автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Динамика машин-автоматов текстильной промышленности

о

л 7. \WOtV

Институт механики и машиноведения НАН РК.

на правах рукописи

Джомартов Абдразак Чаушенович

УДК 621.01

Динамика машин-автоматов текстильной промышленности

05.02.18 - Теория механизмов и машин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Алматы -1993

Работа выполнена в Казахском государственном университете им. Аль-Фараби и в институте механики и машиноведения HAH PK.

Ведущая организация - институт машиноведения АН Кыргызстана

Официальные оппоненты: член корреспондент Международной инженерной академии, доктор технических наук, профессор А. Джураев

профессор, доктор технических наук Иванов К.С.

член корреспондент Международной инженерной академии, доктор технических наук Р.М.Малофеев.

Защита состоится " 1993 г. в. А? часов

на заседании специализированного Совета Д-058.01.05 института механики и машиноведения HAH PK по адресу: 480004, Алматы, ул. Фурманова 50.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института механики и машиноведения HAH PK.

Автореферат разослан "3/"М<2Л. 1993г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

Е. С. Темирбеков

О ища л характеристика работы.

Актуальность проблемы.Текстильная промышленность занимает одно из важнейших мест а экономике Казахстана л является наиболее перспективной подотраслью з легкой индустрии. Основной часгыо технологического оборудования текстильной промышленности составляют сложные машгны-автокати (МА), содержащие большое число взаимосвязанных исполнительных механизмов.

Совершенствование существующих и создание новых высокопроизводительных МА является основной тенденцией современного текстильного машиностроения. Пути дальнейшего повышения технихо-экономических показателей МА связаны прелсде всего с решением проблем повышения скорости главного вала при одновременном попшпеншш надежности механизмов МА. С повышением рабочих скоростей МА заметное влияние начинают оказывать колебательные процессы, обусловленные упругостью звеньев, динамическим взаимодействием различных механизмов, привода, и системы управления МА. Анализ процессов п таких сложных электромеханических системах требует разработки обобщенных динамических моделей текстильных МА и исследования влияния указанных ззаимосвязашшых факторов на производительность и надежность МА.

В значительной степени производительность МА и качество выпускаемой продукции зависят от согласованной работы системы "оператор-МА", что обуславливает необходимость разработки математической модели и оптимизации скоростных режимов группы МА, обслуживаемой одним оператором, с целью повышения групповой производительности МА.

Возможности повышения производительности и надежности МА на основе оптимизации параметров механизмов и узлов имеют свои пределы, поэтому для обеспечения качественного роста этих показателей необходимо дальнейшее усовершенствование г. создание принципиально новых механизмов, узлов и устройств, не просто ориентированных на существующие технологические процессы и переход;^, но и рационализирующие последние.

В связи с вышеизложенным проблема разработки теоретических осноп повышения производительности и надежности текстильных МА и создание принципиально новых механизмов и устройств МА является актуальной и имеет важное народно-хозяйственной значение.

Днссертациошшая работа выполнена в КазГУ им. Аль Фараби и институте механики и машиноведения HAH PK в соответствии с координационными планами АН Каз ССР и Минлегпрома Каз ССР.

IT,ель работы заключается в разработке и исследовании обобщенной динамической модели текстильных МА, новых механизмов, узлов и устройств для них и оптимизации режимов работы МА.

Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

- разработка методов комплексного исследования динамики машин- автоматов текстильной промышленности с учетом упругости звеньев, динамики приводов и систем управления;

-исследование устойчивости и стабилизация движения главного вала текстильных машин-автоматов;

-исследование динамики ткацких станков СТБ и гребнечесальных машин;

-разработка и исследование системы автоматической ликвидации обрывов уточной нити для ткацкого станка СТБ;

- оптимизация скоростных режимов машин-автоматов при многостаночном обслуживании;

-экспериментальные исследования разработанных механизмов, узлов, устройств контроля и управления ткацких станков СТБ и гребнечесальных машин;

- разработка предложений по усовершенствованию отдельных узлов и механизмов, ткацких станков СТБ и гребнечесальных машин.

Метопы исследования. Построение обобщенной динамической модели и исследование текстильных МА проведены на основе современных методов теоретической и прикладной механики и математики,методов оптимизации с применением ЭВМ.

Достоверность теоретических результатов подтверждена экспериментальными лабораторными исследованиями и произподственныими испытаниями.

Научная новизна работы. Главным научным результатом являются новые методы комплексного исследования динамики текстильных МА с целыо повышения их надежности и производительности.

Составлена обобщенна л динамическая модель текстильных МА с учетом упругости г;х звеньев, динамики приводов и систем управления,'которая представляет собой теоретическое обобщение и качественное развитие известных моделей для составляющих элементов и узлов МА. Решена задача стабилизации упругих колебаний главного вала текстильных МА и найдены управляющие воздействия на входе электропривода, обеспечивающие устойчивость движения главного вала.

Разработаны методы и алгоритмы минимизации динамических нагрузок, возникающих в механизмах МА, на основе оптимизации ее циклограммы.Исследована динамика механизмов ткацких станков СТБ и гребнечесальных, машин.

