автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование и совершенствование скальных систем ткацких машин

На правах рукописи

У

V" АЛИМОВА

Елена Вячеславовна

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СКАЛЬНЫХ СИСТЕМ ТКАЦКИХ МАШИН

Специальность - 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая

промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004 г.

Работа выполнена на кафедре проектирования текстильных машин Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор В.И. Терентьев

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор С. С. Юхин

кандидат технических наук А. В. Григорьев

Ведущая организация: Российский заочный

институт текстильной и легкой промышленности.

Защита состоится «_»_2004 года в_часов на заседании диссертационного совета Д212.139.02 в Московском государственном текстильном университете им. А.Н. Косыгина по адресу: 119991, г. Москва, ул. Малая Калужская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета им. А.Н. Косыгина.

Автореферат разослан «_» сентября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук профессор

Л.А. Кудрявин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Качество вырабатываемой ткани находится в существенной зависимости от физико-механических параметров упругой системы заправки в процессе тканеформирования. Важнейшим параметром, характеризующим состояние упругой заправки, является натяжение основных нитей. На ткацких машинах исключительно важно стабилизировать натяжение нитей основы в течение всего времени срабатывания навоя по ширине заправки ткацкой машины, а также в пределах каждого цикла зевообразования и прибоя утка к опушке ткани.

Характерной особенностью ткацких машин СТБ является то, что основа поступает в зону тканеформирования через систему скало, имеющую натяжное подпружиненное скало большой инерционной массы (60 - 100 кг и более в зависимости от ширины заправки). В процессе ткачества скало с такой массой, в результате внешних воздействий при зевообразовании и прибое утка, колеблется со смещением по фазе колебания в пределах одного оборота главного вала и не выполняет полностью своих функций по управлению приводом навоя.

В данной диссертационной работе поставлена задача исследования и совершенствования скальных систем применительно к отечественным ткацким машинам СТБ с малогабаритными прокладчиками утка производства ОАО «Текстильмаш» (г. Чебоксары), учитывая, что фирма «Зульцер» (Швейцария) -производитель аналогичных ткацких машин_в структуре механизмов отпуска и натяжения основы использует малоинерционную скальную систему.

Малоинерционная скальная система обеспечивает более равномерный отпуск основных нитей, снижение обрывности, устраняет мшение, повышает качество структуры ткани, частично устраняет условия возникновения пусковых полос.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с основными направлениями научных исследований кафедры проектирования текстильных машин Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина в плане единого заказ - наряда Минобразования России по госбюджетной теме №03 -838 - 2 1.

Целью работы является разработка методики проектирования и совершенствования скальной системы, которая позволяет определить ее массу, геометрические параметры скала, жесткость упругих элементов, координаты установки относительно конструктивно-заправочной линии. Разработанная методика проектирования скальной системы позволяет сократить время проектирования скоростной ткацкой машины СТБ и повысить эффективность ее работы.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1) выявить на основе анализа существующих конструкций систем скал и патентных материалов основные критерии, которые позволили разработать классификацию скальных систем. Классификация дает возможность обоснованного выбора скальной системы для различных видов ткацких машин с учетом линейной плотности вырабатываемых тканей по основе и утку;

2) разработать методики экспериментальных исследований натяжения нитей основы, динамических и кинематических параметров скальной системы, провести анализ результатов исследований;

3) разработать методики расчета динамических и кинематических параметров скальной системы с учетом влияния конструктивно-заправочной линии;

4) разработать методики исследования фрикционного взаимодействия между нитями основы и поверхностью скала, по определению величины длины дуги циклического скольжения для ткацких машин типа СТБ различных модификаций с учетом того, что циклическое скольжение может являться одной из причин разомшенности основы, изменения разрывной прочности основы и обрывности в зоне скало - ламели;

5) разработать пакет прикладных программ автоматизированного расчета и проектирования скальных систем современных ткацких машин;

6) реализовать указанные методики с использованием пакета автоматизированного расчета и проектирования на примере определения параметров малоинерционной скальной системы для ткацкой машины СТБУ1-180.

Методы исследования. При выполнении экспериментальной части диссертационной работы были использованы методы тензометрии.

При планировании эксперимента и обработке экспериментальных исследований использованы методы моделирования, теории вероятности и математической статистики.

Научная новизна работы.

