автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование безынерционного механизма раскладки

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. Обзор литературы.

§ 1.1. Безынерционные механизмы раскладки с круговым движением нитеводителя

§ 1.2. Постановка задачи.

§ 1.3. Конструкции разработанных механизмов раскладки.

Глава II. Исследование разработанных механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя.

§ 2.1. Термины и определения.

§ 2.2. Основные условия, которые должны быть выполнены при проектировании механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя.

§ 2.3. Основные условия, которые должны быть выполнены при проектировании кулачка раскладки, предназначенного для формирования цилиндрических паковок с постоянным углом раскладки нити.

§ 2.4. Определение основных параметров корректирующего кулачка раскладки при формировании паковок с неодинаковыми углами раскладки нити в смежных прослойках

Глава III. Проектирование механизма раскладки с круговым движением нитеводителя.

§ 3.1. Определение критического значения диаметра фрикционного цилиндра

§3.2. Определение критических диаметров нитеносителя и паковки.

§ 3.3. Определение закона перемещения точки контакта А нити с рабочим профилем кулачка раскладки при укладке крайнего витка на фрикционном цилиндре по предельной кривой.

§ 3.4. Определение времени реверса точки контакта А при укладке крайнего витка по предельной кривой.

§3.5. Определение минимального зазора между фрикционным цилиндром и нитеводительной пластиной с радиальным пазом.

§3.6. Определение зазоров Л2 и А3 между неподвижным корректирующим кулачком раскладки и рабочими участками нитеводительной пластины

§3.7. Выбор толщины нитеводительной пластины.

§3.8. Выбор толщины б2 корректирующего кулачка раскладки.

§ 3.9. Определение расстояния а\ между фрикционным цилиндром и срединной плоскостью кулачка раскладки

§ 3.10. Определение теоретического Ет и действительного Еа раз"мера профильного отверстия корректирующего кулачка раскладки.

§3.11. Определение основных размеров нитеводительной пластины

§3.12. Профилирование заправочного кулачка.

§3.13. Определение основных размеров нитеводительной конической тарелки.

§3.14. Проектирование нитеводительной втулки.

§ 3.15. Взаимное расположение фрикционного цилиндра, кулачка раскладки и нитеводительной пластины.

§ 3.16. Определение максимальной скорости наматывания.

§ 3.17. Методика проектирования механизма раскладки с круговым движением нитеводителя.

Глава IV. Стендовые испытания механизма раскладки с круговым движением нитеводителя.

§4.1. Задачи экспериментальных исследований.

§ 4.2. Стенд для испытания механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя.

§ 4.3. Установление соответствия кривых расположения нити на поверхности фрикционного цилиндра с исходными кривыми, принятыми при профилировании кулачка раскладки

§ 4.4. Установление идентичности кривых расположения нити на поверхностях фрикционного цилиндра и тела намотки

§ 4.5. Определение минимального значения центрального угла Л, соответствующего всей длине рабочего профиля плоского заправочного кулачка.

§ 4.6. Определение минимального значения угла а0 наклона движущейся нити к срединной плоскости нитеводительной пластины.

Глава V. Расчет экономической эффективности использования перемоточной машины БП-340-0 с новым безынерционным механизмом раскладки.

Производство химических, минеральных нитей и нитей специального назначения относится к наиболее перспективным и быстро развивающимся отраслям химической и текстильной промышленности.

Интенсивный рост производства упомянутых нитей является следствием их ценных, зачастую уникальных свойств, благодаря которым они находят широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, расширяет сферу их использования и одновременно ставит задачи разработки новых технологических процессов и создания оборудования для их производства.

Решение последней задачи идет как по пути модернизации существующих машин и аппаратов, изыскания резервов для повышения их производительности, так и по пути создания нового, высокопроизводительного оборудования, реализующего прогрессивные технологические процессы, позволяющие формовать химические и минеральные нити со скоростью до 100 м/с и выше.

Весьма актуальной научной и практической задачей является разработка теории синтеза новых высокоскоростных приемно-намоточных устройств, способных осуществлять наматывание нити, движущейся с очень высокой скоростью, формировать устойчивые и равновесные паковки большой массы, иметь достаточную надежность и высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели.

Постановка такой задачи вызвана острой практической необходимостью оснащения современных машин для производства химических и минеральных нитей высокоскоростными, надежными и экономичными при-емно-намоточными механизмами.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению этой актуальной научной и практической задачи. 6

При выполнении диссертационной работы теоретически, экспериментально и практически подтверждена возможность применения кругового движения нитеводителя при формировании паковок заданной формы и структуры; разработаны три схемы механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя; спроектированы, изготовлены и испытаны в лабораторных и производственных условиях все модификации этих механизмов; проведены кинематические и технико-экономические расчеты; разработана методика синтеза безынерционных механизмов раскладки с применением ЭВМ.

