автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование и разработка методик расчета функциональной нагрузки основных механизмов на заправку ткацкой машины

На правах рукописи

ии^"1 _

КАЗАНСКАЯ ИЛОНА ЮРЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ НА ЗАПРАВКУ ТКАЦКОЙ МАШИНЫ

Специальность 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 о ДЕК 2009

МОСКВА - 2009

003488530

Работа выполнена на кафедре проектирования текстильных машин Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Терентьев Владимир Ильич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Палочкин Сергей Владимирович

кандидат технических наук, доцент Озерский Олег Николаевич

Ведущая организация Российский заочный

институт текстильной и легкой промышленности (РОСЗИТЛП)

Защита состоится «<#3» "/^_2009 г. в /й^ часов на заседании

диссертационного совета Д.212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119071, Москва, улица Малая Калужская, дом 1.

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

Автореферат разослан « АЗ »_77_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета: доктор технических наук, профессор I— Шустов Ю.С.

АННОТАЦИЯ

В диссертационной работе разработаны методики расчета функциональной нагрузки на систему ткань-основа заправки в результате действия основных механизмов ткацкой машины: зевообразовательного, батанного механизмов, основного и товарного регуляторов.

Для расчета функциональной нагрузки заправки от зевообразовательного механизма предложена трехмассовая динамическая модель, учитывающая приведенные массы ремизок, образующие верхние и нижние ветви зева и приведенную массу скальной системы.

Для расчета функциональных нагрузок на заправку от батанного механизма и вследствие несинхронной работы основного и товарного регуляторов предложены одномассовые динамические модели по типу Кельвина-Фойгта, в которых возмущающие силы через систему ткань-основа действуют на подвижное подпружиненное* скало ткацкой машины.

Все предложенные модели учитывают геометрические, кинематические и динамические параметры заправки в указанных механизмах.

В результате решения полученных систем дифференциальных уравнений определяется натяжение основных нитей в зоне скало-ламели.

Соответствие разработанных моделей и в целом методик расчета определялось сравнением теоретических и экспериментальных значений натяжения основы. Экспериментальные исследования проводились на опытном образце скоростной пневматической ткацкой машины СТП-190.

В работе разработана классификация механизмов образования зева с ремизным движением в виде гибких звеньев - тросиков, которые используются в современных пневматических ткацких машинах, и предложена методика их системного проектирования. Данная методика позволяет определить параметры конструкции зевообразовательного механизма с учетом технологических, кинематических и динамических параметров заправки и механизма, при этом учитываются эксплуатационные требования.

Предложенные методики расчета реализуются с помощью специально разработанных пакетов прикладных программ.

Методики расчета функциональной нагрузки и натяжения основы позволяют определить их максимальное значение и соответствующий скоростной режим ткацкой машины при допускаемом уровне обрывности нитей основы.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Методики и соответствующие динамические модели расчета функциональной нагрузки на систему ткань-основа заправки в результате действия основных механизмов ткацкой машины: зевообразовательного, батанного механизмов, основного и товарного регуляторов.

2. Пакеты прикладных программ для автоматизированного расчета функциональной нагрузки натяжения основы и оптимизации технологических и

конструктивных параметров заправки и основных механизмов ткацкой машины.

3. Результаты расчетов функциональной нагрузки натяжения основы, оптимальных параметров заправки и основных механизмов при скоростном режиме 400-550 об/мин главного вала пневматической ткацкой машины.

4. Классификацию механизмов образования зева с гибкими звеньями.

5. Этапы системного проектирования и функциональные зависимости, устанавливающие взаимосвязь между технологическими параметрами заправки и конструктивными, кинематическими и динамическими параметрами механизмов образования зева пневматических ткацких машин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В связи с существующей тенденцией к значительному повышению скоростного режима ткацких машин, становится актуальным проектирование их рабочих органов, оказывающих функциональную нагрузку на систему ткань-основа заправки с допускаемым уровнем обрывности нитей основы.

Цель работы.

Целью работы является разработка методик расчета функциональной нагрузки и натяжения основы в результате действия на систему ткань-основа основных механизмов пневматической ткацкой машины: зевообразователыюго, батанного механизмов, регуляторов отпуска и натяжения основы и определения оптимальных параметров указанных механизмов и заправки.

Задачами исследования являются:

- разработка методик и динамических моделей расчета функциональной нагрузки на систему ткань-основа заправки в результате действия зевообразо-вательного, батанного механизмов, основного и товарного регуляторов пневматической ткацкой машины;

- определение математических зависимостей между технологическими, конструктивными, кинематическими и динамическими параметрами заправки и основных механизмов ткацкой машины для автоматизированной реализации указанных методик с помощью разработанного пакета прикладных программ для ПЭВМ.

