Прогнозирование прочности ниточных соединений деталей
05.07.2003Основное функциональное назначение специальной обуви связано с защитой стопы человека от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Выбор конструкции обуви, подбор материалов для изготовления ее деталей, способы скрепления заготовки верха с узлом низа обусловлены спецификой эксплуатации. Некоторые виды специальной обуви (для работников силовых структур) эксплуатируются зачастую в экстремальных условиях при одновременном интенсивном воздействии различных факторов (механические многоцикловые нагружения, воздействие химических реагентов, ультрафиолетовое излучение и т. п.), которые могут приводить к снижению надежности защитных функций обуви или ее разрушению.
Наибольшее распространение при выпуске специальной обуви для работников силовых структур нашли рантовый и рантово-клеевой методы крепления низа. Функциональный анализ конструкции и технологии обуви этих методов крепления показал, что наиболее слабым звеном с позиции механической надежности и долговечности изделия являются ниточные швы, соединяющие детали заготовки верха. При скреплении заготовки верха, как правило, используются одно- или двухрядные ниточные строчки со стежком двухниточного внутреннего переплетения. Комплексное воздействие окружающей среды и микроклимата внутри обуви на верхнюю и нижнюю нити в условиях носки оказывается неодинаковым: верхняя нить подвергается механическим воздействиям, действию химических реагентов, попадающим на обувь извне, влажно-тепловому воздействию и ультрафиолетовому облучению; нижняя нить - воздействию пота, механическому истиранию со стороны стопы. Кроме того, на снижение прочностных показателей верхней нити оказывает влияние ее многократное истирание в процессе прохождения через ушко швейной иглы.
Снижение прочности ниточных швов в готовом изделии под воздействием механических напряжений обусловлено величиной и последовательностью приложения механических нагрузок. Анализ технологии обуви и последующих условий ее эксплуатации показывает, что максимальные разрушающие напряжения в ниточных швах возникают в процессе затяжки (формования) заготовки верха обуви и фиксации ее формы после затяжки. Клещи затяжной машины вытягивают заготовку при максимальном значении относительного удлинения в носочной части 20-25%. При этом могут наблюдаться растяжение в узлах переплетения стежков ниточного шва и смещение деталей заготовки относительно друг друга.
При последующей фиксации формы затянутой заготовки в условиях интенсивного подвода тепла возможно дальнейшее повышение напряжений вследствие стремления материалов заготовки к сокращению площади при сушке в условиях недопущенной усадки.
В условиях последующей эксплуатации таких предельных напряжений в ниточных швах не возникает, поскольку сдавливание стопы заготовкой верха обуви недопустимо по физиологическим показаниям. Но в условиях эксплуатации обувные детали и швы подвергаются многократным изгибным деформациям и изгибно-растягивающим деформациям при сравнительно невысоком уровне значений напряжений по сравнению с напряжениями, возникающими в процессе формования. В реальных условиях эксплуатации следует учитывать и возможность механических повреждений единичных стежков, которые также отрицательно влияют на надежность специальной обуви. С учетом изложенных соображений стандартная методика прочностных испытаний швов при одноцикловом растяжении на машине РТ-250 в соответствии с ГОСТом 9290-76 не позволяет однозначно прогнозировать надежность соединения деталей заготовки верха обуви при эксплуатации. Для более полной оценки прочностных показателей ниточных швов была разработана методика дополнительных испытаний, учитывающая технологические особенности процесса сборки обуви и ее последующей эксплуатации. Указанная методика была использована при оценке качества новых синтетических нитей, разработанных ОАО "НИИ ниток "Петронить"" (Санкт-Петербург). Методика испытаний включает в себя определение прочности ниточного шва при одноцикловом растяжении на разрывной машине РТ-250 и при многоцикловом растяжении образцов на приборе для динамического нагружения - пульсаторе ПГ-20. Конструкция пульсатора ПГ-20 позволяла подвергать растяжению образцы с частотой нагружения, соответствующей условию эксплуатации обуви (60 циклов в мин.). В связи с тем, что существующие синтетические нитки на основе лавсана обеспечивают высокую прочность ниточного соединения даже при однорядной строчке, в конструкцию пульсатора были внесены изменения, позволяющие увеличить максимальную растягивающую нагрузку до 400Н вместо 200Н, предусматриваемых первоначальной конструкцией прибора.
Для характеристики надежности швов целесообразно пользоваться кривыми усталости (выносливости) Велера. Из кривых выносливости можно сделать вывод, что полученные нагрузки в пределах от 80 до 65% следует считать недопустимыми, т. к. через сравнительно небольшое число циклов нагружения (от 3 до 500) с вероятностью 90-95% наблюдается полное разрушение ниточного соединения. Нагрузки в пределе от 65 до 50% от разрывной, прикладываемые в ходе эксплуатации циклично, могут быть отнесены к условно допустимым. Более низкий уровень нагрузок не приводит к разрушению ниточного соединения при очень большом количестве циклов, соответствующему плановому сроку эксплуатации изделия. Как показывают данные табл., механическое повреждение единичных стежков строчки приводит к более существенному понижению прочности ниточных соединений. В табл. приведены абсолютные значения удельной разрывной нагрузки и относительное удлинение при разрыве ниточного соединения по ГОСТ 9290-76.
Апробированная методика дополнительных испытаний позволяет более полно дать технологическую оценку ниток при сборке изделий из кожи, в том числе при необходимости, с учетом химических и физических воздействий на ниточные соединения (пота, ультрафиолета и т. п.) и прогнозировать надежность ниточных соединений при эксплуатации.
Источник: "Кожа & обувь"