Результаты проведенных исследований будут использованы на предприятиях и в конструкторских бюро химической, текстильной и легкой промышленности, а также в учебном процессе в высших учебных заведениях, готовящих специалистов по специальности 17.07.00 «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности».

Цель работы. Существенное повышение производительности формовочных, мотальных, перемоточных и текстурирующих машин путем оснащения их новыми высокоскоростными безынерционными механизмами раскладки с круговым движением нитеводителя.

Задачи исследований.

1. Теоретически и практически доказать возможность применения кругового движения нитеводителя при раскладке наматываемой нити, движущейся с очень высокой скоростью.

2. Разработать несколько схем механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя.

3. Разработать методику расчета и проектирования этих механизмов.

4. Разработать математические модели расчета и синтеза механизмов раскладки с использованием ЭВМ. 7

Научная новизна. Теоретически доказана и практически подтверждена возможность использования кругового движения нитеводителя при раскладывании наматываемой нити; разработаны методики расчета и проектирования этих механизмов; разработаны математические модели расчета и синтеза механизмов раскладки.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты аналитических решений задач, связанных с использованием при высокоскоростном наматывании нити кругового движения нитеводителя.

2. Разработанные механизмы раскладки с круговым движением нитеводителя.

3. Разработанные методики расчета и проектирования новых механизмов раскладки.

4. Математические модели расчета и синтеза механизмов раскладки с использованием ЭВМ.

Практическая ценность. Разработанные методики расчета и проектирования механизмов раскладки с использованием ЭВМ позволяют с заданной точностью находить основные технологические, кинематические и конструктивные параметры высокоскоростных безынерционных механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя, а разработанные конструкции механизмов раскладки могут быть приняты в качестве базовых при модернизации и совершенствовании механизмов раскладки нитевидных материалов всех видов.

По результатам исследований разработаны: методика определения времени реверса баллона раскладки в зависимости от направлений вращения фрикционного цилиндра и нитеводитель-ной пластины и равновесного расположения крайних витков на поверхностях фрикционного цилиндра, нитеносителя и паковки; 8 методика определения координат оси вращения нитеводитедьной пластины; методика определения координат центрового профиля неподвижного корректирующего кулачка раскладки; методика определения основных размеров деталей механизма; методика проектирования устройства для автоматической заводки нити в глазок и радиальный паз нитеводительной пластины; методика определения максимально допустимых значений диаметров фрикционного цилиндра, нитеносителя и паковки.

Реализация результатов работы.

По материалам диссертации разработаны, изготовлены и используются механизмы раскладки с круговым движением нитеводителя в лабораториях Московского государственного текстильного университета.

Разработанные методики расчета и проектирования механизмов раскладки переданы для практического использования Селивановскому машиностроительному заводу, Московскому заводу 1 Мая.

Ожидаемый экономический эффект от использования механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя на перемоточной машине составит 85,7 тыс. руб. в ценах 1999 года.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Яскин А.П., Коротеева Л.И., Глушенков В.И., Карепова A.C. Методика профилирования кулачка раскладки мотального механизма с круговым движением нитеводителя // Сборник научных трудов «Проблемы проектирования и технологии изготовления оборудования для текстильной промышленности и производства химических волокон». -М., МГТУ, 1999. С. 57.

2. Глушенков В.И. Исследование безынерционного механизма раскладки // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конферен9 ции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-99)», Москва, 23-24 нояб., 1999 г. - М., МГТУ, 2000. С. 116.

3. Глушенков В.И. Определение оптимальных параметров фрикционного цилиндра, нитеносителя и тела намотки в механизме раскладки с круговым движением нитеводителя- М., 2000. — 13 с. Деп. в ЦНИИТЭИ-легпром. 06.03.2000, № 3900 - ЛП.

Объём диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, общие выводы и список литературы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Безынерционный механизм раскладки с круговым движением ни-теводителя обеспечивает высокоскоростное наматывание нити и формирование паковок высокого качества.

2. Разработанные механизмы раскладки с круговым движением ни-теводителя практически обеспечивают раскладку нити, движущейся со скоростью до 100 м/с. Теоретически эти механизмы раскладки способны обеспечить скорость наматывания свыше 100 м/с.

3. Разработанные методики расчета и проектирования механизмов раскладки с использованием ЭВМ позволяют с заданной точностью находить основные технологические, кинематические и конструктивные параметры безынерционных механизмов раскладки с круговым движением ни-теводителя.