- расчет функциональной нагрузки, действующей на систему ткань-основа заправки и натяжения основы в результате действия основных механизмов ткацкой машины;

- классификация механизмов образования зева с гибкими звеньями современных пневматических и гидравлических ткацких машин, которая позволит обоснованно с помощью разработанных критериев подойти к выбору конструкции данного механизма;

- план и содержание этапов системного проектирования зевообразовательно-го механизма с гибкими звеньями для пневматической ткацкой машины;

- оптимизация технологических, конструктивных, кинематических и динамических параметров заправки и основных механизмов пневматической ткацкой машины при скоростном режиме 400-550 об/мин главного вала;

- сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований натяжения основы для проверки соответствия разработанных моделей реальному процессу ткачества на скоростной пневматической ткацкой машине.

Методы и средства исследования.

Методика данного научного исследования содержит проведение теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования проводились с применением методов теории механических колебаний, теории механизмов и машин, дифференциальной геометрии, численных методов решения дифференциальных уравнений, метода оптимизации Нельдера-Мида.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры проектирования текстильных машин Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина, а также совместно кафедрой ПТМ и сотрудниками испытательной лаборатории СКБТО (г. Климовск, Московская область) на опытном образце пневматической ткацкой машины СТП-190.

При обработке экспериментальных данных применялись современные методы анализа и планирования эксперимента, использовалась современная вычислительная техника и программное обеспечение с использованием системы MathCad 2000 Professional, Microsoft Office Excel 2007, методов математической статистики, стандартных и специально разработанных программ.

Проводился сравнительный анализ экспериментальных данных с теоретическими результатами.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана методика и динамические модели расчета функциональной нагрузки на систему ткань-основа заправки в результате действия зевообразо-вательного, батанного механизмов, основного и товарного регуляторов с использованием пакета прикладных программ на ЭВМ;

- разработаны этапы системного проектирования и установлены функциональная зависимости между технологическими параметрами заправки и конструктивными, кинематическими и динамическими параметрами механизмов образования зева пневматических ткацких машин;

- определены оптимальные параметры механизма образования зева пневматической ткацкой машины СТП-190 на скоростном режиме 450об/мин главного вала;

- разработана классификация механизмов образования зева пневматических и гидравлических ткацких машин.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- предложенная методика расчета функциональной нагрузки на систему ткань-основа в результате действия зевообразовательного, батанного механизмов и основного и товарного регуляторов позволяет определить скоростной режим ткацкой машины, при котором натяжение основы не вызывает превышения допустимого уровня обрывности нитей основы;

- методика системного проектирования зевообразовательного механизма с использованием метода оптимизации Нельдера-Мида позволяет определить оптимальные параметры механизма при заданном скоростном режиме;

- классификация механизмов образования зева с гибкими звеньями способствует обоснованному с помощью разработанных критериев выбору конструкции данного механизма для струйных ткацких машин.

Апробация работы.

Основные положения работы были доложены и обсуждены на заседаниях кафедры «Проектирование текстильных машин» Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина (2006 - 2009 гг.) и на Международной научно-технической конференции «Текстиль-2005», «Тек-стиль-2007», «Текстиль-2008» (г. Москва), научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» в 2009 году (г. Москва).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, из них 3 работы в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа изложена на 170 страницах, содержит 15 таблиц, 37 рисунков и состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 45 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость результатов.

Первая глава диссертационной работы содержит анализ и обзор литературных источников по темам, связанным с рассматриваемыми в работе вопросами. Рассматривались работы по следующим направлениям:

- работы, посвященные исследованиям системы ткань-основа заправки ткацкой машины;

- работы, посвященные анализу динамических моделей механических систем;

- работы, посвященные изучению направлений проектирования основных механизмов скоростных пневматических ткацких машин;

- работы, посвященные кинематическому и динамическому анализу механизмов с гибкими звеньями.

Анализ литературы показал, что необходимо продолжить теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия заправки с рабочими органами основных механизмов ткацких машин с целью определения максимальных нагрузок на систему ткань-основа, позволяющих обеспечить оптимальный скоростной режим с допустимым уровнем обрывности нитей основы.

Аналитический обзор литературных источников подтвердил актуальность выбранной темы диссертационной работы, ее научную ценность и практическую значимость.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям по разработке методики определения технологической нагрузки зевообразовательных механизмов на систему ткань-основа пневматической ткацкой машины.

