УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПРЯЖИ И НИТЕЙ
DEVICE FOR MEASURING TORQUE OF YARN AND THREAD

Изобретение относится к прядильному производству текстильной промышленности.
Необходимость измерения величины крутящего момента пряжи и нитей обусловлена необходимостью исследования условий их формирования и оценки параметров качества продукции. Исследование этих факторов позволяет вскрыть причины образования пороков пряжи, в частности сукрутин, и прогнозировать ее пригодность для последующих технологических операций в ткачестве.
Известно устройство для измерения крутящего момента движущейся пряжи и нити (авторское свидетельство №366368 СССР, М.Кл. G01L 3/00, G01N 3/26, Устройство для измерения крутящего момента движущей нити / Г.С.Зарецкас, А.И.Никитин. Заявитель и патентообладатель: Литовский научно-исследовательский институт текстильной промышленности, 1371839/12, заявл.17.10.1969; опубл. 16.01.1973), в котором испытуемый образец заправляется петлей в подающие ролики и подвижный нагрузочный ролик. Под действием груза петля с подвижным роликом поворачивается, образуя угол, изменение которого регистрируется с помощью электротензометрической аппаратуры.
Недостаток данной конструкции заключается в возникающей ошибке измерения, что обусловлено изменением геометрического положения петли пряжи в пространстве и изменением углов наклона ветвей пряжи, а, следовательно, и суммарной результирующей составляющей крутящего момента со стороны ветвей пряжи на подвижный ролик.
Известно устройство для измерения крутящего момента пряжи и нитей (патент №2225466, Российская Федерация, МПК D01H  13/32. Способ определения крутящего момента крученой текстильной нити и пряжи / Ю.К.Бархоткин. Заявитель и патентообладатель: Ивановская государственная текстильная академия, 2002116089/12, заявл.18.06.2002; опубл.10.03.2004), содержащее стенд, на котором в горизонтальном положении располагается испытуемый образец пряжи или нити. Один конец пряжи закрепляется жестко или с возможностью осевого поворота, а свободный конец испытуемого образца соединяют вспомогательным образцом, имеющим кручение или без кручения длинномерного нитевидного материала, близкого по толщине испытуемому образцу и имеющему прочность, превышающую прочность испытуемого образца. Приложение силы вдоль оси испытуемого образца осуществляется однократно или последовательно, изменяя величину подвешенного через блок груза, причем испытуемый и вспомогательный образцы соединяют через чувствительный элемент, выполненный в виде тензометрического датчика, по изменению параметров которого судят о величине крутящего момента.
Недостатками данной конструкции являются невозможность осуществления измерительного процесса в долговременном режиме, что обусловлено использованием тензометрического датчика, низкая точность измерения и неудобство использования в производственных условиях.
За прототип принято устройство для определения крутящего момента пряжи и нитей (патент на ПМ №74390, Российская Федерация, МПК D01H 13/32. Устройство для определения крутящего момента пряжи и нетей /Ю.К.Бархоткин, Е.В.Есавочкина. Заявитель и патентообладатель: Ивановская государственная текстильная академия, 2008104578/22, заявл. 06.02.2008; опубл.27.06.2008), содержащее неподвижную опору, имеющую приспособление для поворота конца нити, связанное с испытуемым образцом, последовательно соединенным со вспомогательным образцом, не имеющим крутки, но близким по параметрам толщины и жесткости к испытуемому образцу. Устройство содержит блок, через который проходит вспомогательный образец, к концу которого подвешен груз определенной массы. Чувствительный элемент выполнен в виде самогрузной стрелки, прикрепленной в точке соединения испытуемого и вспомогательного образцов. Чувствительный элемент расположен в непосредственной близости от измерителя угла отклонения стрелки.
Недостатками данной конструкции являются сложность осуществления измерительного процесса в долговременном режиме при исследовании различных образцов пряжи и нитей, что обусловлено необходимостью замены испытуемого и вспомогательного образцов и установки чувствительного элемента в точке соединения образцов, а также низкая точность измерения и неудобство использования в производственных условиях.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерения величины крутящего момента пряжи и нитей с одновременным упрощением процесса измерения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения крутящего момента пряжи и нитей, содержащем неподвижную опору, связанную с испытуемым образцом, согласно изобретению, неподвижная опора со шкалой установлена в корпусе, выполненном в виде параллелепипеда, со смонтированными в нем фотодатчиками, расположенными на верхней крышке по окружности, в верхней части неподвижной опоры смонтирована штанга с возможностью перемещения вдоль нее, на конце штанги закреплен испытуемый образец пряжи или нитей, к противоположному концу которого подвешен Т-образный стержень с грузиками, установленными с возможностью перемещения по горизонтали вдоль стержня, в центральной части которого размещены элементы электропитания, на одном из концов Т-образного стержня смонтирован светодиод, а на другом противовес; соосно Т-образному стержню, под ним в корпусе, с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения установлена платформа. Неподвижная опора может быть выполнена составной из нескольких звеньев. Для удобства переноса и хранения в нерабочем состоянии все элементы конструкции складируются в корпус.
