автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Анализ механических и технологических характеристик нитераскладчиков с устройствами для устранения жгутообразования

Введение

Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ 8 НИТЕРАСКЛАДОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ

1.1. Классификация нитераскладочных механизмов

1.2. Высокоскоростные безинерционные нитераскладоч- 10 ные механизмы механического принципа действия с индивидуальным приводом

1.3. Инерционные нитераскладчики механического прин- 23 ципа действия

1.4. Нитераскладчики немеханического принципа действия

1.5. Нитераскладочные механизмы с дополнительными 3 7 устройствами для устранения жгутообразования

Выводы

Глава 2. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 51 НИТЕРАСКЛАДЧИКОВ ПНЕВМОПРЯДИЛЬНЫХ МАШИН

2.1. Динамические модели нитераскладчика

2.2. Определение закона движения нитеводителя с учетом 56 влияния устройства для устранения жгутообразования

2.3. Результаты расчетов 63 Выводы

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КИНЕМАТИЧЕСКОГО 70 АНАЛИЗА НИТЕРАСКЛАДЧИКОВ

ПНЕВМОПРЯДИЛЬНЫХ МАШИН И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ НАМАТЫВАНИЯ НИТИ

3.1. Основные положения теории наматывания

3.2. Конструктивная и структурная схемы механизма рас- 77 кладки

3.3. Кинематический анализ механизма нитераскладчика с 80 устройством для устранения жгутообразования

3.4. Методика определения плотности намотки 85 Выводы

Глава 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НИТЕРАСКЛАДЧИКОВ ПНЕВМОПРЯДИЛЬНЫХ МАШИН

4.1. Влияние параметров устройства для устранения жгу- 90 тообразования на кинематические параметры нитераскладчика

4.2. Влияние параметров устройств для устранения жгуто- 97 образования на эффективность их работы

4.3. Графический способ оценки эффективности работы 108 устройств для устранения жгутовой намотки

Выводы

В текстильном производстве одной из важнейших технологических операций является намотка нити на катушки или патроны, осуществляемая с помощью приемно-намоточных механизмов различных конструкций. Существенной частью приемно-намоточных механизмов являются нитераскладоч-ные механизмы, рабочие характеристики которых в значительной степени определяют форму и структуру намотки, а также влияют на качество выполнения операций на последующих переходах.

В процессе формирования паковки в зависимости от соотношения кинематических и геометрических параметров вращающейся паковки и нитево-дителя, совершающего возвратно-поступательное движение, могут образовываться застилистая, ленточная и жгутовая намотки. Ленточная и жгутовая намотки затрудняют процесс разматывания нити за счет сползания и слета витков, что снижает производительность процессов перемотки и способствует увеличению количества отходов [1].

Из всего многообразия нитераскладочных механизмов в настоящей работе в качестве объекта исследований выбраны групповые нитераскладоч-ные механизмы, используемые на пневмопрядильных машинах типа БД и ппм.

Отличительные особенности этих механизмов состоят в большой протяженности и относительно малой жесткости их ведомых звеньев и наличии дополнительных устройств для устранения жгутообразования, являющегося одним из основных дефектов намотки.

В большинстве известных конструкций нитераскладочных механизмов пневмопрядильных машин жгутообразование устраняется за счет сообщения основному раскладочному кулачку переменной угловой скорости вращения и дополнительного колебательного осевого движения.

При проектировании нитераскладочных механизмов с устройствами для устранения жгутообразования наибольшие затруднения возникают при выборе характера изменения угловой скорости и параметров осевого движения основного кулачка, что обусловлено недостаточно полным изучением этих вопросов и отсутствием необходимых рекомендаций в научно-технической литературе.

В связи с этим актуальным является проведение исследований, направленных на создание методов оценки влияния устройств для устранения жгутообразования на технологические и динамические параметры нитерасклад-чиков и разработку программного обеспечения для выполнения проектных расчетов, что позволит повысить научно-технический уровень проектирования нитераскладчиков.

Целью работы является совершенствование методов расчета нитераскладчиков с устройствами для устранения жгутообразования и разработка соответствующего программного обеспечения для решения прикладных задач, возникающих в процессе проектирования.

В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи:

1. Разработать методику динамического анализа групповых нитераскладчиков, позволяющую исследовать как обычные кулачковые нитераскла-дочные механизмы, так и механизмы с дополнительными устройствами для устранения жгутообразования в процессе намотки нити.

2. Оценить влияние закона изменения ускорений на участках реверса и наличия зазоров в паре паз - ролик основного кулачка на динамические нагрузки в нитераскладочном механизме.