Теоретическим исследованиям предшествует сравнительный анализ кинематических схем и направлений проектирования зевообразовательных механизмов (ЗОМ), на основе которого составлена классификация ЗОМ с механизмами ремизного движения (МРД) в виде системы гибких тросиков и направляющих шкивов. Критерии классификации: 1. число шкивов к левому и правому торцам ремизки; 2. длины тросиков к соответствующим торцам; 3. направление действия пружин обратного движения ремизки; 4. расположение ведущего рычага привода ремизок; 5. наличие рычагов для стабилизации положения верхней и нижней ветвей зева.

Критерии классификации позволяли обосновать предложение по модернизации МРД ткацкой машины СТП-190 на основе схемы МРД 2521 или 2571 фирмы Штойбли (Швейцария), которая используется фирмой Зульцер (Швейцария) для установки на пневматических машинах Ь5200 и Ь5300. Данная схема МРД имеет один блок пружин обратного движения ремизок и наиболее короткие длины тросиков.

Далее в главе выполнен сравнительный анализ ЗОМ с кинематическим и силовым замыканием кулачков и роликов в приводе механизмов. Анализ показал, что силовое замыкание целесообразно только для МРД в виде гибких звеньев, преимущество которых заключается в уменьшении массы подвижных звеньев в 2,5-3 раза по сравнению с жесткими звеньями и в отсутствии зазоров в передаче движения ремизкам. Амплитуда колебаний ремизок и нитей основы в крайних положениях из-за использования пружин силового замыкания (обратного движения ремизок) равны 2,0-2,5 мм и не влияют на надежность прокладки уточной нити, так как нити основы контактируют только с поверхностью воздушного потока.

Для пневматической ткацкой машины определены размеры зева в вертикальной плоскости, проведенной через середину берда, которые оптимальны с точки зрения взаимодействия зевообразовательного, батанного механизмов и воздушного потоков. Однако существует проблема допускаемых отклонений от оптимальных условий зевообразования, которые определяются с учетом практического опыта эксплуатации соответствующей ткацкой машины.

Функциональная нагрузка механизма образования зева представляет собой усилие, передаваемое на систему ткань-основа, со стороны ремизок, приводимых в движение механизмом ремизного движения (МРД), привод которого - это кулачковый механизм с силовым замыканием кулачков и роликов пружинами обратного движения ремизок.

Задачу по определению натяжения основных нитей в процессе зевообра-зования решим, анализируя динамическую модель взаимодействия ремизок и заправки ткацкой машины.

Динамическая модель представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Динамическая модель взаимодействия ремизок и заправки ткацкой машины

Уравнения движения ремизок при симметричном зеве в соответствии с динамической моделью описывается уравнениями:

.. Б-Б- А1СУ1) • ^пргСУг) Б-Е- Д 2СУ1) ' ^п(р2{у{)

щ . у1 +-.-+----- О

и

и

А1 (Уг) = М1+У?-к

■ , ч У1

(у,) =

шкргСУа) =

У\

Уг

У1

.. • Е • ДхСуг) • 5т<р'1(у2) Б ■ Е • Д2(у2) • 5т^(у2) т2 • у2 +-:-+

к

и

= О

ДгЫ = - /1

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

(6) (7)

*т<р[(У2) = Уг

Ж+у!

*т<р'г(у2)= ./2 у1Ч+У2

тз -Уз +КУз~(У1 + Уг) + П'Уз = т1 ' Уг + т2 • у2

где гпх, т2 - массы ремизок, движущихся в верхнее и нижнее положения ветвей зева соответственно; т3 - приведенная масса скала;

Уь Уь У\ - перемещение, скорость и ускорение ремизок, движущихся в положение верхней ветви зева;

Уг>Уг>Уг~ перемещение, скорость и ускорение ремизок, движущихся в положение нижней ветви зева; 5 - площадь поперечного сечения нитей основы; Е - приведенный модуль упругости нитей основы и ткани; Д1СУ1) ■ деформация верхней передней ветви зева; Д2 (уО - деформация верхней задней ветви зева; ДоХУг) " деформация нижней передней ветви зева; Л2 (у2) - деформация нижней задней ветви зева.

Для симметричного зева: <рг - 1А угла верхний передней части зева; <р2 - V.2 угла нижней задней части зева; (рг -1/2 угла нижний передней части зева; <р2 - '/г угла верхней задней части зева; - длина передней части зева;

12 - длина нижней части зева;

13 - длина верхней части зева;

Уз, Уз, Уз- перемещение, скорость и ускорение оси скала;

к - суммарный коэффициент жесткости системы заправки;

У] - суммарный коэффициент демпфирования (вязкого сопротивления) системы

заправки.

Натяжение нитей основы, пробранных в ремизки, образующие верхний и нижний зева соответственно:

Р(У2) = ^0" + ЬУ2> 03)

где /•„, - заправочное натяжение нитей основы, пробранных в ремизки, образующее верхний и нижний зев соответственно.

