автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование и проектирование механизмов образования зева с гибкими связями скоростных ткацких машин

0050031эо

На правах рукописи

СМИРНОВ БОРИС НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ ЗЕВА С ГИБКИМИ СВЯЗЯМИ СКОРОСТНЫХ ТКАЦКИХ МАШИН

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ЛЕК 2011

005003156

На правах рукописи

СМИРНОВ БОРИС НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ ЗЕВА С ГИБКИМИ СВЯЗЯМИ СКОРОСТНЫХ ТКАЦКИХ МАШИН

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре технологических машин и оборудования Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Терентьев Владимир Ильич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Палочкин Сергей Владимирович кандидат технических наук, доцент Озерский Олег Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Центральный научно-исследовательский институт технологической оснастки текстильного оборудования»

Защита состоится «/¿С /// 2011 года в#часов на заседании диссертационного совета Д212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу 119071, ГСП-1, г.Москва, ул. Малая Калужская, д. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Автореферат разослан «#» М 2011г. Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор __^^ ю.С. Шустов

АННОТАЦИЯ

Настоящая диссертационная работа представляет законченную научно-исследовательскую работу, в которой изложены научно-обоснованные технические решения, связанные с исследованием и проектированием механизмов образования зева с гибкими связями для скоростных ткацких машин с пневматическим способом прокладки утка и прокладкой утка малогабаритным прокладчиком.

В работе выполнен аналитический обзор литературных источников, содержащих расчет и проектирование механизмов машин с гибкими связями, позволяющих конкретизировать цель и задачи исследования.

Разработана классификация современных механизмов образования зева с учетом демпфирования галев.

Предложена методика определения координат контрольных точек траектории бесконтактного движения нитей основы относительно прокладчика утка. Предложена методика расчета закона движения ремизок по технологическим точкам с использованием сплайн-функций.

Разработана методика и расчетные подпрограммы динамического анализа скоростных зевообразовательных механизмов, позволяющие определить их конструктивные параметры и оптимальные скоростные режимы их эксплуатации.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ

• Методику автоматизированного проектирования закона бесконтактного движения нитей основы относительно прокладчика утка скоростных ткацких машин с использованием сплайн-функций.

• Методику и расчетные подпрограммы динамического анализа скоростных зевообразовательных механизмов, позволяющих определить их конструктивные параметры и оптимальные скоростные режимы их эксплуатации.

• Классификацию современных механизмов образования зева с учетом демпфирования галев.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена необходимостью создания механизма образования зева для отечественной пневматической ткацкой машины со скоростным режимом 500-800 об/мин главного вала (прокидок утка в мин).

Обзор и анализ научной технической информации выявил недостаточность или полное отсутствие теоретических и экспериментальных исследований применительно к данному типу механизма образования зева.

Зевообразовательные механизмы с гибкими связями в отличие от механизмов, используемых в общем машиностроении (ременные передачи

различных типов), имеют следующие особенности: возвратно-поступательное движение звеньев; шкивы являются направляющими звеньями, т.е. не передают крутящего момента гибким связям.

Научная новизна. В работе впервые:

- разработана методика проектирования законов движения ремизок для современных бесчелночных ткацких машин по технологическим точкам с использованием сплайн-функций;

- разработаны динамические модели взаимодействия ремизок механизма образования зева с гибкими связями и пружинами замыкания в заправке ткацкой машины для различных конструкций ЗОМ;

- в соответствии с разработанными методиками созданы соответствующие подпрограммы автоматизированного анализа и расчета динамических моделей ЗОМ с гибкими связями;

- разработана классификация ЗОМ с гибкими связями с учетом различных вариантов конструкций устройств, демпфирующих колебания галев и нитей основы при скоростном ткачестве.

Задачи и цели исследования.

Целью исследования является создание методики расчета и проектирования скоростных механизмов образования зева, которые могут быть установлены на современных ткацких машинах с пневматическим способом прокладки утка.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Разработка классификации механизмов образования зева с учетом последних достижений ткацкого машиностроения.

2. Выбор кинематической схемы механизма образования зева для пневматической ткацкой машины с учетом разработанных в классификации критериев.

3. Разработка методики определения координат технологических точек траектории бесконтактного перемещения нитей основы относительно поверхности воздушного потока.

4. Сравнительный анализ законов движения ремизок. Целевая функция сравнения - минимум максимального ускорения ремизок.

5. Расчет закона движения нитей основы и ремизок по технологических точкам с использованием сплайн-функций.

6. Разработка динамической модели механизма образования зева с гибкими связями в передаче движения к ремизным рамкам и пружинами замыкания кулачков и роликов в приводе механизма, способствующими формированию нижней ветви зева.

7. Анализ динамической модели механизма образования зева с гибкими связями с целью определения перекосов ремизных рамок в процессе движения и их влияния на возможное взаимодействие нитей основы с поверхностью воздушного потока.

8. Определение реакций в приводе зевообразовательного механизма для различных законов движения ремизок различных конструкций ЗОМ в скоростном диапазоне 500-900 прокидок утка в минуту.

