систему. Кроме того, решение этих вопросов связано с учетом положений физико-механических свойств и макромолекулярной теории полимеров, термодинамики, в том числе теории тепломассопереноса в капиллярно-пористых телах, тепловой кинетики и аэродинамики. Решить эту проблему можно только путем применения формализованного метода анализа, основным методологическим приемом которого является системный подход. Согласно системному подходу разработку необходимо рассматривать как целостную упорядоченную систему, состоящую из ряда подсистем. На первом этапе системного подхода проведен качественный анализ объекта разработки, позволивший установить подсистемы и их целевые функции: при переводе волокон тканей в высокоэластическое и застеклованное состояния, прессования, виброформования и сушки швейных изделий. При этом реализация проблемы разработки методов проектирования процессов ВТО непосредственно связана с решением задачи прогнозирования и определения их эффективности. Взаимосвязь целевых функций подсистем, их параметры и требования обуславливают необходимость соответствующих исследований, направленных на решение задач разработки процессов ВТО и их реализации в промышленности. Выполненный качественный анализ позволил выявить структурную схему количественного этапа работы (рисунок 1).  Рисунок 1 - Структурная схема количественного этапа разработки технологического процесса окончательной ВТО швейного изделия Окончательная влажно-тепловая обработка (ВТО) характеризуется циклическими теплофизическими нагрузками, обусловливающими знание соответствующих параметров следующих этапов: − перевод волокон тканей изделия в высокоэластическое состояние; − статическое механическое воздействие на отдельные участки изделия; − динамическое механическое воздействие на изделие; − сушка изделия; − перевод волокон тканей изделия в застекленное состояние. При этом: − перевод волокон тканей в высокоэластическое состояние осуществляется технологическим паром, подаваемым как с лицевой, так и с изнаночной сторон швейного изделия; − сушка производится нагретым воздухом с изнаночной стороны изделия; − перевод волокон тканей в застеклованное состояние производится воздухом из окружающей среды просасыванием через изделие. Для эффективного проведения вышеупомянутых этапов окончательной ВТО швейных изделий разработаны математические модели, описывающие теплофизические процессы во времени. В качестве основного объекта математического моделирования в диссертации принят мужской пиджак как наиболее сложное швейное изделие. Моделирование процесса перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние производится с учетом распределения тепла по элементам изделия. При этом в качестве основного теплоносителя и пластификатора используется технологический пар. В начальный момент пропаривания температура ткани  и воды  принята меньше 100 С и происходит передача тепла паром нитям тканей и его конденсация.Пар характеризуется: плотностью  , скоростью распространения  , давлением  . Состояние воды и ткани характеризуются: плотностью ткани -  ; плотностью воды -  ; температурой ткани ; температурой воды - .Обозначим  некоторую трехмерную область ткани, через которую происходит передача тепловой энергии от пара к ткани.Пусть  ,  - теплоемкость и плотность ткани,  - плотность воды в ткани,  - теплоемкость воды, тогда уравнение теплового баланса будет иметь вид: В силу произвольности области и непрерывности подынтегральной функции приходим к уравнению: (1)Будем характеризовать процесс образования воды из проходящего пара коэффициентом конденсации  , считая, что: (2)где:  - плотность пара; – плотность воды.С учетом неразрывности потока пара получим.  (3)где: -  .Уравнение (3) определяет изменение плотности пара во времени и пространстве и является искомым уравнением неразрывности потока пара и определяет изменение скорости пара во времени и пространстве:  . (4)Для вывода уравнений, характеризующих температуру  проходящего пара, проанализируем изменение полной энергии единицы объема пара  : ,где:  - внутренняя энергия единицы объема пара; - кинетическая энергия единицы объема пара.В результате ряда преобразований получим:  (5)Таким образом, для данного процесса ВТО при  имеем уравнения (1-5), (уравнение (4) - векторное, для трех компонент скорости) для нахождения неизвестных:  и  .Пусть теперь температура волокон 100С. При этом происходит нагревание волокон и испарение воды. В этих условиях температуры воды и ткани будут различными,  .Уравнение (1) примет вид с учетом нагревания ткани:  (6)Уравнение (2) также изменится:  (7)где:  - коэффициент теплопередачи от пара к воде; - коэффициент теплопередачи от ткани к воде.