Натяжение нитей основы в заправке во время зевообразования

^ = Р(У\)+Р(Уг)- 04)

Расчеты выполнялись численным методом Рунге-Кутта при следующих параметрах заправки ткацкой машины СТП-190:

(9)

(10) (И)

основа и уток №40, х/б; число нитей основы в заправке - 5320; плотность ткани по основе и утку Р0 = Ру = 28 нит/см; заправочное натяжение одной нити основы -15 сН; переплетение 1/1+1/1; ткань типа бязь; скоростной режим ткацкой машины - 400-550 об/мин главного вала; закон движения ремизок косинусоидальный без выстоя в крайних положениях.

Используя разработанную модель, была проведена оптимизация методом НельДера-Мида по следующим параметрам: коэффициент жесткости системы скала, масса скала, соотношение длин передней и задней частей зева при постоянстве их общей длины, что объясняется необходимостью сохранения габарита ткацкой машины по глубине. Скоростной режим 400-550 об/мин главного вала. Целевая функция - минимизация максимального натяжения основы во время зе-вообразования. Результаты оптимизации показали, что с повышением скоростного режима увеличивается частота колебаний скала. Функции скала как чувствительного элемента в системе управления приводом навоя нарушаются. В связи с этим, в диссертации рекомендовано проектировщикам отечественной пневматической ткацкой машины устанавливать для скала демпферы.

Третья глава посвящена разработке и реализации методики определения функциональной нагрузки от действия батанного механизма на систему ткань-основа. Динамическая модель взаимодействия берда батана и опушки ткани получена на основе модели Кельвина-Фойгта.

Силовое взаимодействие берда с нитями основы в процессе перемещения утка состоит из двух этапов:

1. движения уточной нити относительно основных, которые характеризуются минимальным увеличением натяжения основы;

2. движения уточной нити совместно с опушкой ткани, которые характеризуются максимальным увеличением натяжения основы. Начало этого движения считается началом процесса прибоя.

Принимаем, что в процессе прибоя концы основных нитей у опушки ткани кинематически связаны с бердом и скорости конца нити и зуба берда равны. Учитывая размеры прибойных полосок, закон изменения скорости можно принять линейным и деформация нитей основы при прибое определится:

К = х0 = 0,5т90 • Спр, (15)

где 190 - начальная скорость точки зуба берда, контактирующая с нитью основы; Спр - время прибоя.

Уравнение движения скала х в процессе прибоя имеет вид:

тх + х\х + кх = Р(0, (16)

где тп - приведенная масса скала; х, X - скорость и ускорение скала соответственно;

Р - возмущающая периодическая сила, вызываемая действием на заправку батанного механизма;

Г], к - суммарные коэффициенты демпфирования и жесткости системы заправки и скала.

Учитывая размеры прибойных полосок, закон изменения нагрузки можно приближенно принять линейно возрастающим:

P(t) = P±, (17)

lnp

P0 = 0,5 W0 • tnp при 0 < t < tnp (18)

Решения уравнения (16) получим в виде:

* = mPi("2+PÎ) fPl ~е~П1 C°SPl 1 + nSÎnPl' ( 19)

где Pi = pV 1 -f2; n = f • p,

p - частота собственных поперечных колебаний системы заправки; <f - безразмерный коэффициент.

Натяжение основы в процессе прибоя определяется по уравнению (20):

F(t) = F0(t) + k1(xo-x). (20)

Проведено сравнение результатов определения натяжения основы по данной методике и по методикам И.И. Мигушова и В.Н. Васильченко. Полученные результаты удовлетворительно коррелируют между собой.

Далее в'данной главе разработана методика определения натяжения основы в процессе отпуска основы с навоя и отвода ткани из рабочей зоны. Натяжение основы в данном процессе определяется по уравнению, аналогичном уравнению (20), в котором:

*0=гг; 0 < t < t0 (21)

- zt~l° ■ t < t < t О p t > <-0 — — 1Ц

"y l0

где t0 - время, за которое осуществляется отвод ткани при неподвижном навое; t4 - время совместной работы регуляторов;

х0 - изменение длины основы в заправке из-за несинхронной работы регуляторов; х - изменение длины основы в заправке в результате перемещения скала определяется с помощью уравнения, аналогичного (16), при этом форма импульса внешнего воздействия Р(£) представляет собой тупоугольный треугольник в соответствии с исследованиями, проведенными кафедрой ПТМ Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина. Как показывают расчеты, натяжение основы в процессе ткачества из-за несинхронности работы регуляторов увеличивается на 11-15% в зависимости от скоростного режима ткацкой машины.