Разработаны математические модели и решены задачи оптимизации скоростных режимов МА при многостаночном обслуживании по критерию групповой производительности.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

На основе теоретических результатов разработаны и внедрены в производство принципиально новые узлы и устройства ткацких станков СТБ и гребнечесальных машин. Испытания этих устройств в лабораторных и производствннных условиях подтвердили их высокие технико-экономические показатели. Результаты исследования динамики механизмов ткацких станков СТБ и гребнечесальных машин позволили выявить наиболее нагруженные звенья их механизмов и сформулировать критерии улучшения динамики текстильных МА. На основе решения задачи оптимизации циклограмм МА найдены такие значения их ■ параметров, которые обеспечили наименьшие динамические нагрузки на звенья механизмов, тем самым снизили скорость износа деталей и повысили надежность МА.

Разработано устройство ликвидации сбрывов уточной нити на ткацких станках СТБ, которое позволило существенно

повысить его производительность и качество выпускаемой продукции).

Разработан оригинальный узел (а.с. 609789) гребнечесальной машины для переработки чисто шерстяных волокон, за счет чего удалось сократить три технологических перехода ленточных машин и соответствующие рабочие места. Новшество дало экономический эффект 6.7 млн. рублей на одну пинию -

/шпобапия работы. Основные результаты работы доложены на Казахстанской межвузовской конференции (1984г.), Всесоюзных совещаниях по механизмам п машинам (Тбилиси, 1974 г., Алма-Ата, 1976 г., Ташкент, 1979 г.) и по станкам (Новосибирск 1984 г., Москва 1985 г.), на сессии бюро отделения физико-математического НАН РК (Алма-Ата 1992 г.) на заседаниях научно-технических советов Минлегпрома КазССР (1986г), Госконцерна "Казлегпром"(1990г), в инженерном центре "Легаром" И А РК (1992 г., 1993 г).

Публикации, По теме диссертации опубликованы 9 научных статей, 3 монографии, получено 3 авторских свидетельств па изобретения.

Обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списки литературы (250 наименований). Содержит 330 страниц машинописного текста, включая 70 рисунков и 15 таблиц, приложения, актов испытаний и внедрений.

Во введении показана важность решаемой в работе проблемы, и дана краткая аннотация диссертации.

Работа базируется на результатах исследований советских (Артоболевского И.И., Бессонова А.П., Вульфсона И.И., Джолдасбекова У.А., Дудника А.И., Кожевникова С.Н., Коловского М.З., Коритысского Я.И., ЛипенковаЯ.Я., Левитского Н.И., Малышева А.П., Ротбарта Г.А., Штут И.И. и др.) и зарубежных ученых (Коен, Кувида, Нойбауэр, Сшщор, Хатн, Холл, Шикерн и др.).

В первой глпве приводятся краткие характеристики и устройство механизмов ткацкого станка СТБ и гребнечесальной машины. Дается анализ основных результатов работ по * исследованию динамики основных механизмов ткацких станков СТБ и гребнечесальной машины.

Ткацкий станок СТБ относится к сложным машинам-автоматам с большим числом исполнительных механизмов. На рис. 1 показана схема ткацкого станка СТБ со следующими обозначениями: 1,1'-, бобины,2, 2'-баллоноограничнтели, 3 , 3'- уточные тормоза, 4 , 4'-компенсаторы, 5 - гонок боевого механизма, 6 - прокладчик, 7 -механизм смены цвета ,8,8'- возвратчнки утка, 9 - уточно-боевая коробка, 10 - гонок транспортера, 11,12 - передний и задний клапан, 13 - приемная коробка, 15 , 15'-уточные нити.

Станок работает следующим образом: прокладчик гонком транспортера подается в уточно-боевую коробку. После чего он подается при помощи механизма подъема на линию его "полета с раскрытыми губками пружины, где в зазор между пружиной прокладчика входит стоящий неподвижно в крайнем левом положении возвратчик утка с нитыо. После захвата уточной нити прокладчиком утка боевой механизм разгоняет его и происходит прокладывание нити. Прокладчик влетевший в приемную коробку тормозится клапанами и выталкивается назад и останавливается в определенном положении. Механизм раскрывателя пружины прокладчиков освобождает уточную нить. Излишек утка из зева выбирается компенсатором в момент подачи прокладчика из приемной коробки к кромкам ткани. Затем зажимные губки возвратчика захватывают уточную нить на выходе ее из уточно-боевой коробки и ножшшы отрезают

проложенную нить. После этого нить прибивается батанным механизмом.

На рис. 2 показана схема гребнечесальной машины со следующими обозначениями: 1-лента, 2,3-направляющие, 4-столнк, 5,6-питающая пара, 7-второй столик, 8-коробка питания, 9-гребень питания, 10,11-губки тисков, 12-круглый гребень, 13-прямой гребень, 14-верхняя сабля, 15-кожанный рукав, 16-уплотняющие валики, 17-воронка, 18-отделителыше цилиндры, 19-нижняя сабля, 20-валики. 2!-щетка, 22-таз, 23-кардный валик, 24-ящик, 25-ящик, 26-съсмный гребень, 27-шибер.