3. Разработать методику кинематического анализа нитераскладчиков с устройствами для устранения жгутообразования.

4. Разработать методику для определения характера распределения плотности намотки нити по поверхности паковки с учетом влияния параметров устройств для устранения жгутообразования.

5. Выявить кинематические и конструктивные параметры нитераскла-дочных механизмов, оказывающих наибольшее влияние на характер распределения плотности намотки.

В соответствии с данной целью материалы диссертации изложены в следующей последовательности:

В первой главе выполнен литературный и патентный обзор нитераск-ладочных механизмов. Описаны и проанализированы высокоскоростные без-инерционные нитераскладочные механизмы с индивидуальным приводом, инерционные нитераскладчики механического принципа действия, нитераск-ладчики немеханического принципа действия, устройства для намотки нити на неподвижную катушку, нитераскладочные механизмы с дополнительными устройствами для разуплотнения торцов паковки. Указаны достоинства и недостатки каждой из рассмотренных конструкций нитераскладчиков.

Особое внимание уделено анализу нитераскладчиков с устройствами для устранения жгутообразования.

В обзоре исследований, посвященных нитераскладочным механизмам, отмечен научный вклад в развитие теории и практики проектирования ните-раскладочных механизмов, внесенный Е.Д.Ефремовым, Я.И.Коритысским,

A.П.Малышевым, Л.С.Мазиным, И.И.Матюшевым, А.Ф.Прошковым,

B.К.Поляковым, Е.З.Регельманом и другими учеными и исследователями.

Вместе с тем отмечена необходимость проведения дополнительных технологических и динамических исследований нитераскладчиков с устройствами для устранения жгутообразования с целью более полного изучения особенностей их работы.

В конце главы по результатам проведенного литературного и патентного обзоров сделаны выводы и дана постановка задач дальнейших исследований.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей, алгоритмического и программного обеспечения для динамического анализа ните-раскладочных механизмов пневмопрядильных машин. Необходимость данных исследований связана с отсутствием в литературе данных о влиянии устройств для устранения жгутообразования на динамические характеристики нитераскладчиков, и выполнялись они на основе методов и результатов, изложенных в работах И.М.Бабакова, В.И.Бабицкого, И.И.Вульфсона, М.З.Коловского, Я.Г.Пановко и других ученых.

Третья глава посвящена разработке методики кинематического анализа нитераскладочного механизма пневмопрядильной машины с устройством для устранения жгутообразования. Данная методика имеет как самостоятельное значение, так и служит основой для исследования технологических параметров процесса намотки и определения характера распределения плотности намотки по поверхности паковки при произвольном радиусе наматывания. Методика теоретического анализа условий работы подобных механизмов ниже рассматривается на примере механизма раскладки нити пневмопрядильной машины БД-200-КС, что, однако, не снижает общности полученных результатов, поскольку во всех конструкциях механизмов аналогичного назначения используются одинаковые принципы устранения жгутообразования.

В четвертой главе дано краткое описание программы для ПЭВМ, составленной на языке программирования СИ и реализующей изложенный выше алгоритм, и приводятся основные результаты анализа нитераскладчиков пневмопрядильных машин. Даны рекомендации по проектированию ни-тераскладочных механизмов с устройствами для устранения жгутообразования.

Работа заканчивается общими выводами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В выполненных исследованиях произведен анализ основных технологических и механических характеристик нитераскладочных механизмов с устройствами для устранения жгутообразования. Практическое использование полученных теоретических результатов, реализованных в виде программ для ПЭВМ, дает возможность повысить технический уровень проектирования нитераскладочных механизмов и, в конечном счете, обеспечить улучшение качества намотки нити. Материалы, изложенные в диссертации, позволяют сделать следующие основные выводы:

1. В научно-технической литературе представлено большое количество разнообразных схем нитераскладочных механизмов. При этом отсутствие единых критериев исследования и оценки, в частности нитераскладчиков с устройствами для устранения жгутообразования, свидетельствует о необходимости методики исследования, а также оценки эффективности работы устройств для устранения жгутообразования.

2. На основе анализа многочисленных конструкций нитераскладчиков с устройствами для устранения жгутообразования установлено, что наибольшее распространение получил способ устранения жгутообразования, заключающийся в сообщении раскладочному пазовому кулачку периодически изменяющейся частоты вращения и колебательных осевых перемещений.

3. Для нитераскладчиков с устройствами, устраняющими образование жгутовой намотки, получены точные и приближенные аналитические зависимости для определения характера изменения угловой скорости основного кулачка, закона его осевого движения и суммарного закона движения нитеводителя.