В уравнении (2.3) следует положить,  и тогда получим обычное уравнение непрерывности: (8)В уравнении (5) следует положить и убрать члены, описывающие конденсацию пара. Тогда получим: (9)Уравнение Эйлера (4) не изменится. Запишем его с учетом  . Тогда имеем: (10)Таким образом, для данного процесса ВТО при  имеем уравнения (6) - (10), для нахождения 7 неизвестных:  где:  . Для уравнений (1) и (6) граничные условия выглядят так: (11)где:  - температура внешней среды; - температура нижней подушки; - коэффициент теплоотдачи с поверхности ткани, не прилегающей к нижней подушке; - коэффициент теплоотдачи с поверхности нижней подушки в ткань; - поверхность ткани, прилегающей к нижней подушке; - поверхность ткани, не прилегающая к нижней подушке.Начальные условия для уравнения (1):  , (12)где:  - первоначальная температура ткани.Пусть  - момент времени, при котором  , начиная с момента, происходит переход от системы уравнений (1 - 5), к системе уравнений (6 - 10).Уравнения (6 - 10) решаются до момента  ( - момент перехода волокон в высокоэластичное состояние):  , где  - температура перехода волокон в высокоэластическое состояние.Системы квазилинейных дифференциальных уравнений в частных производных (1 - 5), и (6 - 10) могут быть решены численным методом по неявной схеме (для обеспечения устойчивости) с применением метода факторизации, или же прогонки. Уравнения (1 - 5) в цилиндрической системе координат приобретают следующий вид:  (13) ; (14) ; (15) ; (16) (17)Граничные условия для уравнений (13 - 17) такие же, как и для уравнений (1 - 5), только при  следует положить r = 0, а при  следует положить r = Н, где Н - толщина ткани. В начальных условиях следует положить х = rmin + r. Уравнения (6 - 10) выглядят следующим образом: ; (18) ; (19) ; (20) ; (21) . (22)Граничные и начальные условия для уравнений (18 - 22) преобразуются так же, как и для уравнений (13 - 17). (Уравнение (16) остается без изменений). В кратком виде для облегчения написания разностных схем, реализующих численный алгоритм расчета уравнения (13 - 17) приобретут вид:  (23)Коэффициенты А0, В0, C, D, E0 зависят от состояния процессов ВТО. Введем обозначения:  где rк, tj - узлы вычислительной сетки для переменных (r, t). Запишем систему разностных уравнений для системы (23):  (24)где: h - шаг по переменной r; - шаг по переменной t. Если ввести многомерный вектор  , то уравнения системы (24) могут быть записаны в виде: (25)где матрицы  получаются из коэффициентов системы (24) при приведении ее к виду (25). Система (25) эффективно решается при помощи метода факторизации, или метода прогонки, согласно формулам: (26)при условии  , к = 1, 2, ..., n.Окончательно получим разностное уравнение вида (25), которое решается методом факторизации (26). Рассматриваемые разностные аппроксимации имеют первый порядок точности по временной переменной и второй порядок точности по пространственной переменной. Таким образом, получена математическая модель перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние в процессе пропаривания при окончательной ВТО, позволяющая оптимизировать соответствующие параметры. Расчет параметров осуществляется на ПК, согласно разработанному алгоритму (рисунок 2). В  результате расчета получены значения функции температуры Т(tк, хj) в моменты времени tк = к0,1 на множестве точек xj = j0,1 (х - толщина ткани).Аналогичные расчеты были проведены для всех этапов ВТО. Результаты теоретических исследований, позволяют получить математические модели регулировки и управления теплофизическими процессами ВТО, включающими:
Д Рисунок 2 – Алгоритм расчета параметров перевода волокон тканей в высокоэластичечкое состояние при окончательной ВТО К - № процесса ВТО. ля примера ниже приведена математическая модель управления процессом перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние Процесс перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние характеризуется следующими параметрами: температурой ткани  , температурой пара  , плотностью пара  , скоростью пара  , температурой воды  , плотностью воды  . Эти параметры представляются функциями  ,  ,  ,  ,  , где  – текущее время, и рассчитываются системой управления согласно уравнениям, полученным представленным выше. (27) (28) (29) . (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36)В процессе перевода волокон в высокоэластичное состояние в каждый момент времени t измеряются реализуемые значения  ,  ,  ,  ,  , которые сравниваются со значениями  ,  ,  ,  ,  , вычисленными системой управления. При расхождении величин реального процесса и величин, вычисленных системой управления до 10%, подается команда о неудовлетворительном качестве данного процесса ВТО, и процесс останавливается с целью анализа причин плохого качества процесса. Функции , , , , позволяют определять момент окончания процесса перевода волокон в высокоэластичное состояние и подавать на регулятор предварительную команду