РИС.2

Машина работает следующим образом. Холстик сформированный из лент 1 в количестве от 24 до 32, через направляющие 2,3 по гладкой поверхности столика 4 поступает в питающую пару рифленых цилиндров 5,6, которые имеют рифли, расположенные под углом к образующей поверхности. Питающие цилиндры за один цикл работы машины подают холстик по питающему столику 3 ко второму столику 7 коробки питания 8. Длина подачи этого холстика, называемая величиной линейного питания, может изменяться в зависимости от заправки и находится в пределах от 4.6 до 10 мм. Со столика 7 холстик 1 поступает в коробку питания 8. В прорези коробки питания 8 входят иглы гребня питания 9, имеющие несколько рядов, пронизывая толщу холстика и зажимая его. Коробка питания 8 при опущенном гребне питания 9 перемещает холстик 1 к открытым губкам тисков 10,11 на длину, равную величине линейного питания. После этого верхняя 10 и нижняя 11 губки тисков плотно смыкаются, зажимая холстик и образуя тем самым бородку, свисающую над круглым гребнем 12. После образования бородки гребень питания 9 поднимается и освобождает холстик в коробке питания 8, а затем коробка питания 8 и гребень питания 9 в разомкнутом воде возвращаются в исходное заднее положение. В заднем положении гребень питания 9 опускается в результате чего иглы его входят в прорези коробки питания 8 и пронизывают холстик, тем самым подготавливая его для очередной подачи в следующем цикле работы машины.

Как показал обзор исследований, для повышения производительности и надежности текстильных машин-автоматов, таких как ткацкий станок СТБ и гребнечесальная машина, необходимы их дальнейшие комплексные динамические исследования с учетом упругости звеньев, динамики приводов и систем управления.

Глава заканчивается постановкой задач исследований.

Во второй глава изложены теоретические основы динамики текстильных-МА с учетом упругости звеньев механизмов, их взаимовлияния через главный зал МА, динамики привода и системы управления МА.

Обобщенная динамическая модель неуправляемой текстильной МА составлена в следующим виде.

Уравнение электропривода в общем ввде записано как

и I, я I, (2/1 = 0, { = Т7я (1)

где В I - «¿который оператор; и I - управляющее воздействие; д I -выходная койрдпната двигателя; <2; - обобщенная^сила, оазвиваемая двигателем; п - число степенен свободы механизмов МА. '

Функции положения механизмов представлены в виде: хг~П г (7),' Г — 1, Ш (2)

где 7 = 0/1 . • ••. 1п)т;х = (Х1.....х т) т-вектор

выходных координат, в качестве которых служат координаты рабочих органов МА или других характерных точе^с механизмов МА.

Активные силы, возникающие при ыполнении рабочих операций представлены в виде функций координат и скоростей рабочих органов:

/'«с=/,к(Зё,5!)|к = ГГ^ (3)

Для учета упругости звеньев механизма введены дополнительные координаты , отражающие величины деформаций звеньев, и соответственно функции положения механизмов представлены в виде:

л-г=Ч/г(? 1.....я п , в\ , ... : 01) , г — 1 , т (4)

где ( Я 1.....Я п , 0 , ... , 0 ) = П ,(я 1 , .... <7,1).

Уравнения движения механизмов, составленные в форме уравнений Лагранжа 2-го рода в общем виде представлены как £/ [д 1, ... , д,и 0 и ... , 0/, () I, ... , <2П ]. =0 , / = 1Гй+7 } (5)

Задача динамического анализа неуправляемой МА сводится к определению за_конов изменения обобщенных выходных координат )по заданным и / ( I ) , / = ( 1 , п ) путем

интегрирования уравнений (1) и (5) при заданных начальных условиях.

Если полученные данные движения х ( ? ) не удовлетворяют техническим требованиям, то возникает задача динамического синтеза. Один из путей решения этой задачи - выбор соответствующих функции положения (2) на основе кинематического синтеза. Другой путь - синтез программных

управлений и ? (I), обеспечивающих заданные программные

движения*). Дляуменьшения динамической ошибки, неизбежно возникающей из-за наличия неконтролируемых возмущений, вводятся дополнительные управления Аиг (1 — 1 ,п), которые реализуются с помощью системы управления.

Описаны несколько способов осуществления воздействия системы управления:

1) управления на входе двигателей на основе обратных связей: _

ДИг = \У\ (д 1 , ... , д п , X 1 , ... , х,п ) , / = 1 ,п (б)

2) силовое управление, прикладываемые непосредственно к входам механизмов:

У ] ¡д I , ... , д п , XI , ...\хт I, ) = 1 , к (7)

3) кинематическое управление введением дополнительной степени свободы с координатой:

д* - д* ¡д I ,..., д п, х\,..., х т\. (8)

В итоге обобщенная динамическая модель управляемой МА имеет вид:

1) уравнения двигателей

2>/{иг+Диг,?г,б/].«0, г — 1~Гя (9)

2) уравнения движения механической части

Ь/{ди я П, д *, в 1,..., 0/, <2 1,..., (2 и, У1.....У* |.=0,

. (11)

3) функции положения механизмов

Хг = Фт\а\.....д,и <7*. 01,..., 0/} , г = 1 , т (12)

4) уравнения системы управления (б), (7), (8).

На основе уравнений Лагранжа 2-го рода получена динамическая модель механической части МА и предложено управляющее воздействие в функции отклонений текущих

значений обобщенных координат от их заданных значений, которое обеспечивает асимптотическую устойчивость положения равновесия механической системы, соответствующего ' установившемуся движению МА.