Четвертая глава посвящена системному проектированию механизмов образования зева пневматической ткацкой машины СТП-190. Схема ЗОМ пневматической ткацкой машины СТП-190 приведена на рисунке 2. Механизм состоит из кулачка - 1, выходного рычага - 2 , передающих дисков - 3, гибких звеньев - 4, ремизной рамы - 5, держателей пружин - 6. Как видно из схемы, кулачок имеет силовое замыкание, осуществляемое пружинами - 7.

Рис. 2. Кинематическая схема ЗОМ СТП-190

Приведены этапы системного проектирования:

1. выбор технологических параметров (параметры зева, рапорт переплетения, Р Р Т ТУ

гО> *у> 'О'

2. выбор технических параметров механизма (диапазон скоростного режима; массы звеньев; максимальное усилие в паре кулачок-ролик; жесткость гибких звеньев для СТП; неравномерность вращения главного вала ткацкой машины и кулачкового вала ЗОМ; моменты от сил трения, приведенные к оси кулачкового вала в приводе ЗОМ);

3. этапы проектирования: геометрическое моделирование, кинематический, силовой и динамический анализы.

Геометрическое моделирование подразумевает определение размеров звеньев механизма с учетом расположения привода и ширины заправки, а также . синтез кулачкового механизма по заданному закону и цикловой диаграмме движения ремизок. Цикловая диаграмма рассчитывается в соответствии с рапортом переплетения вырабатываемой ткани.

В процессе геометрического моделирования получаем также графики изменения углов давления между кулачком и роликом и радиусов кривизны профиля кулачка за один оборот вала кулачка.

Кинематический анализ позволяет получить законы движения, скорости и ускорения центра масс каждого звена механизма. Особенностью данного анализа является наличие в МРД гибких тросиков, который включает задачу определения переменных координат точек касания (контактов) их с направляющими дисками (шкивами).

Силовой анализ служит для определения нагрузок, действующих на звенья и шарниры ЗОМ. Силовой анализ позволяет получить графики изменения кон-

тактных напряжений и износ кулачка и ролика в течение одного оборота кулачкового вала ЗОМ.

Динамический анализ выполняется на основе модели, приведенной на рисунке 1 и по соответствующим уравнениям. Заключительный этап системного проектирования содержит разработку эксплуатационных требований к ЗОМ, которые должны быть учтены при проектировании механизма. Анализ эксплуатационных требований осуществлен с помощью матрицы попарных корреляций между ними и факторной матрицей.

В результате системного проектирования получены геометрические размеры ЗОМ. Анализ полученных контактных напряжений за один оборот кулачкового вала при 500 об/мин показал, что условие контактной прочности выполняется. В качестве исходных данных принимались синусоидальный и косинусоидальный законы движения ремизок без выстоя в крайних положениях, переплетение 1/1+1/1, Ру = Р0 = 28 нит/см.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям системы заправки и сравнению их результатов с результатами теоретических исследований на основе разработанных моделей. Исследования проводились совместно кафедрой ПТМ МГТУ имени А.Н. Косыгина, ВНИИЛТЕКМАШем и СКБТО Климов-ского машиностроительного завода, где был изготовлен опытный образец пневматической ткацкой машины СТП-190. Заправочные параметры и скоростной режим машины приведены в главе 2.

В процессе экспериментальных исследований выполнялось:

1. одновременное определение натяжения основы в зоне скало-ламели и в зоне ремизок;

2. определение динамических параметров заправки: частоты собственных колебаний системы скала и системы ткань-основа-скало с целью расчета коэффициентов затухания указанных систем;

3. исследование вынужденных колебаний системы скала.

При проведении экспериментов использовалась стандартная тензометриче-ская и виброизмерительная аппаратура. Натяжение основных нитей измерялось упругой П-образной балочкой с тензорезисторами, включенными в полумостовую схему по стандартной методике. Натяжение одиночной нити в зоне зевообразова-ния определялось с помощью тензогалева, установленного в середине фоновых нитей на последней от ткача ремизке.

Колебание системы заправки определялось с помощью специальной тензо-балочки.

Планирование экспериментов и обработка их результатов выполнялось с помощью программы «Статистика» Excel. Различие между экспериментальными и теоретическими максимальными значениями натяжения основы составило 9,8%, между минимальными 8,7%. Такое различие объясняется прежде всего неучетом в инамической модели сил трения между нитями основы и поверхностью скала, амелями, глазками галев и зубьями берда.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Обзор научно-технической литературы и патентов показал, что для прогнозирования скоростного режима с приемлемым уровнем обрывности основных нитей современных ткацких машин необходимо разработать методики определения функциональной нагрузки основных механизмов на систему ткань-основа;

2. Разработана классификация ЗОМ с гибкими звеньями ткацких машин со струйным способом прокладки утка, что позволило определить схему МРД для ткацкой машины СТП-190;