9. Исследование возможности модернизации ткацкой машины СТБУ1-180 посредством использования механизма образования зева с гибкими связями.

10. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований.

Методы исследования. При выполнении экспериментальной части исследовательской работы были использованы методы тензометрии. При планировании эксперимента и обработке результатов экспериментальных исследований использованы методы моделирования, теории вероятности и математической статистики. Практическая ценность:

1. Разработана методика расчета и проектирования механизма образования зева с гибкими связями для отечественной пневматической ткацкой машины, способной работать в скоростном режиме 500-800 об/мин главного вала (прокладок утка в минуту).

2. Разработана динамическая модель ЗОМ с гибкими связями с учетом коэффициентов жесткости тросиков, пружин замыкания и нитей основы.

3. В соответствии с разработанной методикой созданы подпрограммы автоматизированного расчета: закона движения ремизок с использованием сплайн-функций, перекосов ремизных рамок в процессе образования зева, реакций в приводе ЗОМ современных конструкций при различных законах движения ремизок.

4. Разработана классификация скоростных ЗОМ с учетом демпфирования галев ремизных рамок.

5. Разработана кинематическая схема механизма образования зева с гибкими связями для ткацкой машины СТБ с целью повышения скоростного режима с 300 до 400 об/мин главного вала.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены и получили положительную оценку:

- на всероссийских научных конференциях «Текстиль XXI века » 2008, 2009,2010, г. Москва;

- на расширенном заседании кафедры технологические машины и оборудование Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина.

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, опубликованы в шести печатных изданиях, одна из публикаций в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», две - в журнале «Текстильная промышленность», три в материалах научно-технических конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из четырех глав, включая выводы и рекомендации, список литературы из 55 наименований. Текст работы изложен на 172 страницах, включая 2 приложения, 53 рисунка, 127 формул и 16 таблиц.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса и обозначены задачи исследования. Выполнен аналитический обзор работ в области изучения зевообразовательных механизмов с гибкими связями. В частности, указанной тематике посвящены работы Светлицкого В.А., Бидермана B.JL, Тимошенко С.П., Вульфинсона И.И., Пановко Я.Г., Коритыского Я.И., Чайкина В.А., Пухова Ю.С., Попова Э.А., Квартана JIM. и др. Отмечается, что данные работы не полностью решают поставленную задачу.

Раскрываются тенденции совершенствования современных ткацких машин и одного из основных механизмов - механизмов образования зева: использование беззазорных, малоинерционных механизмов ремизного движения в виде тросиков или жесткой системы рычагов из композитных материалов, в качестве перспективного направления - замена механических передач электронными устройствами в сочетании с серводвигателями, что дает возможность снизить массу движущихся звеньев, уровень шума, повысить надежность ткацкой машины и повысить её управляемость. Основные усилия конструкторов направлены на уменьшение простоев по технологическим и механическим причинам. Замена механических передач электронными устройствами в сочетании с серводвигателями дает возможность снизить массу движущихся звеньев, уровень шума, повысить надежность машины и облегчить ее управляемость.

Проведен анализ новых технологий фирмы Штойбли для современного ткацкого производства. Обзор научно-технической литературы позволил определить подходы к выбору расчётной модели механизма образования зева с гибкими звеньями с целью определения отклонений в процессе зевообразования.

В качестве аналогов при проектировании механизмов образования зева (ЗОМ) для отечественной ткацкой машины СТП-190 целесообразно использовать кинематическую схему ЗОМ фирмы Штойбли (Швейцария), для ткацкой машины СТБУ1-180 - ЗОМ фирмы Пиканоль (Бельгия) с учетом сложившейся компоновки остальных механизмов серийных моделей ткацкой машин СТБ.

Вторая глава содержит результаты исследования взаимодействия процессов зевообразования, прибоя и прокладки утка на пневматической ткацкой машине (ПТМ), в результате которых определены координаты расположения центра головной форсунки относительно опушки ткани, верхней и нижней ветвей зева.

Разработана методика определения координат контрольных технологических точек для проектирования законов перемещения ремизок с использованием сплайн-функции, что позволяет минимизировать максимальное ускорение ремизок при бесконтактном с нитями основы

движении прокладчиков утка для ткацких машин СТП-190(250), СТБУ1-180(220), ТММ-360.

На рис. 1 представлены совмещенные циклограммы ЗОМ, боевого и батанного механизмов пневматической ткацкой машины типа СТП-190(250). Которые дают возможность определить координаты контрольных точек

Рис. 1. Совмещенные циклограммы ЗОМ, боевого и батанного механизмов ПТС типа СТП-250 (190). 1 - ЗОМ, 2 - боевого механизма, 3 -батанного механизма, 4 — нити основы.

На основании обзора сплайн-функций принят широко используемый кубический сплайн, обладающий высокой точностью интерполяции и непрерывными первой и второй производными.

В третьей главе выполнены анализ кинематических схем механизмов образования зева современных бесчелночных ткацких машин.