На основе уравнений Максвелла-Лагранжа получена математическая модель МА с учетом динамики электропривода и передаточных механизмов. В качестве электропривода рассматриваются двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Для МА с двигателем постоянного, тока предложено стабилизирующее управления на входе электропривода в функции отклонений обобщенных координат механической части МА от их заданных значений и в функции значений тока в цепи якоря. На основе второго метода Ляпунова получены условия асимптотической устойчивости положения равновесия электромеханической системы, соответствующей установившемуся движению МА.

Для МА с двигателем переменного тока построено стабилизирующее управление на входе электропривода в функции отклонений обобщенных координат и в функции от моментов сил нагрузки. На основе второго метода Ляпунова найдены условия асимптотической устойчивости установившегося движения МА.

Возможности предложенных стабилизирующих управлений проиллюстрированы на примере решения задачи устойчивости и стабилизации движения главного вала ткацкого станка СТБ. В качестве динамической модели механической части станка рассматривается девятнадцатимассовая колебательная система, в качестве привода рассматривается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Получены условия асимготическон устойчивости установившегося движения станка в классе предложенных стабилизирующих управлений.

Разработан метод оптимизации динамики текстильных МА на основе их циклограмм. Для этого циклограмма МА представляется в виде векторных многоугольников. Данное представление циклограммы позволило получить уравнения связи между углами срабатывания механизмов и ходов их исполнительных органов, которые позволяют варьировать ими не

нарушая нормальной работы МА. Далее в работе определена связь между уравнениями циклограммы МА и дифференциальными уравнениями динамики с учетом упругости звеньев. Обосновывается и показывается возможность оптимизации динамики МА в зависимости от поставленного критерия за счет перестройки ее циклограммы

и его механизмов.

Составлен и обоснован выбор динамической модели ткацкого станка СТБ. Основой ее является главный вал станка, от которого приводятся в движение все его механизмы. На Рис. 3 обозначены: / /, Н1,2,...,5 - моменты инерции механизмов станка СТБ; С1 - коэффициенты жесткости ременной передачи; с2,сз,с4,с5~ коэффициенты жесткости участков валов; р 1 -коэффициент сопротивления ременной передачи, , р 4 , [3 5 - коэффициенты сопротивления участков валов; <Ро , <р \ , <р2 , <р 3 , <р 4- независимые обощешше координаты; <р 5 — Л (^>2 ) , <рь —П (</>3 ) - зависимые обобщенные координаты; М дв - момент движущихся сил электродвигателя; М „р - момент сил прибоя на батане; А/ рем + М е-момент сил от ремизных рамок и боевого механизма. Данная динамическая модель описывается следующими уравнениями

Зо <р о + с 1 ( Я о <р о ~ <р 1 )+Р 1 ( Я о ф о ~ <р'\ ) = М да , /1951 +с\((р\ -Л 0<ро)+сг(<р\ ~<р 2 ) +

О I -Ло<ро)+р2{р1 ~<Р 2)=0, 1 г'фг+сг((рг-<р\)+сг(<р2~<ръ) + +Рг(<р2-<р1)+рз(<р2-<рэ) =

= [-МпР~15<р5 ~С5((р5 ~<рб)~ (13)

-Р5(<р5-фб)1Л'(<р2),

13<РЗ+Сз(<р3~<р2)+С4(<ръ~1р4) +

. +Рз(<рэ-<рг)+Р4(<1>з-<1>4) =

= [ - Мпр -1 5 <Р(,- с 5 (<р 6 -<Р 5 ) --Р5(фб~р5)1Л'(<рз),

/ 4 ф 4 "Г С 4 (<р 4 ~ <р 5 ) + Р 4 (<р 4 ~ Ф з) ~ "М рем ~ М б

и

гдер —Л'(<р 2)<р2,

(¡>5 ~Л" (<р2)^2 Я' (<рг)фг ,

<рв = Я' (<рз)<рз,

<рй-Л" О з) <р* з + Я' (<ръ)'фъ.

Показано, что за счет оптимизации циклограммы механизмов станка можно улучшить его динамику. Для этого представляют циклограмму станка СТБ в виде векторных

о,

£ Ы?

Г

г^з

1л

«ч

■3?

о

а,

■иду

эг гГ —-У— По Г?

■\SS-A

многоугольников и полученные векторные уравнении проецируют на ось X, в результате чего получают уравнения, описывающие циклограмму.

пц

2 «/у= 2Я, /=1

"Ч /1

2 Ьцац^а^, (14)

у=1

¿//¿[0,1] . < = ттп, у=ттт ,к = тт^гу

где п - число механизмов станка.

Для определения связи между фазовыми углами а у механизмов станка СТБ и уравнениями (13) представим обобщенные координаты <р г , <Р з в следующем виде:

ку = (<р1~Уу)/ау, ¿=2,3; /=Г~4 (15) где к у [0 , 1 ], у у - поправочный угол. Запишем функцию П , П ' , П " батанного механизма в следующем виде

Я (к ¡¡) = йу (к /у)д 1 /шах 5 у ,

П' {к у) =Ь](к ц)д 1 ушах 5 (//а 1/ ,

Л " (к /у) = (1; (к у) 6 ,/тах Б у/С* ц2 , где ау, ¿у , с!у - коэффициенты перемещения, скорости и ускорения батанного механизма,

С1\) ,д \] - соответственно фазовые углы и хода батанного механизма.