4. Непрерывное скольжение наматываемой нити по рабочему профилю неподвижного корректирующего кулачка раскладки и синхронное вращение баллона нити и нитеводительной пластины являются необходимыми и достаточными условиями получения паковок заданной формы и структуры.

5. Теоретически доказано, что при переходе баллона раскладки с одной ветви рабочего профиля корректирующего кулачка раскладки на другую ветвь должно меняться положение оси вращения нитеводительной пластины. Практически же неизменность положения оси вращения нитеводительной пластины несущественно влияет на структуру формируемой паковки, когда эта ось совпадает с полярной осью верхнего профиля корректирующего кулачка раскладки.

182

6. Отсутствие в механизме раскладки возвратно движущихся звеньев и неподвижное положение корректирующего кулачка раскладки существенно снижают виброактивность, силу звукового давления и расходуемую мощность механизмом. Долговечность механизма раскладки равна сроку службы подшипников качения фрикционного цилиндра.

7. Разработанные математические модели позволили при проектировании механизма раскладки с круговым движением нитеводителя использовать некоторые элементы САПР.

8. Механизм раскладки с круговым движением нитеводителя экономически выгодно применять на всех высокоскоростных машинах с индивидуальными приемно-намоточными устройствами на каждом рабочем месте.

9. Если наматываемая нить раскладывается вначале на поверхность фрикционного цилиндра с последующим переходом её на тело намотки, то диаметр фрикционного цилиндра следует брать несколько меньше критического значения, что обеспечит получение равновесных паковок.

10. Расчетный экономический эффект от использования механизмов раскладки с круговым движением нитеводителя на перемоточной машине составит свыше 85 тыс. рублей в ценах 1999 г.

183

1. Минаков А.П. Основы механики нити. В сб. «Научно-исследовательские труды Московского текстильного института». М., 1941, вып. 1., ч. 9, С. 3.

2. Минаков А.П. Основы теории наматывания и сматывания нити. // Текстильная промышленность. 1944, № 10, С. 11 16, № 11 - 12, С. 10-18.

3. Минаков А.П. К вопросу о равновесии идеально гибкой нити на шероховатой поверхности. — Ученые записки МГУ им. М.В. Ломоносова , 1951, вып. 154 (Механика), т. 7, С. 21.

4. Алешин П.А. Равновесная намотка. // Текстильная промышленность. 1951, №8, С. 16.

5. Ефремов Е.Д. Об условиях равновесия витка нити в точке наматывания. // Технология текстильной промышленности, № 3, 1962, С. 78.

6. Прошков А.Ф. Исследование и проектирование мотальных механизмов. М., Машгиз, 1963, 315 с.

7. Прошков А.Ф. Исследование процессов, связанных с наматыванием нити, и проектирование мотальных механизмов. Дис. на соиск. учен, степ, д-ра техн. наук. М., 1965.

8. Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. М., Машиностроение, 1974, 470 с.

9. Прошков А.Ф. Расчет и проектирование машин для производства химических волокон. М., Легкая промышленность, 1982, 408 с.

10. Прошков А.Ф. Механизмы раскладки нити. М., Легпромбытиздат, 1986, 248 с.184

11. SU, Авторское свидетельство № 556095, В 65 Н, 54/28, Прошков А.Ф., Яскин А.П. Устройство для раскладки нитевого материала, 1977.

12. SU, авторское свидетельство № 617344, В 65 Н, 54/28, Прошков А.Ф., Яскин А.П. Устройство для раскладки нити, 1978.

13. SU, авторское свидетельство № 689925, В 65 Н, 54/28, Прошков А.Ф., Прошкова O.A. Устройство намотки нити, 1978.

14. SU, авторское свидетельство № 6744963, В 65 Н, 54/28, Прошков А.Ф., Прошкова O.A., Яскин А.П. Устройство для раскладки нити на паковке, 1979.

15. SU, авторское свидетельство № 1632907, В 65 Н, 54/28, Прошков И.А., Прошкова Т.И. Устройство для раскладки нити, 1989.

16. SU, авторское свидетельство № 861255, В 65 Н, 54/28, Прошков А.Ф., Царакаев А.П., Царакаева JI.A. Устройство для раскладки нитевидного материала, 1978.

17. SU, авторское свидетельство № 903270, В 65 Н, 54/28, Прошков А.Ф., Мельникова O.A. Устройство для раскладки нити на паковке, 1979

18. Прошков А.Ф., Мельникова O.A. Устройство для заправки нити на бобину. // Технология текстильной промышленности. 1979, № 3, С. 93 95.

19. Прошков И.А. Определение основных параметров корректирующего кулачка раскладки. // Технология текстильной промышленности. 1990, № 6, С. 98 102, 1991 , № 1, С. 93 - 95.

