автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование батанного механизма ткацких станков типа СТБ и разработка технических мероприятий по увеличению его ресурса

На правах рукописи

ШдИ ЪЬр Диц

ШАН БАО ПИН

Исследование батапною механизма ткацких (панков типа СГК и разработка технических мероприятий по увеличению его ресурса

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2005

Работа выполнена в Ивановской государственной текстильной академии.

Научный руководитель-

кандидат технических наук, профессор Зрюкин Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Полетаев Владимир Алексеевич кандидат технических наук, доцент Тувин Александр Алексеевич

Ведущая организация: ООО "Текстильмаш", (г. Шуя, Ивановская обл.)

Защита состоится 30 июня 2005 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.061.01 при Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. ф. Энгельса,21, ауд. Г 235. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГТА. Автореферат разослан ОЪ. 0&, 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кулида Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. В период эксплуатации оборудования его надежность снижается вследствие изнашивания, которое представляет собой основную причину разрушения материалов (до 80 % отказов). Результат англо-американского исследования показал, что потери от изнашивания материалов достигли ста миллиардов долларов в год, а экономическая эффективность от улучшения смазки и уменьшения изнашивания составляет около 2 % от общего валового продукта в любой стране мира.

В ткацком производстве Китая, России, Румынии, Пакистана и других стран широко используются станки типа СТБ, одним из наиболее ответственных и динамически нагруженных механизмов которых является батанный. Пара "кулачок - ролик" его привода работает в сложном режиме трения качения с проскальзыванием. В тгих условиях на ее работоспособность оказывают влияние многие факторы. Поэтому исследование механизма, изучение влияния различных факторов на работоспособность нары трения "кулачок- ролик" не только углубит процесс познания, но и будет способствовать созданию новой техники и новых материалов, улучшит конструирование оборудования.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка методики и программного обеспечения для многовариантного анализа конструкций, кинематики и динамики батанных механизмов ткацких станков СТБ при помощи компьютера с учегом характеристик технологического процесса формирования ткани с заданными параметрами, а также на основе изучения влияния различных факторов на работоспособность пары трения "кулачок-ролик" разработка мер по повышению её ресурса, в т.ч за счет использования новых смазочных материалов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Анализ конструкций, кинематики и динамики батанных механизмов ткацких станков С'ГК выполнен на персональном компьютере с использованием пакета оригинальных программ, содержащего средства моделирования процесса формирования ткани с заданными параметрами.

Экспериментальные исследования на изнашивание со смазочными материалами выполнялись на различных установках: при трении качения с проскальзыванием испытания проводились на установке для определения контактной усталости Л' - ВО 1500 (КНР) с различными скоростями, нагрузками и величиной проскальзывания; исследования при трении скольжения проводились на стенде трения и изнашивания МНК-500 и на специально разработанной установке с возвратно-поступательным относительным перемещением образцов по схеме "диск-плоскость" с определением предельно допустимого давления в паре трения.

Исследования выполнялись с применением методов планирования экспериментов и математической обработки данных с использованием вычислительной техники.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработаны пакет прикладных программ и методика его использования, позволяющие проводить многовариантный анализ батанного механизма ткацких станков типа СТБ с учетом динамики пррцесса

1 ..........

з

формирования ткани с заданными параметрами и колебаний скало, т.е.конст рукторскис и технологические требования соединены. Методами моделирования и натурными экспериментами выявлено влияние на процесс трения и изнашивание пары "кулачок-ролик" шероховатости контактирующих поверхностей, температуры окружающей среды, величины проскальзывания, состава и свойств смазочного материала, давления в контакте.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанное программное обеспечение позволяет без проведения натурных испытаний по определению возможное i и выработки ткани с заданными параметрами на станках типа СТБ получить с помощью компьютера сведения, характеризующие работу батанного механизма. Это способствует повышению гибкости производства и расширению ассортимента вырабагываемых тканей.

Разработанная смазочная композиция на основе индустриального масла реализует эффект бсзызносносш в паре трения "кулачок-ролик". Рекомендованное использование нанопорошка никеля в смазочных материалах позволяет повысить несущую способность пары трения в 2...3 раза.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку: на международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии - в производство» (г. Иваново, 2000 г.); на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспекшвпые материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2001 г., 2005 г.); на межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2002 г., 2003 г., 2005 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 13 работ, список которых представлен на с. 18.

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трёх глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 180 страницах машинописно!« текста, включая 71 рисунок и 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введепии обоснована актуальность работы, ее научная новизна и практическая значимость.

В первой «лаве проведен аналитический обзор кулачковых приводов ткацкою оборудования, процесса трения и изнашивания в кулачковых механизмах, факторов износа для пары трения "кулачок-ролик", влияния смазочных материалов па процесс трения и изнашивания, применения эффекта безызносности в кулачковых приводах, существующего положения по разрушению материалов из-за изнашивания и по его предупреждению. Из анализа следует, что в качестве одного из наиболее ответственных и динамически на)ружепных узлов трения ткацких станков пара "кулачок - ролик" работает в сложном режиме треиия качения с проскальзыванием. В этих условиях на

работоспособность пары оказывают влияние многие факторы: материал пары, геометрические факторы, условия смазывания, нагрузочно-скоростныс факторы, микрорельеф поверхности, структурные факторы, погрешности профиля и положения пары, наличие вибраций, температура, отношение скольжения к качению и т.д. В последние годы в мире опубликовано много научных работ по вопросам трения, износа, долговечности и надежности. Но связь с текстильным производством недостаточно освещена. Этим объясняется актуальность темы данного исследования. В работе была поставлена задача выявить факторы износа в паре трения "кулачок-ролик", провести анализ кинематики и динамики батаниых механизмов ткацких станков типа СТБ, факторов влияния па смазочные состояния, характер трения и его изменение, выяснить влияние нанопорошка никеля на улучшение смазочных характеристик смазок при трении, влияние смазочных присадок на перемену смазочных состояний и подбор рациональных смазочных композиции для кулачковых пар.

Вторая глава посвящена анализу батанных механизмов ткацких станков СТБ, который выполнен на персональном компьютере с использованием пакета оригинальных программ, содержащего средства моделирования процесса формирования ткани на ткацких станках типа СТБ. Программное обеспечение не только позволяет проводить анализ механизма, но и даёт сведения о конструкции станков и механизмов, их классификации, технической характеристике. Причем, что особенно важно, при анализе механизма учитываются параметры вырабатываемой ткани и конструктивно-заправочной линии станка. В качестве языка программирования использован алгоритмический язык MS Visual Basic, работающий под управлением операционной системы Windows.

Батанные механизмы станков СТБ всех типов имеют принципиально одинаковую конструкцию. Отличия из-за различной ширины заправки заключаются в основном в изменении размеров некоторых деталей и их применяемости. По этой же причине различны и цикловые диаграммы станков. Из-за продолжительного выстоя сократилось время движения батана в процессе формирования нового элемента ткани и резко возросли его скорость и ускорение. Величина и характер изменения нагрузок зависят, прежде веет, от скорости станка, ширины заправки и закона движения батана. Особенностью батанного механизма станков СТБ следует считать наличие в нем высших кинематических пар, образованных кулачками и роликами. Так как кулачковые механизмы имеют ограниченные возможности передачи относительно больших усилий ввиду значительных контактных напряжений, возникающих в высших парах, в батанном механизме станков С'ГБ используются дисковые кулачки с параллельной рассадкой на главном валу, число которых зависит от заправочной ширины станков. Применение кулачков с геометрическими сопряженными профилями требует высокой точности их изготовления и сборки.

В этой связи при исследовании механизма необходимо использовать аналитический метод расчета кулачков, позволяющий с заданной точностью определять координаты их профилей. С учетом увеличения скорости и ширины заправки современных бесчелночных ткацких станков правильный выбор закона

движения тканеформирующего рабочего органа - батана - является важной и актуальной задачей.

На основе разнаботанного пакета программ выполнены расчет и построение графиков безразмерных характеристических функций кулачкового механизма для обобщенного закона движения батана и его частного случая - закона, применяемого на серийных ткацких станках СТБ. Удобные кнопки и движки на панели управления позволяют легко варьировать различные параметры механизма и некоторые технологические хараюеристики для выбранной модели станка (частоту вращения, кгоффициет 1.1 обобщенного закона движения батана, величину прибойной полоски) и выбирать графики построения функций.

Па рис. 1 представлены фафики передаточных функций, график перемещения и скорости опушки ткани под действием берда. При этом явно проявляется наличие «жесткого» удара при прибое. Разработанная программа значительно облегчает выполнение кинемашческих расчёюв, удобный интерфейс панели управления снимает психоло! ичсское напряжение пользоюиеля с самого начала работы с про! раммой. Мпо1 овариапшый анализ позволяет решать задачи поиска оптимального решения.