По циклограмме батанного механизма записываем значения поправочного угла

у = 2 ,ац , VI < ап + а 12,К12 =ац , (16) /=3, а л+ «12 <^/<ац + а12+С1з =ац + «12,

у'=4, а п + а 12+а 13 <<р1<2л,уи = аи + а 12+0:13,

1=2,3 ;

На фазовые углы механизмов станка накладываем следующие ограничения

atj > a//nIn , i = 1 ,n, ;' = TTm/ (17)

В качестве критерия оптимизации и работе берегся коэффициент неравномерности хода главного пала .

Для повышения производительности станка СТБ в качестве критерия оптимизации возьмем коэффициент неравномерности хода главиого вала <5, который определяем по формуле

(3 = 2(<г>1 -ф\ т]п)/(р\ шах +ф\ ш|п) Решаем следующую оптимизационную задачу: (5 -> min с учетом (13) - (17).

В качестве варьируемых параметров берутся фазовые углы батанного механизма^ и , СС12 , СС13 , СС 14.

В результате решения оптимизационной задачи получена оптимальная циклограмма станка СТБ 4-180 ПН с пневматическим соплом.

Значение коэффициента неравномерности хода главного вала <5 уменьшилось с 0,2 до 0,17.

Далее в работе исследован один из важных механизмов станка непосредственно влияющих на производительность и качество выпускаемой продукции - механизм смены цвета утка. Кинематическая схема механизма смены цвета утка приведена на рис. 4а. Механизм включает в себя группу II класса с базисным звеном ABC. Комбинируя положения звеньев 3 и 4 и, следовательно, положения точек А и С изолирующего рычага 5, можно получить четыре его положения a,b,c,d, которые соответствуют четырем положениям блока нитеводителей (рис. 46).

Кинематическая схема для периода разрядки представлена на рис. 4в. Изменение углов и при работе механизма незначительно (-0,4, +0,4), что позволяет упростить кинематическую схему механизма (Рис. 4г).

Уравнения движения механизма в предположении, что приведенные к рычагу АС массы т и момент инерции J постоянны, выглядят в виде

а и .х i + а 12 х 2 + ¿ i XI + с i (л i + Ъ i) = 0 _ a 12 х i + а 22 х 2 + к 2 х г + с г (х 2 + b 2) ~ 0 где с\,с2,к\,кг - соответственно коэффициенты жесткосги и демпфирования.

РИС.4

а п =(/ + т Ь2)/(а+Ь), а\г=(аЬт -/)/(а +Ъ) ,

а п = а 12 , а гг — (/ + а 2 т) / (а + Ь) , а-ВС,Ь-АВ, дс 1 = х — а <р, х 2 —х Ь<р, Ф, х- угол и смещение точки Б,

Ь 1 , Ь 2- переменные зависящие от кинематики привод;! Система уравнений (18) была решена численно для всех вариантов переключения блока ннтеводителен. Результаты решения уравнения (18) показали, что для большинства вариантов время переключения блока ннтеводителен является слишком большим для скорости главного вала станка 360 об/мин. Показано, что за счет изменения циклограммы кулачкового механизма можно увеличить скорость разрядки механизма.

Проведены динамические исследования процесса компенсации уточных нитей на ткацких станках СТБ, показаны пути улучшения процесса компенсации и самого компенсатора станка. Проведены исследования движения прокладчика на участке свободного полета с учетом растяжимости нитей и дополнительного падения скорости прокладчика за счет неточности установки зубьеп батана, его вибрации и т.д.

Результаты исследований позволили выработать рекомендации по настройке уточного тормоза, компенсатора, боевого механизма и правого уточного контролера.

В четвертой главе исследована динамика гребнечесальной машины н предложены усовершенствования по ее конструкции. В качестве обобщенной динамической модели рассматривается многомассовая крутильная колебательная система( рис.5.), где в качестве точек приведения выбраны места нахождения кулачков на главном валу машины. На рис. 5 обозначены: I /• - моменты инерции механизмов, с; - жесткость участков валов, \рI -коэффициенты рассеяния. Обобщенные координаты д выбираем по следующей формуле

<Р 1=01 ,Ч>1=<р1-\ + Як ,|=27Ш

*=1

о

г5

£

сЗЧ

¥

WJ _W)

tn э-

Ü s

cu

где (р I - аосолютные угловые координаты. Система описывается следующими уравнениями:

ю _

2 а //с?/ + С//4 * =М/ ,= 1,10 /=1

где а у (/,/ = 1,10) - инерционные коэффициенты 10

а и ~ 2. 1 к—1

10 *=/

а ¡1= а ¡1, для />/ ; V = 1,10 ; I с// - квазиупругие коэффициенты сп = 0 , с = с /, ¡=к, I = 2 ,10 ; с/*=0, £=2,10 ,

М 1 - движущий момент двигателя М1 ,(/=2,10) - моменты диссипативных сил. Определены собственные частоты гребнечесальной машины по динамической модели. Значение первой собственной частоты гребнечесальной машины составило 6.4 гц. Среднее значение последующих собственных частот соответственно равны 15.5 Гц, 39.2 Гц, 110.2 Гц.

Далее в главе проводится оптимизация циклограммы гребнечесальной машины, где в качестве критерия оптимизации берется фазовый угол срабатывания питающего аппарата, где уровень контактных напряжений является максимальным.