Заключается:

• в разработке классификации скальных систем с учетом их функционального назначения, технологических и конструктивных особенностей;

• в разработке методик исследования, расчета и проектирования скальной системы на примере ткацкой машины типа СТБ:

- методики исследования фрикционного взаимодействия скала и нитей основы;

- методики расчета оптимальной установки легкого качающегося скала;

- методики определения зависимости натяжения основы от угла охвата и угла качания скала и положения оси качания подскального рычага;

- методики аналитического расчета динамических параметров скальной системы скоростной ткацкой машины с учетом геометрических и динамических характеристик схемы заправки.

Практическая значимость результатов. Разработанные методики исследований, расчета и проектирования скальных систем с использованием пакета прикладных программ позволяют определять динамические и кинематические параметры скальных систем в зависимости от параметров вырабатываемой ткани, параметров конструктивно-заправочной линии и скоростного режима ткацкой машины.

Разработанная классификация позволяет обоснованно определить конструктору тип скальной системы и определить направления развития конструкций скальных систем, наиболее перспективным из которых является создание скальной системы с комбинированным управлением привода навоя, при проек-

тировании ткацкой машины с учетом ассортимента вырабатываемых тканей в условиях КБ машиностроительного завода.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности "(Текстиль - 2003), Москва, 2003, научно-практической конференции аспирантов МГТУ имени А.Н. Косыгина на иностранных языках, Москва, 2002.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 2 тезисов докладов на научных конференциях.

Структура и объем работы. Работа содержит введение, четыре главы с выводами, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 210 страницах, содержит 39 таблиц, 74 рисунка.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, определены методы исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе был проведен анализ научно-исследовательских работ, посвященных исследованию скальных систем, как важнейшего элемента механизмов отпуска и натяжения основы, который показал:

1. Не выявлены и не рассмотрены критерии исследования и проектирования скальных систем.

1.1. Определение диаметров скал с целью минимизации угла скольжения нитей основы на поверхности скал.

1.2. Определение динамических параметров скал с учетом упруго-вязкой характеристики конструктивно-заправочной линии.

1.3. Определение координат подскального рычага подвижного скала с целью передачи максимального управляющего воздействия на привод навоя и минимизация натяжения основы в процессе ткачества.

2. Не разработана классификация скальных систем с учетом их конструктивных особенностей и функционального назначения на основе современной научно-технической литературы и реальных конструкций.

3. Не разработаны методика и автоматизированная система проектирования скальных систем, учитывающая вышеуказанные критерии.

4. Не разработана методика экспериментального анализа и сравнения с полученными теоретическими значениями непосредственно скальных систем как важнейшего элемента механизмов отпуска и натяжения основы.

Был проведен сравнительный анализ ткацких машин по общепринятым удельным показателям и сделан вывод, что достижение максимальных конкурентных возможностей при выработке тканей мелкоузорчатых переплетений возможно при установке в ткацком производстве ткацких машин с различными способами прокладки утка, которые позволяют сочетать их отдельные технологические и конструктивные преимущества.

Анализ схем механизмов отпуска и натяжения основы скоростных ткацких машин показал, что наиболее эффективное управление приводом навоя достигается при суммировании управляющих сигналов от механизмов скала и щупа, контролирующего диаметр навивки нитей основы на навое.

Во второй главе на основе анализа научно-технической литературы и реальных конструкций современных ткацких машин разработана классификация скальных систем с учетом их назначения, технологических и конструктивных особенностей. Данная классификация разработана: по типу привода, по типу опор, по числу скал и их функциональному назначению, по типу устройства для уменьшения забоин и недосек, по расположению опоры, по способу передачи сигнала на движение навоя, по характеру взаимодействия нитей основы с поверхностью скала, по характеру отпуска нитей основы с навоя на систему скала (рис. 1).

По конструкции скала бывают с неподвижной и подвижной осью. Последние часто называются подвижными (качающимися) скалами относительно опоры подскального рычага. Скала с неподвижной осью могут быть вращающимися и неподвижными.

По типу привода. Скала подразделяются следующим образом: скала, подскальный рычаг которых имеет кулачковый или 4-звенный привод, подвижные подпружиненные скала и комбинированные скала. Наиболее эффективно применение пружин кручения.

По типу опор скала. На большинстве современных ткацких машин в качестве опор скала используются подшипники качения, которые существенно повышают чувствительность скала, уменьшая момент трения и незначительно изменяя натяжение основы непосредственно после ее отпуска. В качестве опор скала также могут быть использованы подшипники скольжения. Скала могут опираться на несколько подшипников качения или скольжения, что существенно повышает их жесткость.

