УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE TO ASSESS PROPERTIES OF TEXTILE MATERIALS

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности, в частности к техническим средствам для оценки деформационных свойств и раздвигаемости нитей текстильных материалов при механическом нагружении, в частности при шитье.
Известно устройство (патент РФ №2429448, опубл. 2011.09.20) для измерения продольной и поперечной деформации текстильных материалов, которое содержит зажимы, монтажный столик для установки образцов материала, механизм задания управляемого одномерного нагружения, содержащий винтовую передачу и упругие элементы, стрелку-расправитель образующейся на образце при его продольном нагружении спиралеобразной кромки, выполненную с возможностью ее поперечного и продольного движения относительно испытуемого образца, а также регистрирующий блок с процессором, обеспечивающий преобразование величины перемещения стрелки-расправителя в значения деформации. Известное устройство обладает ограниченными технологическими возможностями, поскольку обеспечивает оценку только деформационных свойств текстильных материалов. Кроме того, процедура поочередного измерения продольных, а затем поперечных деформаций вносит дополнительные погрешности в результаты измерений и приводит к недостаточно точной оценке измерения.
Раздвигаемость представляет собой смещение нитей в тканях под воздействием внешних сил, которое чаще всего происходит около швов, а также на участках, испытывающих значительные многократные напряжения (пройма, локтевые участки рукавов и т.п.), и возникает из-за недостаточного тангенциального сопротивления взаимному перемещению нитей ткани (недостаточного трения между нитями).
Наиболее близким к заявляемому является устройство для оценки раздвигаемости нитей текстильных полотен РТ-2, используемое в соответствии с ГОСТ 22730-87 «Полотна текстильные. Метод определения раздвигаемости», которое содержит средства фиксации и нагружения исследуемого образца, включающие приводимый в движение от электродвигателя через червячную передачу барабан, на котором закрепляют один конец пробы, плоские губки из твердой резины, между которыми пропускают исследуемый образец, резиновый ролик, поводок с грузом для фиксации образца материала и перемещения зоны деформирования посредством коромысла, при этом средством определения информативных параметров служит шкала нагрузок, расположенная на другом его конце, и пластмассовая пластинка, размещенная на расстоянии 6,0±1,0 мм от зажимающих губок.
Существенная погрешность измерения раздвигаемости нитей основы и утка текстильных материалов с помощью известного устройства определяется субъективностью фиксации момента считывания значений информативных параметров, а также их визуального считывания, при этом технологические возможности известного устройства ограничены возможностью оценки только раздвигаемости текстильных нитей, а процедура измерения является длительной и трудоемкой с учетом необходимости расчета среднего результата из 10 измерений.
Задачей изобретения является создание простого в использовании устройства, обеспечивающего объективную и достоверную комплексную оценку свойств текстильных материалов.
Технический результат изобретения заключается в расширении технологических возможностей устройства за счет обеспечения возможности оценки с его помощью деформационных свойств и раздвигаемости нитей текстильных материалов при одновременном упрощении процедуры измерения, а также в повышении объективности и достоверности оценки.
Технический результат достигается устройством для оценки свойств текстильных материалов, содержащим средства фиксации и нагружения исследуемого образца, а также средства регистрации и оценки информативных параметров, в котором, в отличие от известного, средства нагружения включают мотор-редуктор с приводом, связанный посредством винтовой передачи и упругих элементов с подвижной кареткой, несущей гребенку с набором игл, зажим и опорную подложку для исследуемого образца и выполненной с возможностью вариативного положения рабочих органов, а средства регистрации и оценки информативных параметров выполнены в виде трех оптически активных элементов и веб-камеры, скоммутированных с процессором, который посредством блока сопряжения и микроконтроллера связан с мотором-редуктором.
На чертеже представлена структурно-кинематическая схема устройства для определения свойств текстильных материалов: деформационных характеристик и степени раздвигаемости нитей.
Устройство содержит станину 1, привод 2, который через винтовую передачу 3 обеспечивает прямолинейное движение штанги 4, связанной через упругие элементы 5 с подвижной кареткой 6, несущей на себе зажим исследуемого образца 7, гребенку 8 с иглами 9 и опорную подложку 10; монтажный столик 11, неподвижный зажим 12, направляющую опору 13, на которой установлена регулируемая по длине штанга 14 с размещенной на ней веб-камерой 15; процессор 16, который посредством микроконтроллера 17 через блок сопряжения 18 управляет мотор-редуктором (МР); три оптически активные метки 19, 20 и 21, закрепленные на элементах конструкции, и оптически прозрачная ограничительная пластина 22. Для обеспечения необходимой чувствительности измерительной системы веб-камера 15 выполнена с возможностью вертикального и горизонтального перемещения на штативе 14 и на опорах 13 станины 1.
Устройство предназначено для работы в двух режимах: в режиме измерения деформационных характеристик и в режиме оценки раздвигаемости нитей текстильных материалов.