Обосновывается, что за счет расширения выбранного фазового угла снижается вышеуказанные напряжения и за счет чего повышается надежность гребнечесальной машины.

Для оптимизации циклограммы составлены ее математическая модель с использованием метода ее представления в виде векторных многоугольников. Задача оптимизации циклограммы сводится к задаче линейного программирования. Приводятся значения оптимальной циклограммы гребнечесальной машины.

С целью уменьшения количества технологически переходов при получении ровницы предложен способ ( а.с. 609789),заключающийся в том, что перед сложением прочес подвергается продольному делению на полоски, которые затем смещаются одна относительно другой в продольном направлении,а сложение осуществляется путем объединения полосок в группы. Способ осуществляется устройством, приведенным на рис б, где 1-гребенной прочес,2-отводящнй рукав, 3-делительно-смещающее устройство, 4-полоски прочеса,

1

РИС. 6

РИС. 7

¿-уплотняющие воронки, 6-вытяжные цилиндры, 7-рукава, 8-ровница, 9-паковки, 10-вал.

Гребенной прочес 1 с отводящего рукава гребнечесальной машины 2, имея циклически прерывистое движение, сходит на делительно-смещающее устройство 3, разделяя ватку прочеса продольно на равные по ширине полоски. 4, смещает эти полоски относительно других таким образом, чтобы середина порции одной приходилась на спайку соседней полоски, где п-число полосок группируется в уплотняющих воронках 5. После этого продукт проходит через вытяжные цилиндры б, подвергается сучению (кручению) в рукавах 7 и намотке ровницы 8 в паковке 9, установленные на валах 10. В данном способе процессы сложения лент, их утонение и обработка подающими гребнями отсутствуют поскольку в нем ватку прочеса подвергают продольному делению на множество полосок равной ширины, которые смешают одна относительно другой в продольном направлении таким образом чтобы середина одной полоски находилась на спайке следующей.

Полученные и смещенные полоски складываются в несколько групп, состоящих из четного числа полосок, а каждая такая группа затем формируется в ровницу. Использование способа получения ровницы обеспечивает сокращение переходов в системе чесания в два раза.

На рис 7 приведена схема усовершенствованного узла гребнечесальной машины, где 1-отводящий рукав, 2-компенсатор, 3-роликовое смещающее устройство, 4-упдотнитель, 5-направляющий ролик, 6-игольчатый валик, 7-авторегулягор вытяжки, 8-блок управления авторегулятора, 9-обратная связь, 10-вытяжной прибор двухремешковый тип Р-192И, 11-ровничный узел.

Глава з посвящена разработке устройства ликвидации обрыва уточной нити на ткацких станках СТБ. Проведен обзор по исследованию существующих устройств ликвидации обрывов уточной нити, описываются их принципиальные схемы.

На рис 8 изображена схема станка с предложенным устройством ликвидации обрыва уточной нити, где обозначены: 1(1') - бобина с нитью; 2(2') - электромагнитный уточный тормоз (ЭУТ); З(З^) - электромагнитная защелка компенсатора; 4;4') -компенсатор; 5 - электромагнитный уточный контролер (ЭУК); б - сопло для подачи нити; 7 - оператор удаления уточной нити

левый; 8 - центрирующая планка; 9 прокладчик; 10 - оператор удаления уточной нити правый; 11 - датчик прилета прокладчиков; 12 - блок управления.

Устройство ликвидации обрыва уточной нити работает следующим образом: в момент останова станка вследствии обрыва уточной нити с ЭУК сигнал поступает в блок управления на включение устройства ликвидации обрыва уточной нити и вилочка оператора 10 начинает свое движение к вытяжному соплу и одновременно включается в работу оператор удаления уточной нити левый 7. При наличии конца уточной нити в прокладчике 9, вытяжное сопло оператора 10 удаляет его в накопитель. В случае если оборванная уточная нить оказывается в зеве ее вытягивает левый оператор и станок запускается в работу. Если уточная нить оборвана до зева, происходит переключение на резервный уток, т.е. блок управления 12 включает в режим работы резервное устройство.

Проведена оптимизация конструктивных параметров левого оператора устройства удаления дефектной уточной нити. В качестве критерия оптимизации принято время удаления нити из зева. Решается следующая задача:

ттгДх) (19)

х СО

где (У- область ограничений,

х - конструктивные параметры левого оператора.

В результате решения задачи (19) определены конструктивные параметры левого оператора устройства удаления дефектной уточной нити, по которым разработаны рабочие чертежи и изготовлен рабочий образец оператора.

Решена задача оптимизации циклограммы устройства ликвидации обрыва уточной нити. Для получения математической модели циклограммы использован метод представления ее в виде векторных многоугольников.

Получены следующие уравнения, описывающие

циклограмму устройства ликвидации обрыва уточной нити: Щ

|'// = Г (20)

&

2, ъ&ц = о ,Ьце [ОД] У-1 _

где г = 1 ,п, п - количество механизмов, участвующих в процессе ликвидации обрыва;

/ /; - фазовое время срабатывания механизмов. На < //наложены следующие ограничения:

I ц > / ц и1п (21)

В качестве целевой функции принято обшее время Т работы устройства. Т -* гшп при ограничениях (20), (21).