I. Станки ткацкм« бвоч«лночныо СТБ ГОСТ 121С7-82

ЬагяиллГМенаишл Проект Приложения ПерамвтрыЗапреею« 7

]Ыгол< оя 105 грлл.

п обЛлкк

1а

"»(о 25

4 463930

в.| 1 913349

"ЕГЗ

J

Прямой код 50 Обратный ход 105

т~г

т

* -ы

41'-

[Начало прибоя 41.45*. 58,55*

0.000000 0.000000 0 000000

0X00071 0.010Б58 1.060704

0.000565 0 042022 2,060649

0ДЮ1878 0,092296 2.942555

0 004364 0158599 3.655307

0,008304 0.237133 4199341

0.013901 0 323401 4 425490

01)21259 0 412533 4,463930

<9,1/с \УЛ/оЪ]'^

0 00000 олоо _

018215 739.611 1

0 71917 1436.956

1 57736 2051 793

2 71049 2549 201 4.05267 2300 505 5 52700 300581В 7,05040 3112,621

[ЫМШ

, «.1-6.106 ' л . ' 1-;«; I ,„

фу^иия П ч 1Г П' бятшчл и В -

Рис. 1. Расчет батанного механизма

Па рис. 2 представлены фафики угловых скоростей и ускорений батана при различных скоростных режимах работы станка.

В программе имеется модуль расчёта профиля кулачков батанного механизма с визуализацией результатов (рис. 3). Проектирование кулачкового механизма выполнено из условия ограничения углов давления и габаритных размеров механизма

б

Рис. 2. Расчет угловых скоростей ф и угловых

ускорений ф батана при « = 170 ...340 об/мин

» Стаккн боцч»лншныо СТБ ГОСТ \2\j7Q2_№513

бвгенМАМехлжял проект Приношения ПарлмётрмЭллраяки ?

; ..у,^ , , - »1-1*1« I ' , 4г , ц. . Ч

'ОютлоЬгровпнярабоодлргФи^кдмжвц I

Рис.3. Расчет профилей кулачков батанного механизма

На рис. 4, а, б представлены схемы расчета кулачков батаннош механизма, полученные в результате выполнения программы геометрического синтеза профилей кулачков и построения теоретических (исходных) профилей кулачка (схема а) и контркулачка (схема б). Здесь же показаны схемы заменяющих рычажных механизмов.

Давление в паре Контркулачок-ролик

Рис. 4. Схема расчета давлений N и контактных напряжений ан кулачкового механизма: а) схема заменяющего механизма для кулачка, б) для контркулачка

К основным параметрам заправки ткацких станков относятся: заправочное натяжение основы и ткани, размеры зева и угол его раскрытия при прибое, величина заступа, положение качающегося скала относительно опушки ткани и многие другае. Основными заправочными параметрами вырабатываемой ткани являются: ширина заправки по берду, количество нитей в основе, линейная плотность (толщина) основной и уточной пряжи, вид и качество перерабатываемого сырья, номер берда, количество нитей основы, пробираемых в зуб берда и в галева ремизных рам, вид ткацкого переплетения и ряд других параметров. В общем случае все перечисленные параметры одновременно воздействуют на процесс формирования ткани, в результате чего точный расчет силы прибоя, необходимой для выработки заданной или проектируемой ткани, затруднен. В этих условиях наиболее надежным является экспериментальное исследование в условиях производства с последующим математическим моделированием процесса формирования ткани на станке.

Жесткость на растяжение образцов основных нитей и ткани определялась с помощью специальной программы, которая входит в пакет программ, описанный выше. Вначале методом свободных колебаний груза, подвешенного с помощью группы основных нитей длиной 1 метр, по периоду его колебаний определялась жесткость С в Н/м и натяжение нитей ? в Н группы нитей (100...150), после чего выполнялся перерасчет жесткости на 1 нить. Опыт проводился с шесгыо различными массами, в результате чего получены шесть дискретных значений С (г).

В группе Образец необходимо установить переключатель Основа. Данные измерений вводят в поля таблицы, а также значения натяжений нити, соответствующие минимальному 1тт и максимальному натяжениям

системы заправки станка (в расчете на 1 нить), которые определены экспериментально на работающем станке с помощью специальных датчиков. После нажатия кнопок Ок и Интерполяция по методу Эйткена осуществляется интерполяция значений в таблице с числом произвольно отстоящих узлов и строится нелинейный полином, характеризующий изменение жесткости образца во всем диапазоне натяжений нити. Просмотреть все значения кривой жесткости можно с помощью линейки прокрутки. Величины жесткости С(0 и натяжения образца Г выводятся в специальном окне. На рабочем участке изменения натяжения основы кривая аппроксимируется отрезком наклонной прямой после нажатия клавиши Аппроксимация. Уравнение прямой имеет вид: с с0 I 0/, где с, в Н/м - жесткость образца при очень малом натяжении (г 0 ),е - коэффициент пропорциональности наклонной прямой в 1/м, натяжение в Н.

В дальнейшем требуется знать зависимость натяжения основы от ее деформации. Для этого следует нажать кнопку с символом > в правом нижнем углу формы (рис. 5). Откроется окно (рис. 6), в котором выведен график кривой жесткости на растяжение образца, представляющий собой нелинейную зависимость натяжения С от деформации л-. Однако эту кривую в окрестности некоторой точки с абсциссой л можно заменить касательной. В области малых относительных деформаций кривая и касательная приблизительно совпадают. При такой замене упругая характеристика образца является линейной, что позволяет составлять линейные дифференциальные уравнения колебаний звеньев, являющихся направляющими для нитей основы. Имеются в виду колебания скальной системы, которые, являются источником дополнительных деформаций системы заправки станка в процессе прибоя и зевообразования.

Аналогично определяются упругие характеристики образцов полосок ткани. Для этого на форме в группе Образец необходимо установить соответствующий переключатель Ткань и ввести исходные данные

Динамический расчет натяжения основы и силы прибоя ткацкого станка СТБ с учетом вида переплетения ткани, угловых и изгибных колебаний скала выполнен по специальной программе в диалоговом режиме. Входные данные программы для расчета натяжения основы и силы прибоя зависят от технологических параметров заправки ткани.

,с.н<*

г Ит^рпоямюшт табтп с чясяс ] Га ¡г-« Г4

0.8829 203.917(1 ою

3~[ 1-2750 | гзодаа| 1.6670 | 1246-5137

J

'1 Г' тзо1 Г25езго([ примчп)

» Образец . - - | г-Агтж?31- 1 -----ЕР1 описи» №^1.13К<|строма

• ОН» у '|Ц|5!>

182.8 ( .68)

СЛрас [

Л

л

Рис. 5. Программа обработки экспериментальных данных жесткости на растяжение основных нитей и ткани

I Жесткость н* растяжение образцов основных нкгсй и ткани

Х0 л Л Л!

риижртдаидЕ* щицщстаарэгаюжг~|

| сг Г4 г* С6]

. «....... -Я У» М*1

0 0 2043 1134.037 | 0 4903

1 04905 ¡183134 1ямх.

2 08829 1203 917 | О 6829

Э 1 2750 1230лее

4 1 £670 1246513

5 1 8630 1256520 { П|»ММ{-*р|

' Л' ■ ' '■ . V V

Г обрезан -- - -1 г Артикул---- Г-'

[ основа С ткаиь ].[.__№ 82113 Костром« _

со» I ■ -к -1 ' *>

.7353 ( .005)

. '--■■ И ■---ЧУ,' ----

' '■„. Сброс .)'

/1

Рис. 6. Кривая зависимости натяжения основы / от ее деформации 5

На графике (рис. 7) натяжение в различных положениях главного вала станка выражено в сН/нить. Чтобы определить результирующее натяжение всех нитей в расчете на два полотна, необходимо умножить величину натяжения одной нити на общее количество нитей основы в заправке станка согласно заправочному расчету ткани.

135

1. иак-.Ж.М рялх: 98.88 хи=1,255 270 выстой ремиз 315 I Ып= 34.22 58,39 уи=1.192 м

Рис. 7. График изменения натяжения основы при выработке ткани арт. 83112

4,4 Для сравнения на рис. 8 приведена осциллограмма натяжения основы при

выработке ткани арт.83112 на станке СТБ2-330. Как видно из осциллограммы, величина и характер графиков натяжения основы, полученные аналитически (рис. \ 7) и экспериментально (рис. 8) на работающем станке, хорошо согласуются между

Рис. 8. Осциллограмма натяжения основы при выработке ткани арт.83112 на станке СТБ2-330 0:тач = 110 сН / нить)

собой (отклонение по амплитуде не превышает 8%). Это позволяет сделать вывод о том, что разработанная методика динамического расчета натяжения основы и силы прибоя на ткацких станках СТБ с учетом упругих свойств системы заправки и механизмов станка, вида переплетения вырабатываемой ткани и других важных факторов, является адекватной.