По числу скал и их функциональному назначению. Системы скала могут конструктивно включать в себя одно и более скал. Каждое из скал в системе выполняет определенную функцию.

Системы с одним скало рекомендуется применять для ткацких машин, вырабатывающих легкие ткани с минимальной плотностью по утку и по основе. Для выработки тяжелых тканей применяются системы, в состав которых входят два и более скал.

По типу устройства для уменьшения забоин и недосек на ткани. Для устранения забоин и недосек, образующихся из-за разности натяжения основы при пуске (останове) станка и при установившемся движении, в основном используют два типа систем скала: с фиксацией или торможением опор скала в момент пуска или останова станка и с принудительным перемещением скала для увеличения натяжения основы до натяжения при установившемся движении.

Рис. 1. Классификация скальных систем.

По расположению опоры. Опоры скала могут устанавливаться выше, ниже и на уровне линии заступа. Колебательное движение скала может осуществляться по разным направлениям и разными способами: колебание в горизонтальной плоскости, в вертикальной плоскости и в обеих плоскостях; возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости, колебание в наклонной плоскости.

По способу передачи сигнала на движение навоя. Для подачи и отпуска основы используются механизмы отпуска основы и автоматические системы. Механизмы отпуска основы поддерживают заправочное натяжение в заданных пределах лишь при участии человека. Механические передачи могут быть ку-лачково-рычажными и вариаторными. Автоматические системы делятся на разомкнутые, замкнутые и комбинированные.

Выполнены аналитические исследования натяжения основы в зоне подвижного и неподвижного относительно оси подскального рычага скала, при трех вариантах взаимодействия: скорость нитей основы больше или меньше, чем скорость скала; относительное равновесие нитей основы на поверхности скала. Исследование показало, что в процессе ткачества происходит относительное движение нитей основы и поверхности скала, что приводит к их фрикционному взаимодействию.

Разработана методика исследования фрикционного взаимодействия скала и нитей основы. Было установлено, что циклическое скольжение является одной из причин разомшенности основы, изменения ее разрывной прочности и обрывности в зоне скало - ламели.

Получено выражение для определения средней величины дуги циклического скольжения

Д/

2Р 1,1-pJ'

(1)

где

Л« -радиус скала; Р - коэффициент трения скольжения нитей основы по поверхности скала; р - отношение динамической составляющей натяжения к среднему натяжению нитей основы, определяется экспериментально. Из анализа формулы (1) следует, что для уменьшения длины дуги А/ циклического скольжения необходимо уменьшать радиус Лск скала, или отношение

Наиболее целесообразным для уменьшения Al является снижение отноше-р

ния -ф либо повышение среднего натяжения заправки F, либо уменьшение ди-F

намической составляющей

Анализ существующих систем навой — скало как систем автоматического регулирования показал, что при активном отпуске основы с использованием скала стабилизация натяжения основы по мере изменения диаметра навоя происходит быстрее за счет динамических параметров скала, являющегося колебательным элементом САР. Оптимизация динамических параметров скал позволяет минимизировать амплитуду колебаний натяжения основы относительно его заправочного натяжения.

В третьей главе разработана методика расчета оптимальной установки легкого качающегося скала, которая позволила определить угла а настройки подскального рычага относительно вертикали.

Методика сводится к определению угла чувствительности подскального рычага легкого качающегося скала. Расчетная схема скальной системы представлена на рис. 2, где х0у - принятая прямоугольная система координат, а -угол наклона легкого качающегося скала 1 относительно оси ординат 0у. Текущие координаты точки В (ХвУв)

xb=XA+ABS in а;

Ув=Ул + АВ cosa, (2)

где (ХатУа) - координаты точки А, центра качания подскального рычага 2;

АВ—длина подскального рычага. Уравнения (3) окружностей с центрами в точках В(хв,ув), C(xcJ>c) и радиусами соответственно Г\ И г% будут иметь вид:

(X-Xsf + (y-y8y = (r,)2,

(х - хс)2 + (у-ycf = (о)2- (3)

Далее определим координаты точек М(хмум) - точки контакта нитей основы с поверхностью направляющего неподвижного скала 3 и - точки контакта нитей основы с поверхностью легкого качающегося скала 1.

Рис. 2. Расчетная схема скальной системы скоростной ткацкой машины СТБУ1-180.

Переходим к определению координат точки К(хкук). Уравнения прямых ВКиЕК:

ВК: у = к[Х + Ь\; ув=к1хв+ЬЛ

Ук=Кх к+ЭД

отсюда:

К =

-Уь-Ук .