В результате решения получена оптимальная циклограмма работы устройства ликвидации обрыва уточной нити. Общее время работы устройства удалось снизить до 18 сек. при норме для ткача 30 сек,

П главе 6. разработана математическая модель работы машин при многостаночном обслуживании. В качестве объекта исследования берутся ткацкие станки СТБ. При составлении математической модели исходили из следующих предпосылок: 1) ткачу поручено обслуживать N станков; 2) любой станок действующий в момент времени 1, может с вероятностью Я' иI ^ отказать в течение интервала + и станок,

обслуживаемый в момент 1, может с вероятностью•(! I войти в строй действующих станков в течение интервала(/, t + с11) . Это равносильно тому, что остановки станков и восстановление их рабочего состояния описываются пуассоновским процессом. Для построения имитационной модели системы "ткач-станки" использована теория массового обслуживания.

Групповая производительность станков N

Ь ,•/!,• (1 -с)

где ЬI- заправочные ширины станков,

п /- обороты главных валов,

с -средний коэффициент простоя станка, который

определяется по формуле с = V/N,

где V = N — —¡п-^- (1 — Р о ) - среднее число

число станков

ожидающих обслуживания.

1р =Я/¡л- коэффициент обслуживания ткача, д = 1/ < ср- интенсивность обслуживания ткача,

N N

<ср-У. (ОЦо + УЦ у)/х (0/ + У|)

ЛГ

где (о 11у - соответственно среднее,время устранения ткачем отказов станка по основе и утку,

О /, У¿- соответсвенно количество отказов станка по основе и утку, которые являются функциями от п /, N

Л = 2 (О ( + У Т- интенсивность отказов станков, ¿=1

Т - время наблюдения,

/V

= — 2 а'У вероятность работы всех станков,

/=1

где а / = ( Лг — / + 1 )1ра ¡—I, а 1 = 1 ; г = 2 , N. Для повышения групповой производительности станков, обслуживаемых ткачем решена следующая задача: П (п ¿) -» тах при ограничениях

где к - ограничение на загрузку ткача. Разрабатываемая модель работы ткач-станки была проверена в производственных условиях и ее применение позволило повысить групповую производительность станков на

Аналогично, составлена математическая модель работы система "поммастер-ткачи-ткацкие станки" и решена задача оптимизации скоростных режимов ткацких станков по критерию максимальной групповой производительности.

щют < щ < щ

1 - Р О ^к,

. ГШП

тах

5%.

В седьмой главе приводятся результаты экспериментальных исследований движения механизмов ткацкого станка СТБ и гребнечесальной машины. Исследования проводились с помощью специально разработанных датчиков для измерения различных динамических характеристик. Проведены исследования напряжений ветвей пружины прокладчика при раскрывании и закрывании губок крючком механизма раскрывателя пружины прокладчика. При проведении эксперимента механизм боя и возвратчик уточной нити были отключены. Запись напряжения производилась с помощью тензодатчнков Ю-3, включенных в полумост с одним активным полюсом, усилителя 4Д-3 и шлейфового осциллографа Н-105. На рис. 9.а изображен график напряжений в ветвях пружины прокладчика, где кривая 1 соответствует напряжениям при закрытых губках, и кривая 2 соответствует максимальному напряжению при разжатых губках пружины. На основе экспериментальных исследований предлагается новая, более прочная конструкция прокладчика.

Проведен эксперимент по определению скорости прокладчика и напряжения уточной нити. Схемы установки для измерения скорости движения приведена на рис. 9.6, где 1 -прокладчик, 2 - фотодиод, 3 - лампочка, 4 - формирователь и усилитель с фотодиода, 5 - блок питания, б - частотомер электронный.

Скорость прокладчика определялась по формуле:

у„п = !ле

где I г - показания частотомера,

I пр - длина прокладчика.

Получены результаты измерений начальной скорости прокладчика и скорости его влета в приемную коробку.

Были проведены экспериментальные иследования по определению натяжения уточной нити в зависимости от конструкции уточного тормоза с использованием специальных пьезоэлектрических датчиков натяжения "нити. Результаты экспериментального исследования по. натяжению нитей на станках СТБ с механическим и электрическим тормозом приведены в виде осцилограмм..

РИС. 9 а

РИС. 9 б

РИС. 9 3

Проведен эксперимент по определению процесса торможения прокладчиков утка в приемной коробке. Эксперимент проведен на станке СТБ 2-250.

На рис. 9.з изображена схема экспериментальной установки, где обозначено: 1-прокладчик, 2-измерительные контакты, 3-блок фиксации замкнутых контактов.

Приведены результаты экспериментальных исследований процесса торможения прокладчиков при угле закручивания торсионна боевого механизма равного 23 градусам.

Проведено экспериментальное исследование усовершенствованной гребнечесальной машины. При этом рассмотрении различные варианты переработки сырья. В ходе эксперимента доказывается реальная возможность достичь беспереходности технологии с помощью усовершенствованной гребнечесальной машины, которая ликвидирует структурную перовнотув гребнечесальном продукте.

Основные результата работы ц вывода

1. На основе анализа современного состояния исследований по динамике текстильных МА показано, что дальнейшее повышение их производительности на основе увеличения рабочих скоростей без снижения надежности работы требует проведения комплексных исследований динамики МА с учетом упругости звеньев, динамики приводов и систем управления.