о моменте переходе на другой режим. Следует также учесть, что функции , , , , будут зависеть от характеристик ткани: плотности ткани  , коэффициента теплопроводности  , что позволяет рассчитать функции , , , , для различного вида тканей и учесть характеристики тканей для рассматриваемого процесса ВТО. Управление процессом перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние осуществляется системой управления согласно разработанной блок - схеме (рисунок 3). Проведенный системный анализ проблемы разработки методов проектирования процессов окончательной ВТО позволил выявить подсистемы и их элементы, установить целевые функции и определить структуру технологического процесса окончательной ВТО– метод, последовательность и условия о  бработки, а также способ обработки.При этом установлено, что параметры теплового воздействия на полуфабрикат во времени изучены не в полной мере. В результате данного анализа разработана структурная схема проектирования и разработки нового способа и эффективного технологического процесса окончательной ВТО на примере мужского пиджака. Установлено, что предпочтительной в технологическом плане является окончательная ВТО мужского пиджака с одного навешивания. Рисунок 3 – Блок – схема управления процессом перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние Получены теоретические математические модели, в том числе алгоритмы для расчета параметров теплофизических процессов и блок-схемы управления теплофизическими процессами при окончательной ВТО. В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований теплофизических процессов окончательной влажно-тепловой обработки швейных изделий для проверки сходимости результатов, с теорией, представленной в предыдущей главе, а также оптимизация температурных и временных параметров окончательной ВТО. Объектом исследований был выбран мужской пиджак, как наиболее сложное изделие. В процессе исследований испытывались пакеты 38 видов тканей с различным содержанием искусственных и синтетических волокон. Ниже приведены экспериментальные данные для пакета тканей исследуемого мужского пиджака состоящего из ткани камвольной, арт. 218 (шерсть 55%, полиэстер 45%), подкладки из ткани подкладочной арт. 2С2КВ, ГОСТ 20272-83 (вискоза 100%) и ткани прокладочной с регулярным клеевым точечным покрытием, арт. 86040 (лавсан 67%, вискоза 33%, клеевой порошок П548). Экспериментальные исследования осуществлялись на специально разработанном и изготовленном стенде (рисунок 4). При этом регистрация и запись температурных показателей ВТО производились одновременно в 18 точках посредством малоинерционных термопар ХК 0,2. Для каждого конструктивного элемента мужского пиджака были разработаны индивидуальные схемы размещения термопар, как для измерения температурного градиента, так и для измерения температурного поля. Предложенный стенд позволяет моделировать с достаточной точностью процесс окончательной ВТО мужского пиджака и проводить экспериментальные исследования процессов теплового воздействия на его основные конструктивные элементы.  Рисунок 4 – Стенд для исследований температурных параметров влажно-тепловой обработки при прессовании конструктивных элементов мужского пиджака где: 1 – установка для ВТО мужского пиджака; 2 – парогенератор; 3 – компрессор; 4 – осциллограф с блоком питания Полученные в результате экспериментальных исследований данные позволили разработать математические модели перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние, а также модели тепловых процессов при прессовании, виброформовании и переводе в застеклованное состояние, для определения значений температуры во времени в различных точках по толщине пакетов тканей конструктивных элементов мужского пиджака, а построенные графики устанавливать характер распределения температуры в процессе ВТО. При этом аппроксимация и ее оценка проводились в процессе обработки полученных данных с использованием математического аппарата программ «MathCad и Maple». Для всех конструктивных элементов пиджака разработаны математические модели процесса перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние, а также модели тепловых процессов при прессовании, виброформовании и переводе волокон ткани в застеклованное состояние. Ниже для примера приведены некоторые из них. При переводе волокон тканей в высокоэластическое состояние технологическим паром с температурой Тпара ≥ 135оС: Зависимость температуры от толщины пакета тканей во времени при пропаривании спинки (рисунок 5): 1 - при t = 0; T = 20,00 0,01b + 0,07b2 0,13b3 + 0,07b4; (37) 2 - при t = 2; T = 102,16 68,91b + 96,59b2 99,05b3 + 46,92b4; (38) 3 - при t = 4; T = 132,38 94,25b + 132,09b2 135,43b3 + 64,16b4; (39) 4 - при t = 6; T = 143,50 103,58b + 145,16b2 148,82b3 + 70,50b4. (40) где: b – толщина пакета тканей в мм; t – длительность обработки в секундах.  