20. Прошков И.А. Определение размеров рабочего профиля корректирующего кулачка раскладки. // Технология текстильной промышленности. 1994, № 1, С. 88 92.185

21. Прошков И.А. Влияние кругового движения нитеводителя на продольную скорость наматываемой нити. // Технология текстильной промышленности. 1994, № 4, С. 67-71.

22. Прошков И.А. Определение критического значения угла подъема рабочего профиля заправочного кулачка. // Технология текстильной промышленности. 1995, № 1, С. 85 88.

23. Прошков И.А. Определение натяжения нити в механизме раскладки. // Технология текстильной промышленности. 1995, № 2, С. 85 -89.

24. Яскин А.П. Исследование и проектирование механизмов раскладки для высокоскоростной намотки химических нитей. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., МТИ, 1974.

25. Трухан A.A. Нитераскладочные механизмы машин для производства синтетических волокон. М., ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1971, С. 9-20.

26. Прошков А.Ф., Яскин А.П. Исследование процесса высокоскоростной намотки полиамидной нити на паковки весом до 25 кг. Отчет по научн. исслед. работе, МТИ, 1972, С. 7 19.

27. Яскин А.П., Прошков А.Ф. Формирование паковок с равновесными прямыми торцами. Сб. трудов МТИ «Исследование и расчет механизмов раскладки текстильных машин», вып. 1 (7), 1974, С. 111 -118.

28. Дмитриева И.А. Требования к свойствам, качеству и ассортименту химических нитей. В сб. «Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Проблемы повышения качества химических волокон и нитей», Калинин, ВНИИСВ, 1979, С. 173 - 175.

29. Zadlo I. Wplyw budowy nawojy na niektore Wlasciwosci fizycrne poliamidowego jedwabiu berskretowego. Warszawa Prace instytutu Wlokienictwa, 1985, № 25, S. 109.186

30. Matzinger E. Ringläufer für Streckzwirmaschinen. // Int. Text. Bull. Weberei, 1986, № 3, S. 282 284.

31. Sturahn H.H. Verarbeitungsgerechte Gestaltung hochleanspruchter Faden-leitorgane. // Melliand Nextilber Int., 1987, № 3, S. 179, 183 187.

32. Коробка B.A. Механизмы раскладки для производства синтетических нитей. М., 1980, Деп. В ЦИИТЭИлегпищемаш № 256 80.

33. Воробьев Н.В., Назаров В.Ф., Воробьев А.Д. и др. Совершенствование процесса приемки некрученой нити на машинах для производства химических волокон. Обзор, инф. (Промышленность химических волокон). М., НИИТЭХИМ, 1983.

34. Машины для формования химических и минеральных волокон. Под ред. проф. Регельмана Х.З. Д., Машиностроение, 1972.

35. Хоменко И.М., Баскаков Г.Г., Пилипченко A.C. и др. Исследование кинематических параметров нитераскладочных механизмов. В сб. «Создание и исследование оборудования для производства синтетических волокон», вып. 4. Киев, Наукова думка, 1974, С. 142 — 148.

36. Хоменко И.М., Плуток В.И., Сютиков В.Ф. Ускоренные испытания нитераскладочных механизмов на износостойкость. — В сб. «Создание и исследование оборудования для производства синтетических волокон», вып. 6. Чернигов, ВНИИМСВ, 1975, С. 121 131.

37. Регельман Е.З. Направления развития нитераскладочных механизмов машин для производства химических волокон. — В сб. «Тезисы докл. на Всесоюзной научно-технической конф. Чернигов, Десна, 1979, С. 12-14.

38. Рогоза И.В., Шерман П.П. Исследование прохождения нити по стержням малого диаметра. // Технология легкой промышленности, 1968, № 1,С. 88.

39. Лазаренко В.М. О шаге намотки и действительном расположении витков. В сб. « Научно-исследовательские труды ЛТИ им. С.М. Кирова», 1955, № 6, С. 3.

40. Беляев А.Н. Влияние некоторых факторов на плотность намотки высокообъемных нитей и проектирование фрикционных наматывающих устройств. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., 1968.

41. Моисеев В.А. Цилиндрическая крестовая намотка вискозной нити на машинах непрерывного процесса. М., 1968.

42. Малков М.А., Палей Б.Ш. Равновесная намотка на коническую поверхность. // Технология текстильной промышленности , 1967, № 4, С. 135.

43. Подгайный Ю.М., Морозова В.М., Дуд ко В. А. Методика расчета характеристик геодезической намотки оболочек тел вращения. Механика полимеров. Акад. наук ЛатССР , 1967, № 6, С 1096.

44. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Наука, 1973, 832 с.

45. Вакс Е.Э. Измерение натяжения нитей. М., Легкая индустрия, 1966, 232 с.