3. Разработана трехмассовая динамическая модель взаимодействия ремизок ЗОМ с системой ткань-основа заправки ткацкой машины;

4. Разработана с использованием модели Кельвина-Фойгга модель взаимодействия берда батана с системой ткань-основа;

5. Разработана динамическая модель определения натяжения основы в результате несинхронной работы основного и товарного регуляторов;

6. Разработаны пакеты прикладных программ для реализации указанных моделей;

7. Разработана методика системного проектирования ЗОМ пневматической ткацкой машины и программный продукт для ее реализации;

8. Определены оптимальные параметры ЗОМ и заправки пневматической ткацкой машины при скоростном режиме 400-550 об/мин главного вала;

9. Отличие экспериментальных и теоретических значений натяжения основы находилось в пределах 8,7-9,8%, что показывает удовлетворительное соответствие разработанных моделей и реальных условий процесса ткачества.

Основные публикации, отражающие содержание работы:

1. В.И. Терентьев, ИДО. Казанская. Функциональная нагрузка на систему ткань-основа в процессе работы товарного и основного регуляторов// Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2009, №2с

2. В.И. Терентьев, И.Ю. Казанская. Классификация зевообразовательных механизмов с гибкими звеньями// Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2009, №3

3. Терентьев В.И., Казанская И.Ю., Белый М.А. Оптимизационный расчет параметров скальной системы скоростного ткацкого станка// Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2005). М.:МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005.

4. Терентьев В.И., Казанская И.Ю., Белый М.А. Исследование влияния зево-образовательного механизма (ЗОМ) на систему основа-ткань// Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль -2007). М.:МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007.

5. Терентьев В.И., Казанская И.Ю. Исследование и расчет влияния основного и товарного регуляторов на заправку ткацкой машины// Тезисы докладов

Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2008). М.:МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2008.

6. Терентьев В.И., Казанская И.Ю. Определение натяжения основы в процессе прибоя// Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2009). М.:МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2009.

7. Казанская И.Ю., Белый М.А. Разработка методики проектирования и программного обеспечения основных механизмов высокопроизводительных ткацких машин со струйными способами прокладки уточных нитей// Сборник научных докладов «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях». М., 2009.

8. Казанская И.Ю., Белый М.А., Терентьев В.И., Лушников C.B. Зарегистрирована программа «Системное проектирование зевообразовательного механизма скоростного пневматического станка» в Федеральном агентстве по образованию ФГНУ «Государственный координационный центр информационных технологий» Отраслевой фонд алгоритмов и программ, 2008.

9. Терентьев В.И., Казанская И.Ю., Смирнов Б.А. Новые технологии фирмы Штойбли для современного ткацкого производства// Текстильная промышленность. 2009, №11.

Подписано в печать 18.11.09 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ 371 Тираж 80 ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

Ведение.

1. Анализ технико-экономических параметров и исследований систем заправок ткацких машин.

1.1. Тенденции совершенствования современных ткацких машин.

1.2. Обзор научно-технической литературы по теме исследования.

1.3. Факторы, влияющие на натяжение и обрывность нитей основы в зоне зевообразования.

1.3.1. Определение зоны наибольшего числа обрывов основных нитей в заправке ткацкой машины.

Выводы к главе 1.

2. Методика определения функциональной нагрузки зевообра-зовательных механизмов на систему ткань-основа пневматической ткацкой машины.

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

2.2. Влияние конструкции механизма ремизного движения (МРД) на процесс зевообразования.

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

2.3.1. Влияние параметров батанного механизма на размеры зева.

2.4. Методика определения функциональной нагрузки на систему ткань-основа механизма образования зева.

Выводы к главе 2.

3. Методика определения функциональной нагрузки батанного механизма, товарного и основного регуляторов на систему ткань-основа.

3.1. Определение натяжения основы в процессе прибоя.

3.2. Определение натяжения основы в процессе отпуска основы с навоя и отвода ткани из рабочей зоны.

Выводы к главе 3.

4. Системное проектирование механизмов образования зева пневматических ткацких машин.

4.1. Этапы системного проектирования зевообразовательных механизмов.

4.2. Проектирование кулачкового привода зевообразовательного механизма ткацкой машины СТП-190.

4.3. Проектирование механизма ремизного движения, включающего гибкие звенья (тросики).

4.3.1. Определение длины и массы гибких звеньев (тросиков).

4.4. Система качества на этапе проектирования зевообразовательного механизма.

Выводы к главе 4.

5. Экспериментальное исследование системы заправки.

5.1. Методика и результаты проведения экспериментальных исследований натяжения основы.

5.2. Экспериментальное определение суммарного коэффициента вязкого сопротивления.

5.3. Проверка результатов эксперимента с помощью методов математической статистики.