Результаты, представленные в главе 2, позволяют проводить исследование по поиску новых смазочных композиций для узла трения "кулачок-ролик", а программное обеспечение позволяет отказаться от проведения натурных испытаний по определению возможности выработки нового ассортимента ткани. Это устраняет опасность возникновения перегрузки станка и вероятных отказов, а следовательно, повышает ресурс станка при экспериментальном формировании

тяжелых и плотных тканей.

В третьей главе представлены результаты исследования влияния различных факторов на работоспособность пары трения "кулачок-ролик", в частности исследования влияния смазочных материалов на характеристики процесса трения качения с проскальзыванием, влияния нанопорошка никеля на функциональные свойства смазочных материалов, влияния состава смазочного материала на характеристики процесса трения.

Исследование влияния смазочных материалов на характеристики процесса трения качения с проскальзыванием проводилось на установке для определения контактной усталости ,1Р - ВО 1500. Она позволяет проводить испытания с различными скоростями, нагрузками, а также обеспечивает возможность регулирования величины проскальзывания элементов кинематической пары. На этой установке можно измерять силы трения и разрывы смазочной пленки между исследуемыми образцами. В качестве смазочного материала в опытах использовалось машинное масло ИЗО (КНР). Материал испытываемых образцов -сталь 45 (КНР).

Разрывы смазочной пленки определяются на этой установке косвенным методом путем измерения электрического сопротивления контакта между трущимися поверхностями. Удельное электрическое сопротивление смазочного материала на основе минерального масла значительно больше удельного сопротивления металлических материалов и достигает Юп... 1016 Ом/см (металлических материалов лишь 1(Т4...1(Т6 Ом/см). Поэтому данная характеристика может' применяться для оценки характера смазывания, возникающего при контакте твердых тел в парах трения. Если значение контактного сопротивления больше ¡00 Ом, то поверхности трения полностью разделены смазочной пленкой, а если значение контактного электросопротивления значительно меньше 1 Ом, то поверхности трения имеют непосредственный контакт. Обычно приложенное в опытах измерительное напряжение между трущимися поверхностями составляет

10... 100 милливольт (мВ). Чем меньше приложенное измерительное напряжение, тем фуднес осуществить пробой смазочной пленки, но тем выше технические требования к измерению. В проводимых опытах измерительное напряжение составляло 14,6 мВ.

Контакт реальных шероховатых поверхностей сначала осуществляется по самым высоким вершинам микронеровностей. Из различных научных источников видно, что при относительном движении контактирующих поверхностей моменты непосредственного контакта чередуются с моментами разделения поверхностей слоем смазочного материала. Если значение контактного электросопротивления больше порогового, то считается, что в это время поверхности трения разделены смазочной пленкой, а при значениях, меньших порогового, - существуют непосредственные контакты микронеровностей. Незатухающая прямоугольная волна, отраженная в процессе трения от контактов твердых тел, может быть получена после сравнения испытательных сигналов с пороговыми. Но этой незатухающей волне можно количественно определить отношение разрыва

смазочной пленки (отношение времени контакта микронеровностей к общему времени).

В процессе испытаний отношение разрыва смазочной пленки между двумя поверхностями трения реально определяется по величине выходного электросопротивления. Пороговое значение, определяющее условие контакта микронеровностей, регулируется. Образцы выдерживались в машинном масле ИЗО (КНР) в течение 20 минут при температуре 20° и 170°С. Все значения электросопротивления были меньше 1 Ом. С учетом воздействующих факторов значение порогового электросопротивления было установлено равным 1 Ом.

В серии опытов изучались зависимости коэффициента трения, отношения разрывов смазочной пленки и отношения нагрузок контактов от скорости подачи смазочного материала в зону трения для образцов, имеющих различную шероховатость поверхностей. Результаты опытов показывают, что для реализации непрерывного режима жидкостного трения (трение без разрывов смазочной пленки) с образцами, имеющими большую шероховатость поверхности, требуется более высокая скорость подачи смазочного материала. Коэффициента трения твердых тел при разрыве смазочной пленки намного больше, чем при жидкостном трении, а контакт микронеровностей приводит к повышению общего коэффициента трения.

В работе изучалось влияние температуры и скорости подачи смазочного материала на коэффициент трения и отношение контактных нагрузок. При скорости подачи смазочного материала v =2 м/с и температуре окружающей среды Т0-28,6°С отношение контактной нагрузки к полной нагрузке очень мало, так как почти все трение происходит в жидкости. Когда температура окружающей среды достигает То=50° С, уменьшение толщины смазочной пленки приводит к повышению отношения контактной нагрузки микровыпуклостей к пошлой нагрузке на поверхности И^/Й^до 0,5 (контактные микровыпуклости принимают на себя половину общей нагрузки). Повышение температуры окружающей среды приводит к ухудшению условий смазывания.

При исследовании влияния проскальзывания на характеристики процесса трения изучались экспериментальные и расчетные зависимости. Результаты показали, что при большом отношении скольжения к качению АУ/У возникает больший фрикционный коэффициент. Высокое значение сдвигающей деформации в смазочной пленке, возникающей при значительном проскальзывании, является непосредственной причиной повышения общего коэффициента трения. При трении поверхностей с малой шероховатостью хорошая смазочная пленка может образоваться и при низкой скорости движения образцов. В этом случае даже при большом проскальзывании выделяется малое количество теплоты, так как узел работает в режиме жидкостного трения. Смазочные условия и количество контактов микровыпуклостей на поверхности изменяются незначительно. При качении с большим проскальзыванием появляется значительное число разрывов смазочной пленки, что приводит к резкому увеличению контактов микровыпуклостей и повышенному выделению теплоты. Все эти явления приводят к изменению условий смазывания.

Проскальзывание неоднозначно влияет на коэффициент трения в жидкости/¡. Значительное проскальзывание и высокое значение деформации сдвига приводят к увеличению /¡, а повышение температуры, возникающее в результате трения, приводит к его уменьшению. Таким образом, повышенное проскальзывание может привести к замене режима жидкостного трения на частичное.

Для изучения влияния финишной обработки поверхностей в работе использовались три образца, изготовленные из одного материала, имеющие одинаковые геометрические размеры и прошедшие чистовую механическую обработку и термообработку. Поверхность одного образца была обработана шлифованием, поверхность второго образца дополнительно приработана под нагрузкой 840 Н, а поверхность третьего образца получена механической притиркой.

Результаты изучения зависимости характеристик процесса трения от метода получения поверхностей показали, что при использовании приработанных образцов, и особенно притертых, даже при малых скоростях подачи смазки может обеспечиваться режим жидкостного трения (отношения разрывов смазочной пленки и контактных нагрузок стремятся к нулю). При тех же скоростях поверхности трения, полученные шлифованием, находятся в состоянии частичной жидкой смазки при большом значении отношения контактных нагрузок Фрикционные коэффициенты шлифованных поверхностей значительно больше, чем приработанных и притертых.

Таким образом, изменение рельефа и уменьшение шероховатости поверхности после приработки и притирки оказывают комплексное влияние на режим трения и смазывания.

Исследования влияния изменения рельефа поверхности трения на состояние смазочною слоя показали, что приработка и притирка имеют значительное влияние на образование жидкой смазочной пленки и на уменьшение трения. Снижение шероховатости поверхности после приработки и притирки приводит к улучшению режима смазывания и снижению числа контактов микровыпуклостей на поверхности. Приработка и притирка не только уменьшают шероховатость поверхности, но и меняют контактные механические характеристики на поверхностях. Результаты испытаний представлены на рис. 9.

Исследование влияния нанопорошка никеля на функциональные свойства смазочных материалов проводилось на стенде трения и изнашивания МНК-500. Нанопорошок никеля, который представляет собой гранецентрированный куб, в результате окисления модифицируемый в октаэдр с размерами зерен 10...50 нанометров, вводился в парафиновое масло в количестве 0,5% по массе. Привод стенда обеспечивает различные частоты вращения верхнего образца. Нижний образец остается неподвижным и за счет груза и рычага прижимается с определенным усилием к верхнему.

Использовались образцы, изготовленные из стали 40Х, закаленные на твердость Ш1С 58...62. Износ определялся весовым методом.

и

W./W

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Скорое гь исдачи смазки V. м/с 1,2 - для образца после прирабо-гки и притирки, 3,4 - дли образца без приработки и притирки, » - для отношении разрывов смазочной пленки, %, • 1 1 - для отношения нагрузок контактов микроиеровносгей WJ W

Рис. 9. Зависимости отношения разрывов смазочной пленки и отношения контактных нагрузок от шероховатости и скорости подачи смазки

Результаты испытаний, представленные на рис. 10, показывают, что при использовании смазочного материала с нанопорошком никеля степень влияния нагрузки на коэффициент трения и величину износа значительно уменьшается.