В результате кинематического исследования ЗОМ машин СТП-190, фирмы Пиканоль (Бельгия), ЗОМ фирмы Штобли (Швейцария) получены значения перемещений, скоростей и ускорений ремизок для трех законов: синусоидального, косинусоидального и кубического сплайна. Определено, что перемещение ремизок по кубическому сплайну характеризуется наименьшими максимальными ускорениями в положениях полностью открытого зева.

Для ЗОМ опытного образца ткацкой машины СТП-190 рекомендован закон движения ремизок по кубическому сплайну и кинематическая схема по типу ЗОМ фирмы Штойбли. Преимущество закона движения ремизок по кубическому сплайну перед другими законами подтверждено также определением максимальных углов давления и радиусов кривизны кулачков привода ЗОМ.

Выполнен силовой анализ ЗОМ ткацкой машины СТП-190 на основе обоснованной расчетной модели с целью определения максимальных

реакций в кулачковой паре привода ЗОМ при оборотах главного вала машины 300, 500, 800 в минуту с целью определения параметров пружин замыкания кулачков и роликов.

Четвертая глава посвящена исследованию динамики ЗОМ с гибкими связями.

Рассмотрим конструкцию ЗОМ опытного образца отечественной пневматической ткацкой машины СТП-190 (ВНИИЛТекмаш), рис.2.

Рис.2. Конструкция ЗОМ СТП-190.

Для учета погрешности изготовления пружин, принята разность коэффициентов жесткостей блоков пружин -20%.

На основании конструкции ЗОМ составляем динамическую модель рис.З.а. Тросики 3,4 (рис. 2) рассматриваются как упругие элементы с коэффициентами жесткости С-^ , С^; СбЛ1, С6Л2 - приведенные коэффициенты жесткостей блоков пружин 1 и верхних тросиков 2 (рис. 2).

Далее переходим к анализу расчетной модели (рис.Зб), где жесткости приводятся к двум значениям, исходя из последовательного соединения упругих элементов: тросиков и пружин.

М

Рис.За. Динамическая модель ЗОМ.

/

ч

Рис.Зб. Расчетная модель ЗОМ.

Где а, Ь - расстояние от центра масс ремизки до крепления упругих элементов, М - сосредоточенная масса, эквивалентная массе ремизки.

Значения коэффициентов жесткости тросиков находим по формуле, обратной податливости цилиндрического стержня [1]:

тр

(1)

тр

где Е - модуль упругости материала тросика, Б - площадь поперечного сечения, Ьтр - длина тросика.

Приведенные коэффициенты жесткости тросиков и блоков пружин.

С = С +с С =с +с

Находим потенциальную (3) и кинетическую (4) энергию в соответствии с принятой моделью. На основе их значений составляем систему уравнений Лагранжа (5) [2].

/ = С1-(у1+а-у2)1+С2-(у1-Ъ-у2)2,

М

Т^у-и + р2-^).

М ■ух+2-С1-{у\+а-у2) + 2-С2-(у1-Ь-у1) = 0', М-р2-у1+2-С1-(у]+а-у2)-а~2-С2-(у1-Ь-у2)-Ь = 0,

(2)

(3)

(4)

(5)

где у] - вертикальное перемещение центра масс ремизки, у2— угловое перемещение ремизки, р - радиус инерции ремизки, р - частота собственных колебаний ремизки. Развертывая определитель, получим частное уравнение второй степени относительно р2 :

М-р1

Значения параметров, входящих в уравнение (6), определены из конструкторской документации на опытный образец ткацкой машины СТП-190. Число оборотов главного вала- 500 об/мин, высота зева 108мм для первой ремизки, вырабатывалась ткань типа «миткаль», переплетение 1/1+1/1. Из уравнения (б) находим значения собственных частот :

Р1 = 17,416 с"1, р2= 17,868 с"1 . (7)

После определения частот из этого уравнения, можно найти обе собственные формы колебаний (рис.4), которые определяются из соотношения (8):

а2 _ М• р2 -2-Сх -2-Сг

я, 2-С,-а-2-С2 -Ъ ' (8)

где а) — амплитуда вертикальных колебаний,

а2- амплитуда угловых колебаний. Находим:

— = -1.05—,— = 1.05—. й„ г ап г

________

0 о

Рис. 4. Собственные формы колебаний ремизки.

Графики перемещения ремизки строятся, как один из возможных вариантов, по синусоидальному закону для переплетения 1/1+1/1. На график перемещения ремизки накладываются составляющие на основе найденных собственных частот колебания для левого (г) и правого хправ (/) торца ремизки [2]:

Х„е,2=А2Г5'т(Рг-(), ^

Хпрае2=А22-5'т(Р2-<1

где Ди = а,, -р, ■tg(an), Д12 = ап +р, ^(ап), Д21 =а21-Р2-^(°22). Ли =а21+Р2'/г(а22Ь

Д11,Д12,Д21,Д22- смещения левого и правого торца ремизки из-за собственных колебаний. Находим максимальные смещения для первого и второго значения собственной частоты колебаний ремизки: Д, = 3.05мм, Д2 = 1.15мм (п=500об/мин). Эти величины показывают уменьшение высоты зева из-за собственных колебаний ремизки. Также можно найти максимальные перекосы ремизки д,=|ди-д|2|=4.89мм, Д2=|Д21-Д22| = 1.15мм.