Выводы к главе 5.

Число прокидок утка в минуту и соответственно производительность ткацких машин за последнее десятилетие существенно увеличились. На выставке «Инлегмаш - 2006» японская фирма Toyota сделала презентацию последней разработки пневматической ткацкой машины. При ширине заправки 180 см на ней осуществлялось 1200 прокидок утка в минуту.

Естественно, что при таких высоких скоростях возрастает напряженность процесса ткачества вследствие увеличения функционального воздействия рабочих органов зевообразовательного и батанного механизмов, товарного и основного регуляторов на систему ткань-основа заправки ткацкой машины.

В связи с этим появляется необходимость в разработке методик определения функциональной нагрузки на систему ткань-основа с учетом технологических параметров заправки и конструктивных, кинематических и динамических параметров основных механизмов ткацкой машины, которая позволит найти наиболее эффективный режим эксплуатации оборудования с учетом приемлемого уровня обрывности нитей основы.

Объектом исследования является пневматическая ткацкая машина СТП-190 разработки ВНИИЛТЕКМАШа и СКБТО (г. Климовск, Московская область). СТП-190 разработан на базе станка АТПР. Механизм прокидки утка: головные форсунки и эстафетные сопла с электронным управлением были приобретены у фирмы Те Streik (Голландия). Аналогом этого станка является станок ПАТ-190 фирмы Пиканоль (Бельгия). Ткацкая машина СТП-190 была успешно продемонстрирована на ITMA-92 в г. Ганновере (ФРГ).

Механизм привода ремизок ткацкой машины СТП-190 выполнен в 2 вариантах:

1. жесткие звенья в передаче движения ремизкам в сочетании с кинематическим замыканием кулачков и роликов в приводе зевообразовательного — механизма;

2. гибкие звенья в виде тросиков в сочетании с силовым замыканием в приводе зевообразовательного механизма.

Японские фирмы экспериментируют с карбоновыми материалами (композитами) для звеньев для изготовления механизма ремизного движения, что может существенно уменьшить их массу и реализоваться в еще один вариант механизма ремизного движения. Одновременно на Чебоксарском ОАО «Текстильмаш» (ООО «Завод текстильного оборудования») также проводятся работы по созданию пневматической ткацкой машины на базе СТБ-250 — это МТП-250 с установкой механизма прокидки утка голландской фирмы Те Streik.

Внимание отечественных разработчиков к созданию пневматической ткацкой машины объясняется ее высокой производительностью (почти на 40% выше по сравнению с ткацкой машиной СТБУ1-180) и большими ассортиментными возможностями: 4 головные форсунки на 4 утка, возможность установки скоростных ремизоподъемных кареток и машин Жаккарда, при этом эффективность пневматической ткацкой машины, определяемой коэффициентом цена-качество, повышается.

Конструкция батанного механизма, товарного и основного регуляторов аналогична конструкции данных механизмов ткацкой машины АТПР. В настоящее время в КБ ООО «Завод текстильного оборудования» (г. Чебоксары) продолжены НИОКР по созданию пневматической ткацкой машины.

Актуальность темы. С повышением рабочих скоростей современных ткацких машин возрастает нагрузка на систему ткань-основа рабочих органов зевообразовательного, батанного механизмов, товарного и основного регуляторов, которая может привести к росту обрывности основы и утка и, в результате, - к простоям оборудования. Зная технологические параметры вырабатываемой ткани, конструктивные, кинематические и динамические параметры механизмов ткацкой машины, с помощью разработанных методик можно определить оптимальный скоростной режим ткацкой машины с минимальным числом обрывов утка и основы, т.е. с максимальным КПВ.

Таким образом, разработанные методики расчета функциональной нагрузки основных механизмов на систему ткань-основа заправки позволяет определить оптимальный скоростной режим ткацкой машины.

Существенное значение имеет разработанная классификация зевообра-зовательных механизмов (ЗОМ) с гибкими звеньями, которая позволяет обоснованно подойти к выбору ЗОМ для ткацкой машины с пневматическим способом прокладки утка.

Научная новизна. В работе впервые:

- разработаны методики автоматизированного расчёта функциональной нагрузки ЗОМ, батанного механизма, товарного и основного регуляторов на систему основа-ткань в заправке ткацкой машины;

- в соответствии с разработанными методиками созданы соответствующие подпрограммы автоматизированного расчета;

- разработана 3-х массовая динамическая модель взаимодействия ЗОМ и заправки ткацкой машины;

- разработана классификация ЗОМ с гибкими звеньями;

- разработана методика оптимизации кинематических, технологических и динамических параметров заправки и основных механизмов пневматической ткацкой машины.

