УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к легкой промышленности, в частности, к техническим средствам для оценки жесткости и драпируемости легкодеформируемых волокнистых систем, преимущественно текстильных материалов.
Известны методы определения драпируемости, основанные на определении количества складок, образующихся на материале в результате его свисания при наколке иглой, либо на определении проекции диска из материала при укладке на круглую столешницу, а также устройства для их осуществления [Практикум по материаловедению в производстве изделий легкой промышленности (с.182-196): Учебник для студ. вузов / под ред проф. А.П.Жихарева. М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 454 с.].
Известны способы оценки жесткости путем определения изгиба образцов материала с помощью консольного метода либо кольцевого метода с использованием приборов ПТ-2 или ПЖУ-12М1 [там же]. Общим недостатком упомянутых известных устройств является их низкая производительность, неудовлетворительная точность оценок, ограниченные технологические возможности.
Известно устройство, описанное в патенте РФ №2163017, публ. 10.02.2001, с помощью которого реализуется способ определения жесткости и анизотропии жесткости текстильных материалов при изгибе, выполненное в виде круглой горизонтальной опорной площадки с неподвижной центральной и подвижной внешней частью и снабженное указателем прогиба. При опускании внешней подвижной части опорной площадки края испытуемого образца, выполненного в виде «ромашки» и прижатого с помощью груза по центру к неподвижной центральной части опорной площадки, изгибаются. Шкала указателя прогиба дает абсолютные значения прогиба, на основании которых по известной формуле получают значение условной жесткости. Технологические возможности известного устройства ограничены определением значения жесткости текстильных материалов, при этом для более полной оценки их свойств, в частности, для оценки драпируемости, необходимо использование дополнительных устройств и приспособлений.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является описанное в пат. РФ №2413223, опубл. 27.02.2011, устройство для оценки драпируемости швейных текстильных и кожевенных материалов, включающее генератор механических колебаний, компьютер, цифро-аналоговый преобразователь, усилитель, цифровую видеокамеру, зажимы образца материала и стойку для установки, фиксации и возвратно-поступательного движения одного из зажимов при нагружении и деформации образца, а также оптическую линейку для измерения величины деформации, приспособление для задания нагружения и шкалу для визуализации величины нагружения. Устройство обеспечивает получение данных, обработка которых с помощью входящего в его состав процессора позволяет с высокой точностью определить коэффициент драпируемости и сформировать электронную базу данных драпируемости различных текстильных материалов.
Однако известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, не позволяющими одновременно оценить другие характеристики текстильных материалов, в частности, жесткость, представляющую собой одну из основных характеристик волокнистых систем.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание универсального и экономически выгодного устройства, обеспечивающего возможность комплексной оценки основных характеристик текстильных материалов с одновременным созданием базы данных по полученным результатам.
Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей устройства, а также в повышении экономической целесообразности его применения за счет обеспечения возможности одновременной оценки двух основных характеристик текстильных материалов.
Указанный технический результат обеспечивается устройством для комплексной оценки свойств текстильных материалов, содержащим генератор механических колебаний, компьютер, цифро-аналоговый преобразователь, усилитель, цифровую видеокамеру, зажимы образца материала, один из которых выполнен с возможностью перемещения, которое, в отличие от известного, дополнительно содержит компьютерную мышь, связанную с входом системного блока компьютера и установленную непосредственно у выполненного с возможностью перемещения зажима, который представляет собой оптически активный элемент.
На фиг.1 приведена принципиальная структурно-кинематическая схема устройства, на фиг.2 представлен интерфейс расчета жесткости и опций с помощью компьютера в интерактивном режиме.
Устройство (фиг.1) содержит генератор механических колебаний (ГМК) 1, компьютер 2 и оптоэлектронную систему, в состав которой входит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 3, предназначенный для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, а также усилитель 4, зажимы для фиксирования срезов образца материала, при этом верхний зажим 5 является неподвижным, а нижний зажим 6, представляющий собой оптически активный элемент, является вариативно подвижным, т.е. выполнен с возможностью перемещения. Устройство включает также компьютерную мышь 7 лазерного исполнения, которая для обеспечения максимальной чувствительности устанавливается у подвижной опоры 8 на расстоянии близком к нулю от перемещаемого нижнего среза образца, монтажный кронштейн 9 с общей стойкой для установки, ориентации и обеспечения возвратно-поступательного перемещения зажима 6 со срезом образца 10 при колебаниях последнего. Устройство также снабжено цифровой видеокамерой (на фиг.1 не показана).
На фиг.2 приведена фотография конкретного осуществления предлагаемого устройства в виде экспериментального стенда: 1 - исследуемый образец, 2 - нижний зажим (подвижный оптически активный элемент), 3 - верхний зажим, 4 - ГМК, 5 - монтажная стойка стенда, 6 - системный блок компьютера, 7 - усилитель.