Графики перемещения левого и правого торцов ремизки с учетом найденных собственных частот колебаний для первой формы и второй формы собственных колебаний представлены на рис. 5 и рис.6.

1- Перемещение ремизки,

2- Перемещение правого торца ремизки с учетом собственных колебаний ремизки,

3- Перемещение левого торца ремизки с учетом собственных колебаний ремизки.

1 А 1

Рис. 5. График перемещения левого торца ремизки.

X. ¿-± г«-^™.^-.

>4

У

1

Рис. 6. График перемещения правого торца ремизки.

Анализ динамической модели ЗОМ ткацкой машины СТП-190 позволил определить перекосы ремизных рамок в процессе образования зева, которые оказались в диапазоне 1,08- 4,68мм для частот вращения главного вала от 300 до 800 об/мин соответственно, что окажет несущественное влияние на надежность прокладки уточной нити в зеве.

Анализ перекосов ремизной рамки при использовании гибких связей для модернизации ткацкой машины СТБУ1-180 также определил диапазон

перекосов соответственно 1,21- 2,45мм при скорости соответственно 300-400 об/мин главного вала, что показывает возможность применения гибких связей с одновременным увеличением высоты зева на 5-7мм.

Разработана методика экспериментальных исследований натяжения основы в ушке галева ЗОМ ткацкой машины СТП-190 и реакции в кинематической паре кулачок-ролик привода ЗОМ ткацкой машины СТБУ1-180. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученное в результате анализа соответствующих осциллограмм показало их адекватность.

Отличие экспериментальных и теоретических значений находилось в пределах 10,5-11,3%.

Общие выводы по работе

1. Разработана классификация механизмов образования зева с учетом демпфирования галев в процессе зевообразования.

2. Разработана методика определения координат технологически: точек траектории бесконтактного перемещения нитей основы относительно прокладчика утка в бесчелночных ткацких машинах.

3. Разработана методика проектирования законов движения ремизок для современных ткацких машин по технологическим точкам с использованием кубической сплайн-функции.

4. Разработаны динамические модели взаимодействия ремизок механизма образования зева с гибкими связями различных конструкций ЗОМ для пневматических ткацких машин и ткацких машин типа СТБ с нитями основы в процессе образования зева.

5. Определены перекосы ремизок пневматической ткацкой машины СТП-190 при скоростном режиме 300-800 об/мин главного вала. Перекосы равны 1,08- 4,68мм соответственно, что незначительно влияет на надежность прокладки утка в зеве.

6. Разработана методика определения реакции в приводе зевообразовательного механизма для различных законов движения ремизок различных конструкций ЗОМ в скоростном диапазоне 300800 об/мин.

7. В соответствии с разработанными методиками созданы подпрограммы автоматизированного анализа динамических моделей ЗОМ с гибкими связями.

8. Предложены кинематические схемы и основные параметры механизмов образования зева для пневматической ткацкой машины со скоростным режимом 500-800 об/мин главного вала.

9. Разработана кинематическая схема ЗОМ с гибкими связями для ткацкой машины СТБ с целью повышения скоростного режима с 300 до 400 об/минуту.

Ю.Отличие экспериментальных и теоретических значений натяжения основы при взаимодействии с галевами ремизок и нормальной силы

в точке контакта кулачков и роликов привода ремизок находились в пределах 10,5-11,3%, что показывает удовлетворительное соответствие разработанных моделей и реальных условий процесса ткачества.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Терентьев В.И., Казанская И.Ю., Смирнов Б.Н. // Текстильная промышленность.— 2009, № 5. С.51..53.

2. Терентьев В.И., Смирнов Б.Н. //Текстильная промышленность.— 2010, № 2. С.6..10.

3. Терентьев В.И., Смирнов Б.Н. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.— 2011, № 2. С.21..23.

4. Терентьев В.И., Смирнов Б.Н., «Классификация механизмов образования зева с гибкими связями скоростных ткацких машин», Всероссийская научная конференция «Текстиль XXI века — 2007», тезисы докладов. С. 14.

5. Терентьев В.И., Смирнов Б.Н., «Исследование кинематики механизма образования зева с гибкими связями скоростных ткацких машин», Всероссийская научная конференция «Текстиль XXI века -2008», тезисы докладов. С.15.

6. Терентьев В.И., Смирнов Б.Н., «Оптимизация применения кулачкового механизма с коромыслом и роликом для сложных переплетений», Всероссийская научная конференция «Текстиль XXI века - 2009», тезисы докладов. С. 14.

Подписано в печать 10.11.11 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 0,8 Заказ 345 Тираж 80 ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

Введение.

Глава 1. Обзор научно-технической литературы по вопросам проектирования скоростных зевообразовательных механизмов бесчелночных ткацких машин.

1.1 Обзор информации по исследованию механизмов с гибкими связями.

1.2. Тенденции совершенствования современных ткацких машин.

1.2.1 Характеристика основных параметров современной ткацкой машины.

1.2.2 Общая система предотвращения образования пусковых полос

1.3 Новые технологии фирмы Штойбли для современного ткацкого производства.