В результате испытаний смазки с нанопорошком никеля выявлено, что, несмотря на снижение коэффициента трения почти в два раза при росте нагрузки от 20 Н до 150 Н, величина износа существенно возрастает. Это, на наш взгляд, объясняется тем, что при деформировании зерен нанопорошка (в виде октаэдров) они становятся более "остроугольными" и при контакте трущихся поверхностей с их острыми гранями износ возрастает. Такое явление обеспечивает возможность повышения в 2...3 раза рабочих нагрузок, при которых узел трения сохраняет нормальную работоспособность.

её

-е-

I

а

S3

30 60 90 120 ISO

Hai рузка, Н а)

Нагрузка, Н 6)

Рис. 10. Зависимость коэффициента трения и величины износа от нагрузки при п = 500 мин"1: 1 - основное масло, 2 - основное масло с порошком никеля

Исследования влияния присадок к смазочным маслам на режим трения проводились на специальном стенде JP - BD 1500. В качестве смазочных материалов использовались минеральное машинное масло И20 и синтетическая смазка 4106 с присадками: TRIWON, FAMULAR, WANJILINCT, MILITEC, графит, двусернистый молибден. Присадки составляли 2% по массе.

Результаты изучения зависимости момента трения М, от нагрузки Р при использовании различных составов смазочных материалов в условиях граничной смазки показывают, что испытанные присадки с машинным маслом, за исключением графита, существенного влияния на зависимость момента трения от нагрузки не оказывают. Лишь графит способствует нормальной работе узла трения при нагрузках свыше 100 Н, когда с другими присадками пара трения работает с вибрациями и заеданиями. При использовании смазочного масла 4106 влияние нагрузки на момент трения проявляется намного слабее, чем при работе с машинным маслом И20. Испытанные присадки WANJILING и MILITEC при малых нагрузках не оказывают влияния на момент трения. Однако при нагрузках выше 150 II эти присадки способствуют существенному уменьшению момента трения по сравнению с чистым синтетическим маслом, рост момента трения при увеличении нагрузки идет значительно медленнее. При использовании синтетического масла без присадки под нагрузкой 200 Н момент трения резко увеличивается, на поверхности трения появляются следы. Это свидетельствует о том, что узел трения работает в условиях, которые могут привести к отказу. По результатам испытаний наиболее эффективным при нагрузке 150...300 Н оказался смазочный материал на основе синтетического масла 4106 с присадкой MILITEC.

Исследование долговечности проведено на стенде JP - BD 1500. Критерием оценки являлось время от образования граничного слоя до разрушения смазочной пленки на трущихся поверхностях. Результаты опыта показали, что присадки WANJILING и MILITEC можно применять для улучшения адгезионной способности синтетического масла 4106 и повышения прочности граничного слоя.

При изучении влияния состава смазочного материала на изнашиваемость деталей использована методика ускоренных испытаний на установке с возвратно -поступательным движением образца. Смазочный материал включал: МКФ-18 -Х|, "Урал" - x^ этиловый спирт - Xj, глицерин - X4, неонол - Х5, полиэтиленовую

эмульсию - хб-

В качестве эксперимента использован дробный факторный эксперимент 26'3. После обработки результатов эксперимента и исключения незначимых коэффициентов модель имеет вид:

у -102,0114х1+15,2х2+7,2хз+5,5х4.

Из полученного уравнения видно, что все выбранные факторы оказывают положительное влияние и увеличивают предельное давление в контакте.

Действие обеих металлоплакирующих присадок (МКФ-18 и "Урал") почти равнозначно: они способствуют формированию на поверхностях -фения защитной медной пленки. Как в МКФ-18, так и в "Урале" основным гшенкообразующим

элементом является олеат одновалентной меди. На поверхностях трения идет восстановление меди по реакции:

Си++е" —♦ Си.

Из активирующих присадок, ускоряющих процесс формирования медной пленки, наибольшее влияние оказывает этиловый спирт. Однако в смазочные материалы предпочтительнее для этой цели вводить глицерин, так как температура кипения этилового спирта - 80°С и при нагреве смазочного материала его концентрация будет быстро уменьшаться.

Наименьшее влияние на параметр оптимизации оказывают полимерные присадки неонол и полиэтиленовая эмульсия. Такое влияние можно объяснить малой продолжительностью эксперимента. Их влияние должно проявляться только после формирования медной пленки. Участки, покрытые медной пленкой, будут иметь положительный потенциал, а непокрытые - отрицательный. На поверхностях трения образуются микрогальванические пары, работающие при повышении электропроводности среды, которая у индустриальных ' масел начинает проявляться через 5... 10 суток.

Оптимизация состава смазочной композиции осуществлена методом симплексного планирования по двум факторам: металлоплакирующей присадке МКФ-18 и глицерину. Концентрация полимерной присадки - полиэтилена -постоянна и равна 0,5% по массе.

В результате оптимизации для узлов трения ткацкого станка СТБ на основании проведенного исследования можно рекомендовать смазочную композицию следующего состава:

металлоплакирующая присадка (МКФ-18, "Урал") - 0,35...0,45 %, активизирующая присадка (глицерин) - 0,30...0,50 %, полимерная присадка (полиэтиленовая эмульсия) - 0,40...0,60 %, масло индустриальное (И-40А, И-50А) - остальное.

Данная смазочная композиция позволяет реализовать в узлах трения эффект безызносности с низкими значениями скорости изнашивания и коэффициента трения, обеспечивая допустимое давление до 200 Н/мм2, а также повышение долговечности в 6,5 раза.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны методика исследования и пакет прикладных программ с использованием алгоритмического языка MS Visual Basic, позволяющие проводить многовариантный анализ работы батанного механизма станка СТБ с удобным интерфейсом варьирования переменных параметров и учетом технологического процесса формирования ткани с заданными параметрами.

2. Разработанный пакет прикладных программ позволяет определить координаты кулачка и контркулачка из условий сохранности и долговечности профиля, выполнить анализ кинематики на основе обобщённого закона движения батана, динамический расчет механизма и натяжения основы с учетом расчетной величины силы прибоя и колебаний скало для конкретного артикула ткани.

3. Доказано, что результаты динамического расчета натяжения основы с учетом переплетения ткани и приведенной длины упругой системы заправки станка хорошо согласуются с экспериментальными данными (отклонение 5...8%).

4. Использование разработанного программного обеспечения позволяет путем виртуального эксперимента определить возможность выработки на ткацком станке типа СТК ткани с заданными параметрами. Это повышает гибкость производства в плане быстрой смены ассортимента и позволяет избежать возможные отказы в процессе экспериментальной выработки новых артикулов ткани.

5. Стабильность режима жидкостного трения зависит от шероховатости контактирующих поверхностей, нагрузки и частоты вращения. Для реализации непрерывного режима жидкостного трения с образцами, имеющими большую шероховатость поверхности, требуется более высокая скорость подачи смазочного s материала.

6. При скорости движения V ~ 1...3 м/с, характерной для точки контакта в кулачковом приводе батанного механизма, и температуре окружающий среды

Т ' 20...30° С отношение контактной нагрузки к полной нагрузке Wa/ W очень •

мало, так как почти все трение происходит только в слое жидкости. Повышение температуры до 50...60°С приводит к уменьшению толщины жидкого смазочного слоя и к увеличению отношения контактной нагрузки микровыпуклостей к полной нагрузке на поверхности WJ W до 0,5.

7. Проскальзывание неоднозначно влияет на коэффициент трения в жидкости f. Значительное проскальзывание и высокое отношение деформации едпига приводят к увеличению f а повышение температуры, связанное с трением, способствует его уменьшению. Таким образом, повышенное проскальзывание может привести к замене режима жидкостного трения на частичное.

8. Исследование смазочных эффектов и характера трения показывает, что • изменение рельефа контактных поверхностей приработкой и притиркой оказывает значительное влияние на образование жидкого смазочного слоя и снижение числа контактов микровьгпуклостей. Приработка и притирка не только уменьшают шероховатость, но и меняют контактные механические характеристики поверхностей, что в конечном счете практически обеспечивает режим жидкостного трения в широком диапазоне скоростей и уменьшение сил трения в

2...4 раза.

9. Введение в базовые смазочные материалы нанопорошка никеля или графита способствует снижению коэффициента трения в 1,4...1,8 раза и меньшей его зависимости от нагрузки. Присадки WANJILING и MILITEC при нагрузках"свыше 150 Н способствуют уменьшению момента трения по сравнению с чистым синтетическим маслом в 1,1... 1,4 раза.