Рисунок 5 − Распределение температуры по толщине пакета тканей при пропаривании спинки. 1-до пропаривания, 2-4 через 2, 4, 6, с пропаривания. Зависимость температуры от времени по толщинам пакетов тканей при пропаривании спинки (рисунок 6): 1- при b = 0; T = 19,33 + 72,75t 24,41t2 + 4,55t3 0,32t4 ; (41) 2 - при b = 0,6; T = 19,51 + 53,16t 17,83t2 + 3,33t3 0,24t4 . (42)  Рисунок 6 − Распределение температуры во времени по толщинам пакета тканей при пропаривании спинки 1-на лицевой поверхности, 2-на толщине 0,6 мм После перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние стойка воротника, верх каждого рукава, верх рукавов ниже подокатников и клапаны карманов одновременно прессуются, пропариваются с двух сторон с последующим прессованием без пропаривания, а плечевые окаты и лацканы одновременно прессуются и пропариваются со стороны лицевой части изделия с последующим прессованием без пропаривания. При этом: температура пара Тпара ≥ 135оС, температура рабочих поверхностей гладильных подушек Тпод ≥ 150оС, температура рабочей части манекена Тман ≥ 110оС. Зависимость температуры от толщины пакета тканей во времени при прессовании (рисунок 7): 1-при t = 1 с; T=121,69-18,979·b+5,382·b2-0,654·b3+0,0284·b4; (43) 2-при t = 2 с; T=129,04-16,838·b+3,965·b2-0,424·b3+0,0166·b4; (44) 3-при t = 3 с; T=140,68-20,117·b+4,471·b2-0,458·b3+0,0175·b4; (45) 4-при t = 4 с; T=144,58-6,047·b-0,176·b2+0,091·b3-0,0049·b4; (46) 5-при t = 5 с; T=147,79-7,471·b+0,525·b2-0,029·b3+0,0018·b4; (47) 6-при t = 6 с; T=149,75-7,418·b+0,606·b2-0,051·b3+0,0031·b4; (48) где: b – толщина пакета тканей в мм; t – длительность обработки в секундах.  |
Похожие:
 | Теоретические основы комплексной технологии окончательной влажно-тепловой... «Орловский государственный технический университет» (Орелгту) и Государственном образовательном учреждении высшего профессионального... |  | Т. В. Сазанова теоретические основы и технологии по естествознанию В. Сазанова. Теоретические основы и технологии по естествознанию. Учебно-методический комплекс. Методические указания и индивидуальные... |
| Пояснительная записка Тематический план дисциплины Курс Практические работы по технологии обработки металлов дает студентам теоретические знания и помогает овладеть практическими умениями... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательная: Обучение верхней прямой подачи (добиться самостоятельного выполнения основы техники верхней прямой подачи) |
| Программа вступительных испытаний Тема Теоретические основы растениеводства Теоретическое обоснование диапазона оптимальной влагообеспеченности полевых культур. Биологические основы разработки системы удобрений.... | | Рабочая программа по дисциплине Теоретические основы электротехники Дисциплина: «Теоретические основы электротехники» относится к циклу профессиональных дисциплин, для ее изучения студент должен обладать... |
| Рабочая программа учебной дисциплины теоретические основы автоматизированного управления Для изучения дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» студентам необходимо обладать знаниями, умениями и... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Создаются системы динамики потерь пищевой ценности продукта. Динамика роста и гибели микроорганизмов в процессе тепловой обработки... |
| 2. Теоретические основы образовательных технологий, лежащих в основе... После работы на семинаре рекомендуем провести школьное совещание при здувре, проанализировать данное направление, скоординировать... | | Программа дисциплины «Теоретические основы конструирования, технологии... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для... |
| И. В. Кузьмин «29» августа 2013 года «Информатика»: Учебник для 7 класса Угриновича Н. Д., 2007г. Материал учебника структурирован по трем главам, содержащим соответственно... | | Эффективность современных методов диагностики и лечения в комплексной... Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный... |
| Рабочая программа пд по изобразительному искусству и технологии «Основы дизайна и дизайн одежды» Дизайн- это проектирование объектов, в которых форма соответствует их назначению, соразмерна фигуре человека, экономична, удобна... | | Рабочая программа по дисциплине В. В ресурсосберегающие экологически... В. в ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства одежды из ткани |
| Учебное пособие Технологии обработки информации. Технологии хранения,... Технологии обработки информации. Технологии хранения, поиска и сортировки информации в бд. Учеб. Пособие. М. МиигаиК, 2014. 31с | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «мдк теоретические и методические основы организации различных видов деятельности детей раннего и дошкольного возраста» Теоретические... |