2. Составлена обобщенная динамическая модель текстильной МА с учетом упругости звеньев, динамики приводов и систем управления. Рассмотрены три способа осуществления воздействия системы управления: управление на основе обратных связей, силовое и кинематическое управления.

3. Для МА с двигателем постоянного тока и с асинхронным двигателем предложены стабилизирующие управления на входе электропривода в функции отклонений обобщенных координат и моментов нагрузки. На основе второго метода Ляпунова найдены условия асимптотической устойчивости установившегося движения МА с предложенной системой управления.

4. Установлена взаимосвязь между параметрами циклограммы и уравнениями динамики МА, на основе которой сформулирован критерий и разработан метод оптимизации динамических параметров текстильных МА с помощью циклограмм, представленных в виде векторных многоугольников.

5. Составлена и обоснована упрощенная динамическая модель ткацкого станка СТБ, учитывающая первые основные частоты упругих колебаний главного вала станка, и на ее основе решена задача минимизации коэффициента неравномерности хода главного вала путем варьирования параметров циклограммы батанного механизма.

6. Исследована динамика механизма смены цвета утка, непосредственно влияющего на производительность станка и качество продукции, и установлено, что он не может обеспечить требуемое время переключения при дальнейшем повышении скорости главного вала. Показано, что уменьшить время переключения можно за счет изменения параметров приводного кулачка.

7. Исследована динамика компенсатора уточных нитей ткацкого станка СТБ и предложен новый рычажный механизм группового компенсатора, обеспечивающий более высокие

скорости движения рабочего органа. Проведен анализ движения прокладчика с учетом растяжимости нитей и разработаны рекомендации по настройке уточного тормоза, компенсатора боевого механизма и уточного контролера.

8. Составлена динамическая модель гребнечесальной машины, определены ее собственные частоты н установлено, что максимальный уровень контактных напряжений имеет место в питающем аппарате. Решена задача оптимизации циклограммы гребнечесальной машины по критерию минимума контактных напряжении.

9. Предложено устройство получения ровницы, которое уменьшает количество технологических переходов в производстве шерстяной пряжи.

10. Разработано устройство ликвидации обрыва уточной нити на ткацких станках СТБ и проведена оптимизация его параметров по критерию минимума времени удаления нити из зева. Решена задача оптимизации циклограммы данного устройства по критерию минимума общего времени выполнения операции.

11. Разработана математическая модель работы текстильных МА, обслуживаемых одним ткачом. Получена формула для расчета групповой производительности МА в зависимости от числа машин, среднего времени ремонта одной машины, частоты отказов. Сформулирована и решена задача максимизации групповой производительности МА.

12. С помощью специально разработанных датчиков проведены экспериментальные исследования движения механизмов ткацкого станка СТБ и гребнечесальной машины. На основе исследования напряжений в ветвях пружины прокладчика предложена новая более прочная конструкция прокладчика. Исследованы процессы натяжения уточной нити в зависимости от конструкции уточного тормоза и торможения прокладчиков в приемной коробке. Проведены экспериментальные исследования усовершенствованной гребнечесальной машины, результаты которых подтвердили эффективность ее работы.

Основные результаты диссертации опубликованы I следующих работах:

1. Динамика двухцветного механизма смены цвета утк; станка СТБ. Материалы V Казахстанской межвузовско! конференции по математике и механике. Алма-Ата, 1974 г. соавторы Джолдасбеков У .А. и др.

2. Сокращение сроков освоения проектной мощност! ткацких станков СТБ. Текстильная промышленность, N 6, 1975г

3. Уравнение движения механизма компенсации уточно» нити ткацких станков СТБ. Труды Казахского филиала семинар; по ТММ, выпуск 2, Алма-Ата, 1977 г., соавторы Уалнев Г.У. Дракунов Ю.М.

4. Вопросы повышения надежности процессов подачи прокладывания и контроля уточной нити на станках СТБ. Тезись докладов Всесоюзного научно-технического семинар; "Повышение надежности и долговечности машин для текстильно] и легкой промышленности", Ташкент, 1977 г.

5. Синтез механизма компенсации уточной нити станко; СТБ. Материалы VI Межвузовской научной конференции п< математике и механике, Алма-Ата, 1978 г., соавторы Уалиев Г.У. Дракунов Ю.М.

6. Способ получения ровницы из гребенного прочеса Авторское свидетельство N 609789 Госкомитета Совмина СССР и делам изобретений и открытий, 1985 г., соавторы Штрахер Л.И. Кудрявцев Б.И., Бугубаев К.К.

7. Сопло для избирательной подачи нитей к прокладчик; утка бесчелночного ткацкого станка. Авторское свидетельство Г 720069 Госкомитета Совмина СССР по делам изобретений ! открытий, 1988 г., соавторы Джолдасбеков У.А., Ермолов А.А. Уалиев Г.У.

8. Гребнечесальная машина. Положительное решение н авторское свидетельство СССР от 18.06.90. N 4789761/12 соавторы Штрахер Л.И., Кожухов М.А., Кондратьев Г.А.

9. Пути повышения производительности в ткачествс Тезисы докладов международной конференции "Современно развитие текстильной промышленности", Пловдив, 1992 г.

10. Проблемы динамики и устойчивости ткацких станко типа СТБ. Известия НАМ РК, серия физ.-мат., 1992 г. N 2 соавторы Джолдасбеков У.А., Молдабеков М.М.