Полученные данные в результате оптимизации являются исходными данными для расчета кинематических и динамических параметров указанных механизмов, позволяющих минимизировать их действие на заправку ткацкой машины.

Задачи и цели исследования. Целью исследования является разработка комплексной методики определения функциональной нагрузки с учетом технологических параметров заправки и конструктивных, кинематических и динамических параметров основных механизмов ткацкой машины, которая позволит найти наиболее эффективный режим эксплуатации оборудования с минимальным уровнем обрывности основы и уточных нитей.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Разработка 3-х массовой динамической модели взаимодействия систем ткань-основа заправки с ремизной рамкой;

2. Разработка с использованием динамической модели Кельвина-Фойгта модели взаимодействия берда батана с системой ткань-основа;

3. Разработка динамической модели определения натяжения основы в результате несинхронной работы основного и товарного регуляторов;

4. Разработка пакета прикладных программ для реализации указанных моделей;

5. Разработка методики системного проектирования ЗОМ пневматического станка и программного продукта для ее реализации;

6. Проведение оптимизации входных параметров ЗОМ и заправки ткацт кой машины, которая позволит определить оптимальный скоростной режим, соотношение длин передней и задней частей зева, массы скала, жесткости пружин скала. Целевая функция оптимизации — минимум максимального натяжения основы;

7. Разработка классификации ЗОМ с гибкими звеньями. Гибкие звенья более чем на 60% снижают массу механизма ремизного движения, включающего жесткие звенья;

8. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований.

Практическая ценность.

1. Разработаны методики автоматизированного расчета функциональной нагрузки ЗОМ, батанного механизмов, товарного и основного регуляторов на систему основа-ткань в заправке ткацкой машины, которые существенно сокращают время проектирования указанных механизмов и позволяют определить оптимальный скоростной режим эксплуатации ткацкой машины;

2. В соответствии с разработанными методиками созданы соответствующие подпрограммы автоматизированного расчета;

3. Разработана 3-х массовая динамическая модель взаимодействия ЗОМ и заправки ткацкой машины;

4. Разработана классификация ЗОМ с гибкими звеньями, которая позволяет обоснованно выбрать схему ЗОМ пневматической ткацкой машины;

5. Подпрограмма системного проектирования ЗОМ пневматической ткацкой машины зарегистрирована в Федеральном агентстве по образованию ФГНУ «Государственный координационный центр информационных технологий» Отраслевой фонд алгоритмов и программ. Данная программа передана КБ ООО «Завод текстильного оборудования» для исследования в НИОКР.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обзор научно-технической литературы и патентов показал, что для прогнозирования скоростного режима с приемлемым уровнем обрывности основных нитей современных ткацких машин необходимо иметь методики определения функциональной нагрузки основных механизмов на систему ткань-основа.

2. Разработана классификация ЗОМ с гибкими звеньями ткацких машин со струйным способом прокладки утка.

3. Разработана трехмассовая динамическая модель взаимодействия ремизок ЗОМ с системой ткань-основа заправки ткацкой машины.

4. Разработана с использованием модели Кельвина-Фойгта модель взаимодействия берда батана с системой ткань-основа.

5. Разработана динамическая модель определения натяжения основы в результате несинхронной работы основного и товарного регуляторов.

6. Разработаны пакеты прикладных программ для реализации указанных моделей.

7. Разработана методика системного проектирования ЗОМ пневматической ткацкой машины и программный продукт для ее реализации.

8. Определены оптимальные параметры ЗОМ и заправки пневматической ткацкой машины при скоростном режиме 400-550 об/мин главного вала.

9. Полученное отличие экспериментальных и теоретических значений натяжения основы находилось в пределах 8,7-9,8%, что показывает удовлетворительное соответствие разработанных моделей и реальных условий процесса ткачества.

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

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

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

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

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

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

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

8. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. Л. -1976.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

20. Мартынов И.А., Мещеряков А.В., Корнев Б.И. Динамика приводов ткацких машин М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. - 2002. - с. 352.

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

22. Мигушов И.И. Обобщенная теория и основные вопросы приложений механики текстильной нити и ткани. Докт. дисс. М. - 1981. с. - 396.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

36. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение. 1985. - с. 472.

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

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

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

40. Dolecki S.K. The causes of warp breaks in the weaving of spun yarns // I. Text. Jnst., Trans. 1974. - № 2. - c. 68-74.44.1ederan M., Petroczy A. Lancfonal igenybevetel vizsgalatok SZTB szovoge-peren. // Mag. Textiltech. 1979. - №3. - c. 105-108.

41. Katunskisz I.A. Lancfeszulsteg es lancadacolas matematikai modellje SzTB szovogipen. //Mag. Text 1981. -№5-6. - c. 313-315.