Эти зависимости обеспечивают возможность проведения уточненного анализа динамических и технологических характеристик нитераскладчиков, исследования процесса жгутообразования на пневмопрядильных машинах, и необходимы для оценки эффективности используемых конструктивных средств для уменьшения отрицательного воздействия этого процесса на качество намотки

4. Установлено, что наличие устройств для устранения жгутообразования оказывает несущественное влияние на динамические характеристики нитераскладочных механизмов пневмопрядильных машин, в связи с чем при решении динамических задач рекомендуется ограничиваться учетом только кинематического возмущения от основного кулачка, что существенно уменьшает трудоемкость динамических расчетов.

5. Результаты динамического анализа нитераскладчиков пневмопрядильных машин показали, что наибольшее влияние на уровень нагрузок оказывают зазоры в паре паз - ролик и длительность участков реверса. В то же время законы изменения ускорений на участках реверса практически не влияют на величины нагрузок, что позволяет на этих участках профилировать основной кулачок, руководствуясь только условиями технологичности изготовления.

6. Разработанная математическая модель для определения характера распределения плотности намотки нити по поверхности паковки произвольного радиуса позволяет производить исследования процесса жгутообразования и получать количественные оценки эффективности работы устройств для устранения этого дефекта намотки.

7. Подтверждена эффективность использования устройств для устранения жгутовой намотки и возможность существенного выравнивания плотности намотки нити по всей длине паковки. Установлено, что дополнительные колебательные перемещения основного кулачка в осевом направлении оказывают преобладающее влияние на качество намотки. Показано, что при исследовании процесса жгутообразования необходимо учитывать изменение радиуса паковки в процессе наматывания нити.

8. Разработанные алгоритмы и программы для ПЭВМ обеспечивают в процессе проектирования возможность оптимального выбора конструктивных и кинематических параметров нитераскладочных механизмов с учетом технологических и динамических требований. При выполнении проектных работ, кроме численного метода анализа условий наматывания нити, можно использовать графический способ оценки качества намотки.

1. Машины для формования химических и минеральных волокон. Под ред. проф. X. 3. Регельмана. JL: Изд-во «Машиностроение», 1972. 264 с.

2. Ефремов Е.Д. О возможности проектирования мотального механизма по параметрам намотки на цилиндрическую бобину. Технология текстильной промышленности, 1962, №6, с.78.

3. Коритысский Я.И. Динамика упругих систем текстильных машин. М.: Легкая и пищевая промышленность , 1982.

4. Прошков А.Ф. Механизмы раскладки нити (вопросы проектирования). М.: Легпромбытиздат, 1986. 248 с.

5. Регельман Е.З., Рокотов Н.В. Приемные механизмы машин для производства химических волокон. Л.: Изд во ЛГУ, 1988.

6. Патент США № 2370923, 1945.

7. Патент США №2238128, 1941.

8. Патент № 1412636. Франция.

9. Смара Нуи. Разработка и теоретический анализ конструкций нитераскладчиков с разгружающими устройствами для пневмопрядильных машин, (диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук). Санкт-Петербург, 1992.

10. Патент Великобритании № 1584558, 11.02.1981.20. 7 А164 П. Нитераскладчик. Тамура Йодзиро, Кавадзура Рюити; К. к. Симадзу сэйсакусё. Пат. 57-44573, Япония. Заявл. 30.09.74, № 49-113117, опубл. 22.09.82. МКИ В65 Н 54/28.

11. Патент ФРГ № 2109214, МКИ 86554/6, 1979.

12. А. с. № 1500600 СССР, МКИ В 65 Н 54/30 Раскладчик нити /В.К. Поляков, H.A. Гренишина, Г.М. Иванов, Л.В. Жигунова/. Заявл. 30.11.1987, опубл. 15.04.1989.

13. А. с. № 1601058 СССР, МКИ В 65 Н 54/28 Раскладчик нити /В.К. Поляков, H.A. Гренишина, В.А. Лебедев, Г.И. Пищик/. Заявл. 11.01.1988, опубл. 22.07.1990.

14. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука, 1968. 559 с.

15. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем. М.: Наука, 1978.

16. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. Л., 1976, 328 с.

17. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия. Л., 1990.-310 с.

18. Вульфсон И.И., Лебедев В.А. Исследование частотного спектра и форм колебаний раскладочного механизма пневмопрядильной машины ППМ-160. Известия вузов: Технология текстильной промышленности, 1980, №5, с. 98-102.