При использовании устройства в режиме измерения деформационных характеристик текстильных материалов в память процессора 16 вносят необходимые для формирования информации исходные данные (начальные параметры образца 23, вид материала, плотность, волокнистый состав и т.д.).
Располагают объект исследования перед объективом веб-камеры 15 (при этом образец можно не фиксировать) и поочередно в интерактивном режиме с помощью разработанной программы задают все характерные линии участков исследуемой области (участки А, В и С показаны на чертеже). Веб-камера считывает границы образца (материал или его отсутствие) в условно определенных местах, характеризующих продольную и поперечную деформацию образца. Для повышения чувствительности (веб-камеры и устройства в целом) перед началом измерения определяют цвет фрагментов поверхности условно фиксированных областей А, В и С. В зависимости от цветовой гаммы исследуемого образца возможны два варианта выбора подложки: для образца светлой гаммы подложка под ним должна быть темной, преимущественно черной, а для темного образца - белой.
После этого образец фиксируют при помощи зажимов 7 и 12. При этом гребенка 8 с иглами 9 находится в нейтральном (выключенном) положении и не взаимодействует с образцом. Оптически прозрачная пластина 22, установленная над монтажным столиком параллельно его поверхности на расстоянии, сравнимом с толщиной образца, позволяет избежать присборивания последнего.
Затем, в соответствии с заложенной программой, от процессора 16 поступает команда мотор-редуктору МР и посредством привода 2 приводится в действие вся система нагружения, обеспечивающая деформацию образца 23.
В режиме реального времени процессор 16 на основании данных (информативных параметров), получаемых от оптических меток 19 и 20 и веб-камеры 15, и загруженной в его память информации по соответствующим алгоритмам производит расчет деформационных характеристик, а именно значения поперечной и продольной деформации образца, коэффициента сужения, условного коэффициента Пуассона, и осуществляет передачу информации в соответствующий раздел электронной базы данных для различных видов текстильных материалов.
Перед началом работы устройства в режиме оценки раздвигаемости нитей текстильных материалов освобождают подвижный зажим среза образца материала перемещением пластинки зажима 7 в крайнее верхнее положение. После этого по всей ширине образца настраивают глубину опускания гребенки 8 с иглами 9 и их взаимное положение относительно друг друга в поперечном направлении в соответствии с видом волокнистой системы (структурой текстильного материала).
После подготовки образца текстильного материала 23 согласно требованиям ГОСТ 22730-87 испытуемый материал одним концевым срезом устанавливают в неподвижном зажиме 12, а другим концевым срезом помещают на подложку 10 неметаллического типа в подвижный зажим 7, кинематически связанный с игольчатой гребенкой 8, установленной на подвижной каретке 6.
После ввода исходных данных о виде материала и его волокнистом составе в память процессора оператор поворотом ручки, связанной с игольчатой гребенкой 8, насквозь прокалывает иглами 9 испытуемый материал с частичным внедрением игл в неметаллическую опорную подложку 10, при этом в интерактивном режиме процессор 16 дает знать о возможности начала измерения и оценки коэффициента раздвигаемости. При подтверждении соответствующей индикацией возможности начала эксперимента оператор включает МР с винтовой передачей 3 для перемещения подвижного зажима 7 с подложкой 10 и игольчатой гребенкой 8 по направляющим 13 станины 1.
Привод 2 через кинематические звенья и упругие элементы 5 перемещает неметаллическую подложку 10 вместе с подвижным зажимом 7, при этом усилие передается гребенке 8 с иглами 9, которые в ходе своего перемещения деформируют и раздвигают пакет нитей волокнистой системы материала относительно линии его прокола.
Информация о начале движения каретки 8 с иглами 9 и деформации упругих элементов фиксируется посредством оптических меток 20, 21 и веб-камеры 15 и в виде соответствующего количества пикселей передается в процессор 16, который определяет коэффициент раздвигаемости пакета нитей под действием нагружения с использованием предварительно установленной калибровки «перемещение-нагрузка».
В экспресс-режиме в момент достижения гребенкой 8 с иглами 9 величины перемещения 2 мм фиксируется приложенное усилие (P).
Затем посредством расчетной процедуры определяется коэффициент раздвигаемости (K) исходя из следующих соотношений:
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>X</mi><mi>P</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow><mi>H</mi></mfrac></mrow>
P=CX, мм,
,
,
где C - жесткость упругого элемента, X - деформация (перемещение границы упругого элемента), H - размерность единицы нагружения (в ньютонах).
При K=2 в соответствии с информацией, поступающей от процессора 16 через микроконтроллер 17 и блок сопряжения 18, формируется команда останова МР и винтовой передачи 3.
После остановки привода, поворота вручную игольчатой гребенки 8 в исходное положение и установки нового образца цикл измерения повторяется с записью информации в электронную базу данных.