10. Разработанный для узлов трения ткацкого станка СТБ смазочный состав, состоящий из индустриального масла, металлоплакирующей, активирующей и полимерной присадок, обеспечивает начало реализации эффекта безызносности значительно раньше других составов, что приводит к

повышению полного технического ресурса узлов трения в 1,5...2 раза при выработке легких и в 2...3 раза при выработке тяжелых тканей, а также к повышению несущей способности поверхностей трения в 2,5...3,5 раза.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Шан, Бао Пин. Измерение величины износа деталей вращения текстильных машин с помощью компьютера / Шан, Бао Пин, В.В.Зрюкин // Достижения текстильной химии - в производство (Текстильная химия-2000): тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. - Иваново, 2000. - С.148.

2. Шан, Бао Пин. Изучение влияния состава смазочного материала на изнашиваемость деталей / Шан Бао Пин, В.В.Зрюкин, Н.А.Можин, Ю.Ф.Макаро» // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности: тез. докл. межиуз. научн.-техн. конф. аспирантов, магистров и студенч-ов - Иваново: ИГТА, 2002. -С.356.

3. Знаиди, А. Исследование влияния присадок на эффективность работы смазочных /А. Знаиди, Шан Бао Пин //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2001): тез. докл. междунар. материалов науч.- техн. конф. - Иваново: ИГТА, 2001.-С.272.

4. Шан, Бао Пин. Исследование влияния факторов на процессе трения и изнашивания пары кулачок-ролик / Шан Бао Пин // Труды текстильного института г.Чжэнчжоу (КНР).-2001.-№2.

5. Шан, Бао Пин, Измерение величины износа деталей вращения тексти- льных машин с помощью компьютера / Шан Бао Пин, В.В.Зрюкин // В мире оборудования. - 2000. - № 4(5). - С.9.

6. Шан, Бао Пин. Исследование влияния панонорошка никеля на улучшение характеристик смазочных материалов / Шан Бао Пин // Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности: тез. докл. межвуз. научн.-техн. конф. аспирантов, магистров и студентов - Иваново: ИГТА, 2002. - С.355.

7. Шан, Бао Пин. Анализ факторов износа пары кулачок-ролик ткацких станков / Шан Бао Пин, В.В.Зрюкин, Ю.Ф.Макаров, Н.А.Можин // Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности: сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. аспирантов, магистров и студентов - Иваново: ИГТА, 2003. -С.364-366.

8. Нию, Иун Зен. Передача тяга и математическая модель / Пию Иун Зен, Ли Циан Хуа, Шан Бао Пин. - Сиань, 2003.

9. Шан, Бао Пин. Разработка смазочного материала для узлов трения текстильного оборудования / Шан Бао Пин, В.В.Зрюкин, Ю.Ф.Макаров, Н.А.Можин // Вестник ИГТА.-2005,-№4.

10. Супонев, B.C. Программа для кинематического анализа батанного механизма станков СТБ / B.C. Супонев, А.Н. Смирнов, Шан Бао Пин // Вестник ИГТА. - 2005. -№4.

0 5-121 05

11. Шан, Бао Пин. Исследование эффективности смазочных материалов с присадкой нанопорошка никеля /Шан Бао Пин, В.В.Зрюкин, Н.А.Можин // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности: сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. аспирантов, магистров и студентов -Иваново: ИГТЛ, 2005. - С.227-228.

12. Супонев, B.C. Динамический расчет натяжения основы и силы прибоя на ткацких станках СТБ / B.C. Супонев, А.Н.Смирнов, Шан Бао Пин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2005. - N 1. - С. 150-155. 13.3рюкин, В.В. Влияние проскальзывания на характеристики процесса трения качения / В.В.Зрюкин, Ю.Ф.Макаров, Н.А.Можин, Шан Бао Пин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2005): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф - Иваново: ИГТЛ, 2005. - С.30 -32.

РНБ Русский фонд

Шан Бао Пин

Исследование батаиного механизма ткацких станков типа СТБ и разработка технических мероприя тий по увеличению его ресурса

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Лицензия ИД № 06309 от 19.11.2001. Подписано в печать 26.05.2005. Формат 1/16 60*84. Бумага писчая. Плоская печать. Усл. неч. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,11. Тираж 80 экз. Заказ №. 26

Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии Отдел оперативной полиграфии

153000, Иваново, пр.Ф.Энгельса, 21

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. Кулачковые приводы механизмов ткацкого станка СП».

1.1.1. Подъемник прокладчика утка.

1.1.2. Приемная коробка.

1.1.3. Контроллер посадки прокладчиков утка.

1.1.4. Зевообразовательный механизм.

1.1.5. Батанный механизм.

1.2. Процессы трения и изнашивания в кулачковых механизмах.

1.3. Анализ факторов износа для пары трения "кулачок-ролик"

1.3.1. Характер износа и выбор материала.

1.3.2. Геометрические факторы.

1.3.3. Условия смазывания.

1.3.4. Нагрузочно-скоростные факторы.

1.3.5. Микрорельеф поверхности.

1.3.6. Структурные факторы.

1.3.7. Погрешности профиля и положения пар "кулачок-ролик".

1.3.8. Другие факторы.

1.4. Влияние смазочных материалов на процесс трения и изнашивания.

1.5. Применение эффекта безызносности в кулачковых приводах.

1.6. Существующее положение по разрушению материалов из-за изнашивания и его предупреждению.

1.6.1. Основные типы изнашивания материалов и анализ причин разрушений.

1.6.1.1. Основные типы изнашивания материалов.

1.6.1.2. Анализ причин разрушения из-за изнашивания и его предупреждение.

1.7. Постановка задачи.

2. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ, КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ

БАТАННЫХ МЕХАНИЗМОВ ТКАЦКИХ СТАНКОВ СТБ.

2.1. Конструкции батанных механизмов ткацких станков СТБ.

2.2. Функция положения и передаточные функции батанного механизма

2.3. Понятие о безударных законах движения.

2.4. Синтез законов движения батана.

2.4.1. Безразмерные характеристические функции перемещения, скорости и ускорения.

2.4.2. Безразмерные функции перемещения, скорости и ускорения батана станков СТБ.

2.4.3. Расчет профилей кулачков батанного механизма станков СТБ.

2.5. Пакет программ для анализа батанного механизма.

2.6. Динамический анализ и расчет на прочность звеньев батанного механизма.

2.6.1. Расчет давлений и контактных напряжений в кинематических парах батанного механизма.

2.6.2. Расчет и проектирование высшей пары кулачок (контркулачок) - ролик по условию сохранности профиля кулачка.

2.6.3. Проектирование высшей пары кулачок (контркулачок) -ролик по условию долговечности профиля.

2.6.4. Динамический расчет натяжения основы и силы прибоя на ткацких станках СТБ.

2.6.4.1. Определение жесткости на растяжение образцов основной пряжи и ткани.

2.6.4.2. Определение приведенной длины системы упругой заправки станка.

2.6.4.3. Система построения ткацких переплетений на станках СТБ.

2.6.4.4. Динамический расчет натяжения основы и силы прибоя ткацкого станка СТБ с учетом вида переплетения ткани, угловых и изгибных колебаний скала.

2.7. Динамический расчет батанного механизма ткацкого станка

СТБ 2-33 0.

2.8. Выводы.ИЗ

3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОТО-# СПОСОБНОСТЬ ПАРЫ ТРЕНИЯ "КУЛАЧОК - РОЛИК"

3.1, Влияние смазочных материалов на характеристики процесса трения качения.

3.1.1. Методика испытаний.

3.1.2. Влияние шероховатости поверхности.

3.1.3. Влияние температуры окружающей среды.

3.1.4. Зависимость коэффициента трения от пограничного

К' слоя на поверхностях.

3.1.5. Влияние напряжения сдвига смазочного материала.

3.1.6. Влияние проскальзывания на характеристики процесса трения.

3.1.7. Влияние приработки и других факторов на характеристики процесса трения.

3.2. Исследование влияния нанопорошка никеля на функциональные свойства смазочных материалов.

3.2.1. Материал и методика испытания.

3.2.2. Результаты и анализ исследования.

3.2.3. Выводы.

3.3. Исследование влияния присадок к смазочным маслам на режим трения.

3.3.1. Условия испытаний.

3.3.2. Результаты испытаний

3.3.3. Исследования долговечности граничного смазочного слоя.

3.3.4. Выводы.

3.4. Влияния состава смазочного материала на характеристики процесса трения.

3.4.1. Методика и условия испытания.

3.4.2. Математическая обработка результатов испытаний.

3.4.3. Обсуждение модели.

3.4.4. Оптимизация состава смазочной композиции.

3.5. Выводы.

Повышение надежности и долговечности машин является одной из главных проблем современного машиностроения.