1.4. Сравнительный анализ кинематических схем и направлений проектирования скоростных зевообразовательных механизмов (ЗОМ).

Выводы к главе 1.

Глава 2. Исследование и проектирование основных параметров скоростных зевообразовательных машин.

2.1. Анализ взаимодействия процессов зевообразования, прибоя и прокладки уточной нити.

2.1.1. Влияние параметров батанного механизма на размеры зева

2.1.2. Зависимость параметров зева от способа прокладки утка на пневматических ткацких станках.

2.1.3. Определение оптимальных координат расположения форсунки.

2.2. Методика определения координат контрольных технологических точек бесчелночных ткацких машин с периодическим и непрерывным формированием ткани.!.

2.2.1. Методика определения координат контрольных технологических точек перемещения ремизок ткацких машин с периодическим формированием ткани.

2.2.2. Определение параметров контрольных точек ткацких станков СТП-190.

2.2.3. Определение координат контрольных технологических точек перемещения ремизок ЗОМ ткацких машин СТБ У-1 -180(220).

2.2.4. Методика определения координат контрольных технологических точек перемещения ремизок ЗОМ ткацких машин с непрерывным формированием ткани ТММ-360.

2.3. Выбор закона движения ремизок скоростных ткацких машин.

2.3.1. Влияние закона движения ремизок на деформации нитей основы в процессе зевообразования.

2.3.2. Определение закона движения ремизок в соответствии с технологическим процессом зевообразования.

2.3.3. Применение сплайн- функций.

2.3.3.1. Обзор сплайн-функций.

2.3.3.2. Постановка и решение математической задачи.

Выводы в главе 2.

Глава 3. Кинематическое исследование механизмов образования зева

3.1. Исследование кинематики механизмов образования зева (ЗОМ) пневматической ткацкой машины (ПТМ).

3.1.1. Анализ кинематических схем ЗОМ ПТМ.

3.1.2. Кинематический анализ ЗОМ СТП-190.

3.2. Синтез кулачкового механизма привода ремизок.

3.3. Силовой анализ ЗОМ СТП-190.

3.3.1. Расчет приведенных масс и моментов инерции.

3.4.2. Выбор модели расчета и определения реакции в паре кулачок- ролик привода ЗОМ.

3.3.3. Методика расчета пружин замыкания в приводе ЗОМ.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Динамика зевообразовательных механизмов с гибкими связями.

4.1. Исследование динамики зевообразовательного механизма с гибкими связями пневматической ткацкой машины СТП-190.

4.2. Динамический расчет ЗОМ с 1 блоком пружин.

4.3. Исследование возможности использования гибких связей в конструкции ЗОМ ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка типа СТБУ.

4.4. Экспериментальное исследование механизмов образования зева бесчелночных ткацких машин.

4.4.1. Методика и результаты экспериментальных исследований.

4.4.1. Обработка результатов эксперимента с помощью методов математической статистики.

Выводы к главе 4.

Современный этап развития ткацкого машиностроения характеризуется устойчивым приоритетом использования ткацких машин, основных на трех принципах прокладывания уточных нитей: 1. прокладка утка малогабаритным прокладчиком; 2. рапирные ткацкие машины; 3. пневматические ткацкие машины.

В 80-е годы прошлого столетия производители и потребители ткацкого оборудования большие надежды возлагали на многозевные ткацкие машины, проектная производительность которых определялась в 2800-3000 м.уточин в мин. Проектирование данных машин осуществлялось по двум направлениям: 1. прокладка и введение утка в опушку ткани фрикционным способом с помощью шнекового тканеформирующего механизма (СССР, ГДР, Польша, модель ТММ-330) ; 2. прокладка утка несколькими воздушными потоками со сдвигом по цикловой диаграмме (фирма Зультекс, Швейцария, модель М8300).

Первое направление было реализовано в виде нескольких десятков опытных образцов, эксплуатация которых в промышленных условиях ткацких фабрик, выявила их существенные технологические недостатки:

1. ограничения плотности по основе;

2. перекос утка в сформированной ткани;

3. извитость уточной нити относительно нитей основы из-за недостаточного натяжения первой;

4. трудность в отыскании «раза» при обрыве нити основы.

По этим причинам ткацкие машины ТММ-330 не нашли применения на производстве.

Второе направление было доведено до мелкосерийного производства. Машины 8300 показали высокую производительность при уровне качества вырабатываемой ткани, соответствующем мировым стандартам. Однако высокая скорость рабочих органов привела к увеличенным нагрузкам на систему заправки ткацкой машины. Значительно повысились требования к ровноте и прочности уточных и основных нитей. Повышенные требования потребовали существенного пересмотра технических параметров всей технологической цепочки ткацкого производства, реализация которых требовала значительных финансовых вложений. В связи с этим, потребность на рынке в данных машинах в настоящее время практически отсутствует и выпуск данных машин приостановлен.

Большой интерес для разработчиков представляла возможность прокладки утка так называемым «электрогоном» с помощью электромагнитных установок. Однако этот принцип практически не был реализован, так как возникли проблемы безопасности обслуживания и, кроме того, цена машины возрастала из-за необходимости установки выпрямителя переменного тока.