Технический результат, заключающийся в повышении точности измерения крутящего момента пряжи и нитей, достигается за счет конструктивного решения механической части устройства в сочетании с использованием в качестве чувствительных элементов, воспринимающих изменение состояния испытуемого образца пряжи или нитей фотодатчиков, сигнал с которых поступает на ЭВМ, где обрабатывается и регистрируется с помощью специального программного обеспечения, что одновременно упрощает процесс измерения.
На фиг.1 приведена общая схема заявляемого устройства в изометрии, на фиг.2 - Т-образный стержень с грузиками на платформе (вид спереди), на фиг.3 - Т-образный стержень с грузиками над платформой, в рабочем состоянии (вид спереди).
Устройство для измерения крутящего момента пряжи и нитей содержит: неподвижную опору 1 со шкалой 2, установленную в корпусе 3, выполненном в форме параллелепипеда с размещенными на верхней поверхности 4, по окружности, фотодатчиками 5 (фиг.1). На верхней части неподвижной опоры 1, с возможностью перемещения по ней, смонтирована штанга 6, фиксируемая в необходимом положении маховиком 7. На конце штанги 6 при помощи зажима 8 закрепляется испытуемый образец пряжи или нитей 9, к противоположному концу которого с помощью зажима 10 подвешен Т-образный стержень 11 с грузиками 12 (фиг.1, 2, 3), с возможностью перемещения по горизонтали вдоль стержня 11. В центральной части Т-образного стержня 11 размещены элементы электропитания (не показаны). На одном из концов Т-образного стержня 11 смонтирован светодиод 13, а на другом -  противовес 14 (фиг.1, 2, 3). Соосно Т-образному стержню 11, под ним, в корпусе 3, с возможностью возвратно-поступательного перемещения, посредством шестерни 15, зубчатой рейки 16, маховика 17, установлена платформа 18.
Устройство для измерения крутящего момента пряжи и нитей работает следующим образом: испытуемый образец пряжи или нитей 9 закрепляется при помощи зажима 8, размещенного на конце штанги 6, установленной на неподвижной опоре 1 и закрепленной при помощи маховика 7 в заданном положении (фиг.1). К противоположному концу нити 9 с помощью зажима 10 подвешивается Т-образный стержень 11 с грузиками 12 одинаковой массы, которые устанавливаются на стержне симметрично относительно его центра. Маховиком 17, приводящим в движение шестерню 15, входящую в зацепление с зубьями рейки 16, платформа 18 устанавливается таким образом, чтобы на нее опирались грузики 12, установленные на Т-образном стержне 11, и испытуемый образец пряжи или нитей находился в состоянии покоя (фиг.2) Для измерения крутящего момента пряжи или нитей маховиком 17 приводится в движение шестерня 15, зубчатая рейка 16, которая опускает платформу 18 внутрь корпуса 4, тем самым лишая опоры Т-образный стержень 11 с грузиками 12 (фиг.3). Испытуемый образец, под действием упругого крутящего момента пряжи или нитей, а также действия массы Т-образного стержня 11 с грузиками 12, начинает вращательное движение. В процессе вращения светодиод 13, установленный в одном из концов Т-образного стержня 11, последовательно освещает сектора фотодатчиков 5, расположенных по окружности на верхней поверхности 4 корпуса 3. С фотодатчиков 5 сигнал об изменении угла поворота Т-образного стержня, а значит и угла раскручивания испытуемого образца поступает на ЭВМ (персональный компьютер), который при помощи специального программного обеспечения и с учетом известных параметров системы строит зависимость угла раскручивания от времени φ =f(t), далее производит расчет угловой скорости: ω=dφ/dt (угол поворота в единицу времени характеризует скорость вращения тела), строит кривую изменений угловых ускорений ε=f(t), при этом угловое ускорение, показывающее на сколько изменилась угловая скорость за единицу времени, определяется, как ε=dω/dt и вычисляет значение крутящего момента М.
<mrow><mtext>M</mtext><mo>=</mo><mtext>ε</mtext><mo>⋅</mo><mtext>J</mtext><mtext>,                              (1)</mtext></mrow>
где J - момент инерции системы, который согласно теореме Гюйгенса-Штейнера относительно какой-либо оси зависит от массы, формы, размера тела, а также положения тела по отношению к этой оси. Осевой момент инерции для нашей системы будет равен:
<mrow><mtext>J</mtext><mo>=</mo><mfrac><mtext>1</mtext><mtext>2</mtext></mfrac><mtext>m</mtext><mo>⋅</mo><msup><mtext>r</mtext><mtext>2</mtext></msup><mo>+</mo><mfrac><mtext>1</mtext><mrow><mtext>12</mtext></mrow></mfrac><mtext>m</mtext><mo>⋅</mo><msup><mtext>l</mtext><mtext>2</mtext></msup><mtext>,                       (2)</mtext></mrow>
где m - суммарная масса подвешенного к испытуемому образцу Т-образного стержня с грузиками;
r -радиус цилиндрических грузиков;
l - расстояние между грузиками на стержне.
Вводя в компьютер соответствующие параметры m, r, l для каждого конкретного исследования испытуемого образца пряжи или нитей, получаем момент инерции системы и крутящий момент пряжи или нитей.
Использование заявляемого устройства для измерения крутящего момента пряжи и нитей позволило значительно повысить точность выполняемых измерений и наиболее правильно прогнозировать ее пригодность для последующих технологических операций в ткачестве.