Как показал статистический анализ, главной причиной выхода из строя машин является не их поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Проектируя новую машину, инженер обязательно рассчитывает на прочность наиболее ответственные детали, тогда как практически ни одно подвижное сопряжение не проверяют на износостойкость. При проектировании и эксплуатации машин не всегда используются наиболее эффективные средства снижения износа, учитывающие конкретные условия работы. По этой причине Россия, Китай и другие технически развитые страны несут огромные материальные затраты, связанные с ремонтом машин. Вынужденные простои машин при ремонте подвижных сопряжений приводят к большим потерям.

По оснащению оборудованием текстильная промышленность является самой машиноемкой отраслью народного хозяйства. Повышение производительности машин является характерной тенденцией в условии научно-технического прогресса. В течение последних лет скорости рабочих механизмов ткацких станков заметно выросли. В мире появились ткацкие станки (пневматические и гидравлические), имеющие частоту вращения главного вала 800 . 1500 мин'1.

Важно отметить, что в период эксплуатации ткацкого оборудования, его надежность снижается вследствие изнашиваемости, усталостного разрушения, старения, изменения размеров и форм сопряжений, ухудшения прочности и упругих свойств материалов деталей, а также из-за отклонений и изменений в узлах и механизмах, сопровождающихся разладкой или поломкой машин. При этом машины теряют свою работоспособность на определенные отрезки времени. Скорость и степень потери работоспособности зависят от конструкции машины, условий ее эксплуатации, точности изготовления деталей и сборочных единиц, правильности их сборки, качества контроля и квалификации кадров. Положение усугубляется случайным характером отказов машин. Они возникают неожиданно, их характер и последствия неизвестны, а это вносит элемент неопределенности и дезорганизацию в ритм производственного процесса, наносит существенный ущерб предприятию.

Особенностью текстильного оборудования является его сложность и очень высокий уровень загрузки. По своей кинематике текстильные машины являются одними из самых сложных (после полиграфических) машин и состоят из множества сборочных единиц и деталей, имеющих самую различную долговечность. Одним из наиболее важных узлов трения ткацких станков являются высшие кинематические пары "кулачок-ролик". Они работают в сложных условиях переменных нагрузок, а процесс их изнашивания ведёт к изменению закона движения выходного звена механизма и нарушению технологических процессов, протекающих на текстильном оборудовании.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. В период эксплуатации оборудования его надежность снижается вследствие изнашивания, которое представляет собой основную причину разрушения материалов (до 80 % отказов). Результат англо-американского исследования [31] показал, что потери от изнашивания материалов достигли ста миллиардов долларов в год, а экономическая эффективность от улучшения смазки и уменьшения изнашивания составляет около 2 % от общего валового продукта в любой стране мира.

В ткацком производстве Китая, России, Румынии, Пакистана и других стран широко используются станки типа СТБ, одним из наиболее ответственных и динамически нагруженных механизмов которых является батанный. Пара "кулачок - ролик" его привода работает в сложном режиме трения качения с проскальзыванием. В этих условиях на ее работоспособность оказывают влияние многие факторы. Поэтому исследование механизма, изучение влияния различных факторов на работоспособность пары трения "кулачок-ролик" не только углубит процесс познания, но и будет способствовать созданию новой техники и новых материалов, улучшит конструирование оборудования.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка методики и программного обеспечения для многовариантного анализа конструкций, кинематики и динамики батанных механизмов ткацких станков СТБ при помощи компьютера с учетом характеристик технологического процесса формирования ткани с заданными параметрами, а также на основе изучения влияния различных факторов на работоспособность пары трения "кулачок-ролик" разработка мер по повышению её ресурса, в т.ч. за счет использования новых смазочных материалов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Анализ конструкций, кинематики и динамики батанных механизмов ткацких станков СТБ выполнен на персональном компьютере с использованием пакета оригинальных программ, содержащего средства моделирования процесса формирования ткани с заданными параметрами.

Экспериментальные исследования на изнашивание со смазочными материалами выполнялись на различных установках: при трении качения с проскальзыванием испытания проводились на установке для определения контактной усталости JP - BD 1500 (КНР) с различными скоростями, нагрузками и величиной проскальзывания; исследования при трении скольжения проводились на стенде трения и изнашивания МНК-500 и на специально разработанной установке с возвратно-поступательным относительным перемещением образцов по схеме "диск-плоскость" с определением предельно допустимого давления в паре трения.

Исследования выполнялись с применением методов планирования экспериментов и математической обработки данных с использованием вычислительной техники.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработаны пакет прикладных программ и методика его использования, позволяющие проводить многовариантиый анализ батанного механизма ткацких станков типа СТБ с учетом динамики процесса формирования ткани с заданными параметрами и колебаний скало, т.е.конструкторские и технологические требования соединены. Методами моделирования и натурными экспериментами выявлено влияние на процесс трения и изнашивание пары "кулачок-ролик" шероховатости контактирующих поверхностей, температуры окружающей среды, величины проскальзывания, состава и свойств смазочного материала, давления в контакте.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанное программное обеспечение позволяет без проведения натурных испытаний по определению возможности выработки ткани с заданными параметрами на станках типа СТБ получить с помощью компьютера сведения, характеризующие работу батанного механизма. Это способствует повышению гибкости производства и

10 расширению ассортимента вырабатываемых тканей.

Разработанная смазочная композиция на основе индустриального масла реализует эффект безызносности в паре трения "кулачок-ролик". Рекомендованное использование нанопорошка никеля в смазочных материалах позволяет повысить несущую способность пары трения в 2.3 раза.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку: на международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии - в производство» (г. Иваново, 2000 г.); на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2001 г., 2005 г.); на межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2002 г., 2003 г., 2005 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 13 работ.

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трёх глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, включая 71 рисунок и 10 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны методика исследования и пакет прикладных программ с использованием алгоритмического языка MS Visual Basic, позволяющие проводить многовариантный анализ работы батанного механизма станка СТБ с удобным интерфейсом варьирования переменных параметров и учетом технологического процесса формирования ткани с заданными параметрами.

2. Разработанный пакет прикладных программ позволяет определить координаты кулачка и контркулачка из условий сохранности и долговечности профиля, выполнить анализ кинематики на основе обобщённого закона движения батана, динамический расчет механизма и натяжения основы с учетом расчетной величины силы прибоя и колебаний скало для конкретного артикула ткани.

3. Доказано, что результаты динамического расчета натяжения основы с учетом переплетения ткани и приведенной длины упругой системы заправки станка хорошо согласуются с экспериментальными данными (отклонение 5.8%).

4. Использование разработанного программного обеспечения позволяет путем виртуального эксперимента определить возможность выработки на ткацком станке типа СТБ ткани с заданными параметрами. Это повышает гибкость производства в плане быстрой смены ассортимента и позволяет избежать возможные отказы в процессе экспериментальной выработки новых артикулов ткани.

5. Стабильность режима жидкостного трения зависит от шероховатости контактирующих поверхностей, нагрузки и частоты вращения. Для реализации непрерывного режима жидкостного трения с образцами, имеющими большую шероховатость поверхности, требуется более высокая скорость подачи смазочного материала.

6. При скорости движения V = 1.3 м/с, характерной для точки контакта в кулачковом приводе батанного механизма, и температуре окружающий среды Т = 20.30° С отношение контактной нагрузки к полной нагрузке Wa/ W очень мало, так как почти все трение происходит только в слое жидкости. Повышение температуры до 50.60°С приводит к уменьшению толщины жидкого смазочного слоя и к увеличению отношения контактной нагрузки микровыпуклостей к полной нагрузке на поверхности Wа/ W до 0,5.

7. Проскальзывание неоднозначно влияет на коэффициент трения в жидкости fi. Большое проскальзывание и высокое отношение деформации сдвига приводят к увеличению fa а повышение температуры, связанное с трением, способствует уменьшению его. Таким образом, повышенное проскальзывание может привести к замене режима жидкостного трения на частичное.

8. Исследование смазочных эффектов и характера трения показывает, что изменение рельефа контактных поверхностей приработкой и притиркой оказывает значительное влияние на образование жидкого смазочного слоя и снижение числа контактов микровыпуклостей. Приработка и притирка не только уменьшают шероховатость, но и меняют контактные механические характеристики поверхностей, что, в конечном счете, практически обеспечивает режим жидкостного трения в широком диапазоне скоростей и уменьшение сил трения в 2.4 раза.

9. Введение в базовые смазочные материалы нанопорошка никеля или графита способствует снижению коэффициента трения в 1,4.„1,8 раза и меньшей его зависимости от нагрузки. Присадки WANJILING и MILITEC при нагрузках свыше 150 Н способствуют уменьшению момента трения по сравнению с чистым синтетическим маслом в 1,1.1,4 раза.