Таким образом в ткацких производствах широко используется указанная триада ткацких машин.

С использованием технических нововведений объемы производства и сбыта ткацких машин в настоящее время ранжируются по двум основным показателям: производительность и ассортиментные возможности следующим образом:

1. рапирные ткацкие машины;

2. пневматические;

3. ткацкие машины типа СТБ- Зультекс.

С точки зрения ассортиментных возможностей рапирные ткацкие машины (РТС) имеют большое преимущество, так как механизм смены утка позволяет использовать от 8 до 12 и более различных по цвету и толщине уточных нитей, возможна установка ремизоподъемных кареток и машин Жаккарда. На данных машинах вырабатываются ткани с широким диапазоном плотности по утку и основе: от тканей массового потребления до тяжелых технических тканей. Однако по производительности РТМ уступают пневматическим машинам. Ткацкая машина вбЗОО фирмы Зультекс при ширине заправки 360 см, число оборотов главного вала (прокидок утка) 430 в минуту, имеет производительность 1540 м.уточен в минуту.

Современные пневматические ткацкие машины (ПТМ) также достаточно универсальны: имеют 8 подвижных с приводом от программатора головных форсунок, возможна установка высокоскоростных ротационных кареток и машин Жаккарда с электронным управлением. Ткацкая машина JAT710 фирмы Тойота (Япония) имеет производительность 2375 м.уточин в минуту: ширина заправка 190 см, максимальное число оборотов главного вала (прокидок утка) 1250об/мин.

Пневматические ткацкие машины производства наибольшее количество заводов текстильного машиностроения: Пиканоль (Бельгия), Зультекс (Швейцария), Дорнье (ФРГ), Тойота, Цудакома (Япония).

В РФ в 90-х года была разработана техническая документация и изготовлены опытные образцы пневматических ткацких машин СТП-190 (СКБТО г. Климовск, Московская область и ВНИИЛТЕКМАШ) на базе ткацкой машины АТПР-100 (120) и МТП-250 (Машиностроительный завод, г. Чебоксары) на базе ткацкой машины СТБ-250.

Все механизмы скоростных пневматических ткацких машин работают в сложных динамических условиях. При проектировании механизмов образования зева с целью минимизации динамических нагрузок уменьшают массы звеньев и зазоры в шарнирах механизма ремизного движения. Для реализации этих рекомендаций используют два конструктивных решения:

1. использование беззазорных передач с гибкими связями (тросиками);

2. применение жестких рычагов, изготовленных из композитных материалов.

Механизм образования машины СТП-190 изготовлен по первому варианту. Максимальное число оборотов главного вала, достигнутое в процессе испытаний, равнялось 500 в минуту, что существенно ниже, чем у зарубежных фирм.

Актуальность темы обусловлена необходимостью создания механизма образования зева для отечественной пневматической ткацкой машины со скоростным режимом 500-900 об/мин главного вала (прокидок утка в мин).

Обзор и анализ научной технической информации выявил недостаточность или полное отсутствие теоретических и экспериментальных исследований применительно к данному типу механизма образования зева.

ЗОМ с гибкими связями в отличие от механизмов, используемых в общем машиностроении (ременные передачи различных типов) имеют следующие особенности: возвратно-поступательное движение звеньев; шкивы являются направляющими звеньями, т.е. не передают крутящего момента гибким связям.

Научная новизна. В работе впервые:

- разработана методика проектирования законов движения ремизок для современных бесчелночных ткацких машин по технологическим точкам с использованием сплайн-функций;

- разработаны динамические модели взаимодействия ремизок механизма образования зева с гибкими связями и пружинами замыкания и заправки ткацкой машины для различных конструкций ЗОМ современных бесчелночных ткацких машин;

- в соответствии с разработанными методиками созданы соответствующие подпрограммы автоматизированного анализа динамических моделей ЗОМ с гибкими связями;

- разработана классификация ЗОМ с гибкими связями с учетом различных вариантов конструкций устройств, демпфирующих колебания галев и нитей основы при скоростном ткачестве.

Задачи и цели исследования.

Целью исследования является создание методики расчета и проектирования скоростных механизмов образования зева, которые могут быть установлены на современных ткацких машинах с пневматическим способом прокладки утка.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Разработка классификации механизмов образования зева с учетом последних достижений ткацкого машиностроения.

2. Выбор кинематической схемы механизма образования зева для пневматической ткацкой машины с учетом разработанных в классификации критериев.

3. Разработка методики определения координат технологических точек траектории бесконтактного перемещения нитей основы относительно поверхности воздушного потока.

4. Сравнительный анализ законов движения ремизок. Целевая функция сравнения- минимум максимального ускорения ремизок.

5. Расчет закона движения нитей основы и ремизок по технологических точкам с использованием сплайн-функций.

6. Разработка динамической модели механизма образования зева с гибкими связями в передаче движения к ремизным рамкам и пружинами замыкания кулачков и роликов в приводе механизма, способствующими формированию нижней ветви зева.