Решение поставленной задачи основано на использовании в качестве измерительной информации колебаний исследуемого образца легкодеформируемых, преимущественно текстильных, материалов.
С учетом того, что драпируемость зависит от жесткости материала, спектры частот собственных колебаний материалов являются информативным параметром как параметра жесткости, так и коэффициента драпируемости.
2
Поскольку жесткость материала при прочих заданных и равных условиях является функцией плотности ρ, т.е. ЕL=φ(ρ), в первом приближении можно считать, что количество генерируемых в образце стоячих волн является функцией жесткости m=φ(f,EL)., что имеет физический смысл.
Устройство работает следующим образом.
i
i
Образец материала 10, установленный в зажимах 5 и 6, монтируют перед измерением так, что верхний зажим 5 соединяется с ГМК 1, установленным на кронштейне 9. Посредством звуковой карты компьютера 2 в диапазоне спектра собственных частот материала в цифровом виде задаются вынужденные колебания рабочего элемента ГМК 1, которые в ЦАП 3 преобразуются в аналоговые сигналы напряжения и усиливаются в блоке 4. Таким образом, с помощью генератора механических колебаний в квазирезонансном (близком к резонансному) спектре частот в диапазоне от 0.1 до 20 Гц (в зависимости от требуемой чувствительности измерительной системы) дискретно с шагом 0.1 Гц создаются поперечные колебания одного из концевых срезов исследуемого материала (закрепленного в зажиме 5) с амплитудой 5-10 мм до достижения параметров колебаний, близких к резонансному j-ому спектру . Значения квазирезонансной амплитуды и частоты, которые устанавливают по максимальной амплитуде колебаний другого среза образца, закрепленного в зажиме 6, с помощью этого зажима и компьютерной мыши 7 лазерного исполнения по одному из входов передаются в компьютер 2 и фиксируются в его памяти. По второму входу компьютера 2 вводится исходная информация о характеристиках исследуемого образца материала: линейные размеры (l) и погонный вес (p).
i
После определения резонансных частот для каждого образца осуществляется расчет параметров жесткости ЕI по заложенной в память компьютера программе и по результатам расчетов формируется технологическая база данных в виде программного пакета Excel.
j
peз.
При частоте генерируемых поперечных волн, близкой к резонансной f,, расчет для k-ого образца материала осуществляется по приведенной ниже формуле:
,
j,рез
ik
j
i
где f - измеренное значение резонансной секундной частоты k-ого образца материала, р - погонный вес k-ого образца;  - момент инерции k-ого образца прямоугольного сечения; g-гравитационная постоянная, λ - параметр j-ого резонансного спектра собственных колебаний материала, который определяют по известной длине образца (l) через известные соотношения [Железняков А.С., Шеромова И.А., Старкова Г.П. Моделирование и автоматизация подготовительных процессов швейного производства. - Новосибирск: Сибвузиз-дат, 2007. - 204 с. - Таблица на с.42].
На фиг.3 представлен интерфейс программы расчета жесткости, работа с которым в интерактивном режиме осуществляется следующим образом:
1 шаг. Ввод исходных данных и установка начальной и конечной частоты, шаг приращения и временного интервала изменения частоты.
2 шаг. Запуск системы измерения и расчета.
Под надписью «текущая частота» на экране компьютера в режиме реального времени отображется значение текущей частоты. Под надписью «резонансная частота» будет отображаться та частота, при которой была зафиксирована максимальная условная амплитуда, значения которой также в режиме реального времени будут отображаться на экране компьютера под соответствующей надписью.
3 шаг. Расчет жесткости материала по команде «рассчитать», после которого в ячейку автоматически вносится расчетное значение жесткости материала с указанием формулы.
Для оценки драпируемости с помощью предлагаемого устройства в исследуемом и эталонном образцах аналогичным образом в диапазоне их собственных частот возбуждают поперечные колебания, при этом с помощью цифровой видеокамеры фиксируют число образующихся в упомянутых образцах стоячих волн. С видеокамеры информация в оцифрованном виде передается в компьютер, где осуществляется ее обработка по соответствующему заданному алгоритмус визуализацией результатов на экране компьютера и их одновременной записью в виде базы данных.
Коэффициент драпируемости  подсчитывают по установленной ранее (пат. РФ №2413223, опубл. 27.02.2011) формуле:
,%,
где  - установленный одним из известных способов коэффициент драпируемости для образца эталонной длины, используемый в последующих расчетах для всех исследуемых образцов;
э
j
- коэффициент коррекции, равный , где m - количество стоячих волн, приходящихся на базовый образец эталонного размера; m - количество стоячих волн, приходящихся на длину i-ого образца материала.