10. Разработанный для узлов трения ткацкого станка СТБ смазочный состав, состоящий из индустриального масла, металлоплакирующей, активирующей и полимерной присадок, обеспечивает начало реализации эффекта безызнос-ности значительно раньше других составов, что приводит к повышению полного технического ресурса узлов трения в 1,5.2 раза при выработке легких и в 2.3 раза при выработке тяжелых тканей.

1. Bowden F. Р. Трение и смазывание тел. 1954. (Bowden F. P. The Friction and Lubrication of Solids, 1954.)

2. Cameron А. Теория смазывания. 1981. (Cameron A. Basic Lubrication Theory, 3rd Edition, 1981.)

3. Holm R. Руководство электрических контактов. 1958. -199.289 с. (Holm R. Electric Contacts Handbook, 1958, рр.199.289.)

4. Редколлегия. Справочник трения, износа и смазывания. 1978. (^JlMXfM^Fmm 22 т тш> тшшт, -шхшмш^, )

5. Фан Ин Тинь. Влияние скорости скольжения на поверхность смазывания.1988. дам, ШЙ. mm, т^т^мтжтшш^тттщ-},

6. ШШМЗЭД, VoI.24.No.l, 1988о )

7. Чжу Дон. Теплый анализ гидродинамических Контактах. 1984.шшшшттш, ^к^шт-йя. i9840 )

8. Хоу Ке Пин. Исследование гидродинамического смазывания при тяжельой нагрузке. 1987. ЖШйШШШШШтШШШЩ'^ШЩП,1987о )

9. Johnson K.L., Tevaarwerk J.J. Характеристика сдвига гидродинамической смазочной пленки. 1977. -215.236с. (Johnson K.L., Tevaarwerk J.J. Shear Behaviour of Elastohydrodynamic Oil Films, Proc. Roy. Soc. Ser. A., Vol.356, 1977, pp.215.236.)

10. Johnson K.L., Greenwood J.А. Теплый анализ жидкости в гидродинамической тяге. 1980. -353.374с. (Johnson K.L., Greenwood J.А. Thermal Analysis of an Eyring Fluid in Elasto Hydrodynamic Traction. Wear, Vol. 61, No.2, 1980, pp.353.374.)

11. Hirst W., Moore A.T, Гидродинамическое смазывание при высоком давлении. 1979. -537.565с. (Hirst W., Moore A.T. Elastohydrodynamic Lubrication at High Pressure. Proc.Roy.Soc.Ser.A.Vol.365, 1979, pp.537.565.)

12. Ghosh M.K., Hamrock B.J. Смазывание тепловой гидродинамики при контакте. 1985. (Ghosh М.К., Hamrock B.J. Thermal Elastohydrodynamic Lubrication of Contacts. ASLE Trans., Vol.28, No.2, 1985.)

13. Caichos H. Подход систем к науке и технике трения, смазывания и износа. 1978. (Caichos Н. TRIBOLOGY, a systems Approach to the Science and Technology of Friction, Lubrication and Wear, 1978.)

14. Fowle T.I. Смазывание зубчаток: сочетание теории с практикой. 1975. (Fowle T.I. Gear Lubrication: Relating Theory to Practice. ASLE 30th Annual Meeting, 1975.)

15. Cameron А. Основная Теория Смазывания. 1981. -191c. (Cameron A. Basic Lubrication Theory, 3th Edition. 1981, p.191.)

16. Salomon G., de Gee A.W.J. Система ориентируемого подхода. 1981. (Salomon G., de Gee A. W.J. The Running-In of Concentrated Steel Contacts: a System Orientated Approach. Proc.8th Leeds-Lyon Symp.on Tribo., 1981.)

17. О. П. СТЕЦЬКИВ, П. П. HOC. Трение и износ. Т. 11, No.3,1990.

18. Шан Бао Пин. Исследование влияния факторов на процессе трения и изнашивания пары кулачок-ролик. 2001. (luj^TS СТБ ШШш\шшт¥тт, фюс^КЗВД 2001, No.2 о)

19. Пен Гуо Щн. Проектирование конструкций по кулачоку. 1990. > Й Ш, Ш: тш:мю±, 1990о )

20. УньШиЧжу. Триботехника. 1991. ДОШ,1991с )

21. И. В. КРАГЕЛЬСКИИ, М. Н. ДОБЫЧИН, В. С. КОМБАЛОВ. Основы расчетов на трение и износ. -М.:Машиностроение, 1977.

22. Москалев Е.А. Оценка предельного износа и повышение долговечности кулачкового привода батанного механизма станков СТБ. //Проблемы трения и изнашивания. -Техника, 1990, Вып. 37, с. 106.109.

23. Соловьева А. Б., Лушников С. В. Кулачковый механизм, обеспечивающий возможность снижения контактных напряжений. -М.: Машиностроение, 1973.-150 с.

24. Велиев Ф.А. Пути снижения износа батанных кулачков ткацкого станка СТБ-2-216//Экспресс-Информация: Оборудование для ткацкого и красильно-отделочного производства, 1980.-вып. С.8.10.

25. Гин Ин Шен. Техника измерения по триботехнике. 1986. -46.66с.

26. Ш^ЯМтаЖЯ Ш: ШШкЖШЬ 1986, рр.46.66о )

27. Лиу Ин Тие. Анализ отказа из-за износа. 1991. ДЙЗЕЗЙ» ШШ^к. ШШ Ш: ШШкЖШЬ 1991- )

28. Ще Ти Чин. Существующее положение по триботехнике. 1993.штшшшши 1993, No.13, )

29. Чжн Тиан Фен. Трение и смазывание. 1993. (ЗК&М, ДШЗЬ ШШШШштш Ш: шшттш^}, тз. >

30. Иан Шен Жун. Применение нанопорошка. (ffi&gi, Ш , E-mail:sryang@ns.lzb.ac.cn)

31. Иань Чжи Гуан. Справочник новых смазочных материалов. 1999.1.т, жтттытшпт^ш^т ш-. ®ш:мк1731. ЖИ±, 1999о )

32. Чень Тиань Минь. Применение твердой смазочной пленки. 1994.ш, шшттшжжш тж^ш, 1994, и2.о )

33. И. В. Крагельский, В. В. Алисима. Трение, изнашивание и смазка. -М.:Машиностроение, 1978.

34. Tallian Т. Е. Теория частичного смазывания. 1972. -49.101с. (Tallian Т. Е. The Theory of Partial Elastodrodynamic Contacts. Wear, Vol.21, No.l, 1972, pp.49.101.)

35. Furey M.J. Металлический контакт и трение между скольжением поверхности. 1961. -1. 11 с. (Furey M.J. Metallic Contact and Friction between Sliding Surface. ASLE Trans. Vol.4, 1961, pp.1.11.)

36. Caichos H. Условий контакта шероховатости на отказе скольжения. 1977. (Caichos Н. Influence of Asperity Contact Conditions on the Failure of Sliding Elastohydrodynamic Contact. Wear, Vol.41, No.l, 1977.)

37. Dawson P.H. Эффект Металлического Контакта на смазочной поверхность ролика. 1962. -16.21с. (Dawson P.H. Effect of Metallic Contact on the Pitting of Lubricated Rolling Surface. J.Mech.Engng.Sci. , Vol.4, No.l, 1962, pp.16.21.)

38. Tallian Т.Е., Mccool J.I. Наблюдение взаимодействий в контактной точке. 1968. -176.,190с. (Tallian Т.Е., Mccool J.I. The Obseration of Individual Asperity Interactions in Lubricated Point Contact.ASLE Trans., Vol.1 l,No.2, 1968, pp. 176. 190.)

39. Гаркунов Д.Н. Триботехника. -М.Машиностроение, 1989. -328c.

40. Beerbower А. Исследование математических моделей для граничного смазывания. (A. Beerbower A Critical Survey of Mathematical Models for Boundary Lubrication ASLE Trans, Vol.14, No.2, 1974.)

41. Редколлегия. Справочник трения, износа и смазывания. 1978. (IflMX^Mш ш 22 ш> тт. тштт, шшкжшь 1978,)

42. Коритысский Я.И. Колебания в текстильных машинах. -М.:1973.

43. Крагельский Е.В. Трение и износ в машинах. -М.:Машгиз, 1962.

44. Крагельский Е.В. Трение и износ. -М.Машиностроение, 1968.

45. А. В. Дицкий, Р. М. Малафеев Основы проектирования машин ткацкого производства. -М.: Машиностроение, 1983.

46. Д. Т. Гаевик. Подшипниковые опоры современных машин. -М.: Машиностроение, 1985.

47. Крагельский Е. В. Фрикционное взаймодействие твердых тел //Трение иизнос. -I980.-T.l.-No.l.

48. Санин П. И. Химические аспекты граничной смазки//Трение и износ. -1980.-Т.1,- No.l.

49. Литвиков В.Н., Михин Н.М., Мышкин Н.К. Физико-химическая механика избирательного переноса при трении. -М.: Наука, 1979. -188 с.