7. Анализ динамической модели механизма образования зева с гибкими связями с целью определения перекосов ремизных рамок в процессе движения и их влияние на возможное взаимодействие нитей основы с поверхностью воздушного потока.

8. Определение реакций в приводе зевообразовательного механизма для различных законов движения ремизок различных конструкций ЗОМ в скоростном диапазоне 500-900 прокидок утка в минуту.

9. Исследование возможности модернизации ткацкой машины СТБУ1-180 посредством использования механизма образования зева с гибкими связями.

10. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований. Практическая ценность:

1. Разработана методика расчета и проектирования механизма образования зева с гибкими связями для отечественной пневматической ткацкой машины способной работать в скоростном режиме 500-900 об/мин главного вала (прокидок утка в минуту).

2. Разработана динамическая модель ЗОМ с гибкими связями с учетом коэффициентов жесткости тросиков , пружин замыкания и нитей основы.

3. В соответствие с разработанной методикой созданы подпрограммы автоматизированного расчета: закона движения ремизок с использованием сплайн-функций, перекосов ремизных рамок в процессе образования зева, реакций в приводе ЗОМ современных конструкций при различных законах движения ремизок.

4. Разработана классификация скоростных ЗОМ с учетом демпфирования галев ремизных рамок.

5. Разработана кинематическая схема механизма образования зева с гибкими связями для ткацкой машины СТБ с целью повышения скоростного режима с 300 до 400 об/мин главного вала.

Общие выводы по работе

1. Разработана классификация механизмов образования зева с учетом демпфирования галев в процессе зевообразования.

2. Разработана методика определения координат технологических точек траектории бесконтактного перемещения прокладчика утка относительно нитей основы.

3. Разработана методика проектирования законов движения ремизок для современных ткацких машин по технологическим точкам с использованием сплайн-функций.

4. Разработан динамические модели взаимодействия ремизок механизма образования зева с гибкими связями различных конструкций ЗОМ для пневматических ткацких машин и ткацких машин типа СТБ.

5. Определены перекосы ремизок пневматической ткацкой машины СТП-190 при скоростном режиме 300-800 об/мин главного вала. Перекосы равны 1,08-3,68мм соответственно, что незначительно влияяет на надежность прокладки утка в зеве.

6. Разработана методика определения реакции в приводе зевообразовательного механизма для различных законов движения ремизок различных конструкций ЗОМ в скоростном диапозоне 300-900 об/мин.

7. В соответствии с разработанными методиками созданы подпрограммы автоматизированного анализа динамических моделей ЗОМ с гибкими связями.

8. Предложены кинематические схемы и основные параметры механизмов образования зева для пневматической ткацкой машины со скоростным режимом 500-800 об/мин главного вала.

9. Разработана кинематичческая схема ЗОМ с гибкими связями для ткацкой машины СТБ с целью повышения скоростного режима с 300 до 400 об/минуту.

Ю.Отличие экспериментальных и теоретических значений натяжения основы при взаимодействии с галевами ремизок и нормальной силы в точке контакта кулачков и роликов привода ремизок находились в пределах 7,37,9%, что показывает удовлетворительное соответствие разработанных моделей и реальный условий процесса ткачества.

1. Алексеев К.Т. Трение нитей основы в глазках галев ремиз. Текстильная промышленность. 1969. - №8.

2. Аносов В.Н., Орнатская В.А. Автоматическое питание ткацких машин основой и утком. 1975.

3. Бардарин Е., Вролцавски 3. Исследование колебательной системы основа-ремизка в применении к многозевному ткацкому станку. Pregt. Wlok., №8-9. -1970.-с. 400-401.

4. Бидерман B.JI. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа. - 1972. - с. 416.

5. Васильева Е.Г. Влияние усилия пружины на работу усовершенствованного зевообразовательного механизма. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2001. - №4. - с.30-32.

6. Васильченко В.Н. Исследование фронтального прибоя уточной нити. Докт. дисс. Киев. - 1975. - с. 390.

7. Власов П.В. Нормализация процесса ткачества. М.: Легкая и пищевая промышленность. - 1982. - с. 296.

8. Вульфсон И.И. Динамические рачеты цикловых механизмов. Л.:Машиностроние., 1976.-328с.

9. Гецонок Б.И. Статистический контроль процесса ткачества. М.: Легкая и пищевая промышленность. - 1983. - с. 88.

10. Гордеев В.А. Динамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков. М.: Легкая индустрия. - 1965. - с. 228.

11. П.Дицкий А. В., Малафеев P.M., Терентьев В.И., Туваева A.A. Основы проектирования машин ткацкого производства. М.: Машиностроение. - 1983.- с. 320.

12. Ефремов У.Д. Суммарное приращение натяжения нитей основы вследствие зевообразования. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности.- 1985.- №2.-с. 46.

13. Квартин Л.М., Попов Э.А. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.— 1990, № 4. С.81.86.

14. Квартин Л.М., Попов Э.А. Динамика текстильных машин. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2001. - с. 247.

15. Коритысский Я.И. Динамика упругих систем текстильных машин. М. - 1982.

16. Коритысский Я.И. Колебания в текстильных машинах. М.: Машиностроение.- 1973.-с. 320.

17. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. Текстильное материаловедение. Часть 2. М.: Легкая индустрия. - 1964. - с. 380.

18. Лусгартен Н.В., Лапшин В.В., Волкова Н.Е. Определение деформации характеристик нитей основы в системе заправки ткацкого станка. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2004. - №5. - с. 40-43.

19. Малышев А.П., Воробьев П.А. Механика и конструктивные расчеты ткацких станков. М.: МАШГИЗ. 1960. - с. 552.

20. Мартынов И.А. и др. Совершенствование пневморапирных ткацких станков. -М. 1984.

21. Мигушов И.И. Механика текстильной нити и ткани. М.: Легкая индустрия. -1980.-с. 160.

22. Неведомски М., Вроцлавски 3., Чолчински М. Упрощенные модельные исследования продольных колебаний х/б основных нитей. Pregt. Wlok. -№8-9. -1970. с. 402-404.

23. Оников Э.А., Заботин A.A., Гальперин А.Л. Направления развития многозевного ткачества. М. - 1976.

24. Оников Э.А. //Ткстильная промышленность.- 2009, №4, с18.21.

25. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Политехника. - 1990. - с. 272.

26. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение., 1976.-320с.

27. Пилипенко В.А. Пневматические механизмы прокладывания нити. М. - 1977.

28. Попов Э.А., Караев Р.Б., Квартин Л.М. Упругие накопители энергии в текстильных машинах. М.: РИО МТИ. - 1986. - с. 24.

29. Попов Э.А., Квартин Л.М. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.— 1988, № 5. С.88.91.

30. Пухов Ю.С. Рудничный транспорт. М.: «Недра», 1991.

31. Саввин O.A., Титов С.Н. Анализ взаимодействия между подвижным скалом и упругой системой заправки ткацкого станка. //Известия вузов. Технология текстильной промышленности 2004. - №6. - с. 88-92.

32. Светлицкий В.А. Механика гибких стержней и нитей. М., 1978.-222с.

33. Светлицкий В.А. Механика стержней. М.: Высшая школа, 1987.-304с.

34. Смелягин А.И. Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование: учебное пособие. М.: ИНФРА-М. 2009. - с. 262.

35. Степанов С.Г., Малмин H.A., Степанов Г.В. Динамика взаимодействия ламели с нитью основы. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -2004.-№6. -с. 47-51.

36. Степанов С.Г., Малмин H.A., Степанов Г.В. Динамика изменения натяжения основы. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2004. -№4.-с. 41-45.

37. Степанов С.Г., Степанов Г.В. Динамика прибоя утка. //Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2002. - №2. - с. 54-57.

38. Талавашек О., Сватый В. Бесчелночные ткацкие станк. Пер. с чеш. М.: Легпромбытиздат. - 1985. - с. 335.

39. Терентьев В.И. и др. Скоростные ремизоподъемные каретки для ткацких станков. М.: ЦНИИТЭИЛегпищемаш. - 1971. - с. 56.

40. Терентьев В.И. Исследование и проектирование ремизных кареток, работающих на повышенных скоростях. Канд. дисс. М. - 1968.

41. Терентьев В.И. Механизмы передачи движения от журавлей к ремизкам. М.: ЦНИИТЭИЛегпром. Ткачество. - 1970.- №6.

42. Терентьев В.И., Казанская И.Ю., Смирнов Б.Н. // Текстильная промышленность.— 2009, № 5. С.51.53.

43. Терентьев В.И., Смирнов Б.Н. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.— 2011, № 2. С.21.23.

44. Терентьев В.И., Смирнов Б.Н. //Текстильная промышленность.— 2010, № 2. С.6.10.

45. Терентьев В.И., Урсков Ю.И. Расчет и проектирование зевообразовательных механизмов. М.: РИО МТИ. - 1985. - с. 69.

46. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Jubep J. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение., 1985.-472с.

47. Титов С.Н. Комплексная динамическая модель текстильной машины с учетом взаимодействия с перерабатываемым материалом: Дис. д-ра техн. наук: 05.02.13: Кострома. 2004. - с. 229.

48. Чайкин В.А. Прикладные задачи теории нити. С-Петербург.: СПГУТД., 2001.-178с.

49. Шосланд Я., Чолчински М. Скорость распространения импульса натяжения в нитях. Pregt. Wlok. 1973. - №2-3. - с. 122-127.

50. Dawson R.M., Turner S.T. The Analysis of spring Undermotions. // I. Text. Inst., Trans. 1978. - №7. - c. 69.

51. Dolecki S.K. The causes of warp breaks in the weaving of spun yams //1. Text. Jnst., Trans. 1974. - № 2. - c. 68-74.

52. Iederan M., Petroczy A. Lancfonal igenybevetel vizsgalatok SZTB szovogeperen. // Mag. Textiltech. 1979. - №3. - c. 105-108.

53. Katunskisz I.A. Lancfeszulsteg es lancadacolas matematikai modellje SzTB szovogipen. // Mag. Text. -1981. №5-6. - c. 313-315.54. http://www.toyota-industries.com/textile/55. http://www.staubli.com/