19. Коловский М.З. Динамика машин. Л., 1989. 264 с.

20. Механика машин. /И.И. Вульфсон, М.Л. Ерихов, М.З. Коловский и др.; Под ред. Г.А. Смирнова. М.: Высш. шк., 1996. - 511 с.

21. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1991.

22. Климов В.А., Матюшев И.И., Мазин Л.С. и др. Высокоскоростные приемно-намоточные механизмы для химических нитей. М.: Легпромбытиз-дат, 1991.-256 с.

23. Вульфсон И.И. Введение в динамику механизмов с учетом упругости звеньев., Л.: Изд-во ЛПИ, 1977.

24. Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Гос. изд-во физ.-мат. литры, 1961.-824 с.

25. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. курс теоретической механики. Том 2. Динамика. М.: Гос. изд-во технико-теоретической лит-ры, 1955. 595 с.

26. Регельман Х.З. Профилирование паза пространственного кулачка раскладочного механизма при пружинных упорах. Известия вузов: Технология текстильной промышленности, 1968, № 2 (63), с. 67-72.

27. Регельман Х.З. Кулачковый раскладочный механизм с переходными участками, выполненными по гармоническому закону. Машиностроение для текстильной промышленности. Реф. сб. М., 1970, вып.11, с. 18-23.

28. Регельман Х.З., Микушев А.Е., Смирнов В.И. Определение профиля переходных участков пространственного кулачкового нитераскладчика. Известия вузов: Технология текстильной промышленности, 1977, № 6, с. 114118.

29. Регельман Х.З. Определение динамических нагрузок в раскладочном механизме центрифугальной прядильной машины. Известия вузов: Технология текстильной промышленности, 1968, № 3.

30. Определение нагрузок в пространственном кулачковом раскладочном механизме при отсутствии зазоров между роликом и направляющими. Известия вузов: Технология текстильной промышленности, 1967, № 4, с. 155162.

31. Регельман Х.З. Микушев А.Е. К расчету и проектированию кулачкового механизма раскладки нити. Известия вузов: Технология текстильной промышленности, 1975, № 5, с. 141-145.

32. Артоболевский И.И. Теория механизмов. М.: Наука, 1965, 776 с.

33. Вульфсон И.И. Колебания в машинах. Учебное пособие для втузов. СПб: СПГУТД, 1996. 185 с.

34. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. М.: Высшая школа, 1963.

35. Волков В.В., Злобин Б.А. Проектирование кулачковых механизмов. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000. 156 с.

36. Амосов A.A. Вычислительные методы для инженеров./А.А. Амосов, Ю.А. Дубинский, Н.В. Копчёнова. М.: Высшая школа, 1994. 544 с.

37. Б. Керниган, Д. Ритчи. Язык программирования СИ. М.: Финансы и статистика. 1992.-271 с.

38. Ефремов Е.Д., Ефремов Б.Д. Основы теории наматывания нити на паковку: Моногр. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 144 с.

39. Малышев А.П. Основы теории наматывания нити. В сб.: Научно -исследовательские труды МТИ, 1944, М., 1946.

40. Прошков А.Ф. Некоторые вопросы, связанные с наматыванием нити. Технология текстильной промышленности, 1958, № 1, с. 169.

41. Прошков А.Ф. Исследование и проектирование мотальных механизмов. М.: Машгиз, 1963.

42. Минаков А.П. Основы теории наматывания и сматывания нити. Текстильная промышленность., 1944, №10, 11, 12.

43. Регельман Х.З., Стрельцес В.Я. Влияние геометрических параметров раскладочных механизмов на величину наибольшего давления между роликом и пазом. Технология тексильной промышленности, 1973, №5.

44. Стрельцес В.Я., Микушев А.Е., Моисеев Г.К., Алферова В.Д. Влияние формы переходной кривой ространственного кулачка-раскладчика, выполненного по закону полинома, на параметры наматывания. Сборник трудов ВНИИМСВ, вып. 4, Наукова думка, Киев, 1973.

45. Моисеев Г.К., Стрельцес В.Я., Микушев А.Е. Влияние формы переходных кривых раскладчиков на характер расположения нитей на паковках. Технология текстильной промышленности, 1972, № 5.

46. Гордеев В.А. Пути улучшения строения крестовой намотки. Текстильная промышленность, № 10, 1953.

47. Ефремов Е.Д. О возможности проектирования мотального механизма по параметрам намотки на цилиндрическую бобину. Технология текстильной промышленности, 1962, № 6.

48. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК ЗАДАННЫХ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ10,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 01. Ai- . . , 1 .