50. Попов Н.Н. Алгоритм проектирования схем механизмов. М.: Наука, 1979. - 196 с.

51. Топилин А.П. и др. Высокопроизводительные автоматические ткацкие станки СТБ /Топилин А.П., Казуров А.А., Янпольский В.А. М. : ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1969. - 110 с.

52. Орнатская В.А., Пилипенко В.А. Механизмы прокладывания и прибоя уточной нити на быстроходных ткацких станках: Обзор. М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1970. - 112 с.

53. Торицын С.В. Технологические направления повышения долговечности батанного механизма ткацких станков типа СТБ. Обзор. М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1970. - 64 с.

54. Кравцов Ю.М., Макачев А.Н., Орнатская В.А. Задачи выбора режимов операции формирования ткани и работы механизмов. В сб. науч. -исслед. тр. ВНИИЛтекмаш. - М.: 1981, №39, с. 39.46.

55. Топилин А.П. Автоматические бесчелночные однополотенные ткацкие станки СТБ2-250 / Топилин А.П., Казуров А.А., Кавокин С.Г. и др. М.: Легкая индустрия, 1969. - 92 с.

56. Коритысский Я.И. Динамика упругих систем текстильных машин. М.:

57. Легкая и пищевая промышленность, 1982. 272 с.

58. Левитский Н.И. Кулачковые механизмы. М.: Машиностроение, 1964. - 287 с.

59. Попов Н.Н. Расчет и проектирование кулачковых механизмов. М.: Машиностроение, 1980. - 214 с.

60. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. Л.: Машиностроение, 1976.-328 с.

61. Юдин В.А., Петрокас Л.В. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1977. - 527 с.

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

63. Шиа Тан Чию. Исследование влияния нанопорошка на характеристикисмазывания. 1998. (ШШ, ШШ'31, ЙШ. 1998, No.6о )

64. Хе Фун. Новая смазка твердого нанопорошка. 1997. iff—Ч^ЖШЙУттщш\, mi, N0.50)

65. Чи Лин. Исследование свойств нанопорошка. 2000.тттттттгь, тт^т^ 2000, n0.20 )

66. Поверхностная прочность материалов при трении / Под ред. Б.И. Костецкого. -Киев: 1976.

67. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. -М.: 1976.

68. Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. -М.:1981.

69. Рыбакова JI.M., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. -М.:1982.

70. Алексеев М.М., Буше Н. А. //Трение и износ. 1985.Т. 6, No.5. с.773.,.783.

71. Дроздов Ю.Н., Фролов К.В. //Поверхность. 1982. No.5. с. 138. 146.

72. Дроздов Ю.Н., Рыбакова Л.М. //Трение и износ. 1989.Т.10, No.5.

73. Алексеев Н.М., Горячева И.Г. //Трение и износ. 1987.Т.8, No.6.

74. Алексеев М. М., Буше Н. А. //Трение и износ. 1985. Т. 6, № 5.с. 773.783.

75. Польцер Г., Майснер Ф. Основы трения и изнашивания. -М.: 1984.

76. Гарбар И. И. //Трение и износ. 1986. Т. 7, № 6. с. 104.1053.

77. Рыбакова Л. М., Поляков С. А., Осин А. М. //Вести машиностроения,1986.

78. Коднир Д. С. Контактно-гидродинамическая теория смазки.-Куйбышев: 1963.

79. Коднир Д. С. Контактная гидродинамика смазки деталей машин.-Куйбышев: 1970.

80. Харитонов В. В. Теплофизика полимеров и полимерных композиций.-Минск: 1983.

81. Дашков В. Д., Петрусевич А. И. //Трение и износ. 1985. Т. 6, № 2.с. 219.227.

82. Пинчук В. Г., ПинчукР. Г., Харитонов В. В. и др. //Трение и износ, 1982.1. Т 3, № 2. с. 335.338.

83. Бронштейн Л. А., Фурман А. Я., Широкова Г. Б. и др. //Трение и износ,1985. Т. 6, №2, с. 301.311.

84. Крагельский И. В. //Изв. вузов. Физика. 1958. № 5, с. 119. 127.

85. Such N. Р. Трение. 1973. -111.124с. ( Such N. P. Wear. 1973. Vol. 25, N 1. P. Ill . 124.)

86. Карпенко Г. В. //Физико-химическая механика материалов. 1974, Т. 10, № 1, с. 5.7.

87. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. Ч. II. Механические испытания. Конструкционная прочность. -М.: 1974.

88. Иванова В. С., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. -М.: 1975.

89. Schell J., Heilmann P., Rigney D. А. Трение. 1982. -205.220c. (Schell J., Heilmann R, Rigney D. A. // Wear. 1982. Vol. 75, N 2. P. 205.220.)

90. Rice S. L., Nowotny H., Wayne S. F. // Trans. ASLE. 1981. Vol. 24, N 2. P. 264.268.

91. Sasada Т., Norose S. Конференция смазывания. 1976. (Sasada Т., Norose S.

92. Proc. JSLE-ASLE Int. Lubrication Conf. Tokyo. Amsterdam, 1976.)

93. Heilmann P., Don J., Glaeser W. A., Rigney D. А. Трение. 1983. -171.190 с. (Heilmann P., Don J., Glaeser W. A., Rigney D. A. //Wear. 1983. Vol. 91, N 1.P.171.190.)

94. Don J., Sun Т. C., Rigney D. А. Трение. 1983. -191.199c. (Don J., Sun T.

95. C., Rigney D. A. //Wear. 1983. Vol. 91, N 1. P. 191.199.)

96. Heilmann R, Clark W. А .Т., Rigney D. А. Сб. материалов конф. 1983. (Heilmann P., Clark W. А .Т., Rigney D. A. //Acta Met. 1983, Vol .31, N 7. P. 1293.1305.)

97. Rigney D. A., Chen L. H., Naylor M. G. S., Rosenfield A. R. Трение. 1984.

98. Rigney D. A., Chen L. H., NaylorM. G. S., Rosenfield A. R. //Wear. 1984. Vol.100, N 1.Р. 195.219.)

99. Yang Z. Y., Rigney D. А. Трение. 1985. (Yang Z. Y„ Rigney D. A. //Wear.1985. Vol. 105, N 1. P. 73.86.)

100. Chen L. H., Rigney D. А. Трение. 1985. (Chen L. H., Rigney D. A. //Wear.1985. Vol. 105, N 1. P. 47.61.)

101. Don J., Rigney D. А. Трение. 1985 (Don J., Rigney D. A. //Wear. 1985. Vol. 105, N 1. P. 63.72.)

102. Худых M. И. Эксплуатационная надежность и долговечность оборудования текстильных предприятий. — М.Машиностроение, 1980.- с.333.

103. Вяткин Б. А., Пирогов К. М. Основы надежности текстильных машин. -М.: Машиностроение, 1985. -с.256.

104. Худых М. И. Ремонт текстильных машин.-М.: Машиностроение, 1991. -с.288.

105. Худых М. И. Ремонт и монтаж оборудования текстильной и легкой промышленности. -М.: Мшиностроение, 1974.-с.362.

106. Беленький С.И. Повышение надежности текстильного оборудования. -М.:1969.-с.413.

107. Пирогов К.М., Егоров С.А. Основы надежности текстильных машин: Учебоное пособие для вузов. -Иваново: ИГТА, 2004. с.268

108. Супонев B.C., Суров В.А., Чумиков В.Г. Расчет и проектирование батанных механизмов кулачковго типа ткачких станков СТБ и АТПР/ Учебное пособие. Иваново: ИХТИ, 1981.

109. Беленький С.И. Повышение эффективности ремонта текстильного оборудования. М.:Легпромбытиздат, 1987.1. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

110. Шан, Бао Пин. Исследование влияния факторов на процессе трения и изнашивания пары кулачок-ролик / Шан Бао Пин // Труды текстильного института г. Чжэнчжоу (КНР). 2001. - № 2.

111. Шан, Бао Пин, Измерение величины износа деталей вращения текстильных машин с помощью компьютера / Шан Бао Пин, В.В.Зрюкин // В мире оборудо- вания. 2000. - № 4(5). - С.9.

112. Нию, Иун Зен. Передача тяги и математическая модель / Нию Иун Зен, Ли Циан Хуа, Шан Бао Пин. Сиань, 2003.

113. Шан, Бао Пин. Разработка смазочного материала для узлов трения текстильного оборудования / Шан Бао Пин, В.В.Зрюкин, Ю.Ф.Макаров, Н.А.Можин // Вестник ИГТА. 2005. - № 4.

114. Супонев, B.C. Программа для кинематического анализа батанного механизма станков СТБ / B.C. Супонев, А.Н. Смирнов, Шан Бао Пин // Вестник ИГТА. 2005. - № 4.