ЕК:

отсюда:

Ь\=уъ-к1ХЪ\

Ук=Кхк+Ьг уЕ=к7хс+Ь2

-УК-УЕ,

Хг

Ь2=УЕ-к2ХЕ-

Так как прямые ВК и ЕК взаимно перпендикулярны, то угловые коэффициенты должны удовлетворять условию:

1

или

Кроме того,

Уш-Ук- ХК~ХЕ Хв-*К ук-у£'

(хк-хв)2 + (ук-ув)2 = (гх)\

т.е.

У К = У В +№У-{хк-хйУ

Получаем систему уравнений (4) которая позволяет определить координаты точки К(Хкук):

(4)

Определяем угол охвата нитью основы легкого качающегося скала с радиу-

Г>

сом Г1, т.е. угол <р = ¿.ИВК. Предварительно определим длину дуги Б^ЙК

(5)

Пусть натяжение ведущей ветви основы 4 составляет F\ (рис. 2). Тогда натяжение ¥2 ведомой ветви определится выражением (6)

* ■} — 9

(6)

где /- коэффициент трения нити основы по цилиндрической поверхности легкого качающегося скало;

- угол охвата нитями основы цилиндрической поверхности легкого качающегося скала.

Определяем равнодействующую силу R действующих усилий натяжения ведущей и ведомой ветвей F1 и F2.

Равнодействующая R сил натяжения основы относительно оси качания -точки А создает переменный момент, так как плечо действия АН равнодействующей является переменной величиной. Определяем АН.

Момент Л/,ф, возникающий при действии равнодействующей натяжения основы относительно оси, проходящей через точку А,

М^=Я-АН. (7)

Оптимизация угла а должна осуществляется по максимальному значению поскольку от зависит точность передачи на привод ткацкого навоя сигнала, преобразуемого, например, пьезодатчиком, установленным относительно рычагов скальной системы.

Оптимальный угол настройки легкого качающегося скала на скоростных ткацких машинах СТБУ1-180 относительно вертикали составляет 45° при координатах осей рычага легкого скала и направляющего скала )'а=115 мм и Хс = -120 мм, что соответствует М1Ц,пах= 1455,6 сН-мм.

Разработана методика определения зависимости натяжения основы от угла охвата и угла качания скала и положения оси качания подскального рычага. Сделан вывод, что при угле охвата нитями основы скала скальная сис-

тема незначительно влияет на изменение натяжения основы (не более 1% от номинального значения).

В главе четыре разработана методика аналитического расчета динамических параметров скальной системы скоростной ткацкой машины с учетом геометрических и динамических характеристик системы заправки.

Скальная система в процессе ткачества находится в постоянном взаимодействии с системой заправки ткацкой машины. Динамическую модель заправки ткацкой машины представим в виде системы колебаний массы т скала (рис. 3), в которой упругие свойства основы и ткани характеризуются суммарным коэффициентом жесткости к\, а вязкие - суммарным коэффициентом вязкого сопротивления Далее использованы обозначения:

Т|2 - коэффициент вязкого сопротивления системы скала, полученный экспериментально на незаправленной ткацкой машине; - коэффициент жесткости пружин скала. Натяжение нитей в процессе ткачества выразим уравнением:

ПО^оО + ^о-х), (8)

где - заправочное натяжение основы;

- изменение длины основы в заправке ткацкой машины, являющееся следствием воздействия периодических возмущающих сил, характеризующих работу зевообразовательного (ЗОМ), батанного, товарного механизмов и механизма отпуска и натяжения основы;

х - изменение длины основы в системе заправки ткацкой машины вследствие перемещения скала в процессе ткачества.

Разность выражает деформацию нитей основы в процессе ткачества,

и позволяет определить динамическую составляющую натяжения нитей основы:

Уравнение движения системы скала имеет вид:

тх+цх+кх = ^.Р(0, (9)

где х - перемещение скала в результате воздействия на заправку ЗОМ, батанного, товарного механизмов и механизма отпуска и натяжения основы;

- ускорение и скорость скала соответственно; т - масса системы скала, приведенная к оси скала;

Ч=П,+1Ь (10)

где - суммарный коэффициент вязкого сопротивления (затухания) основы, ткани и системы скала;

к = к)+к2, (11)

где к - суммарный коэффициент жесткости основы, ткани и системы скала.

где - периодическая возмущающая сила, вызываемая действием на за-

правку ЗОМ;

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

р3(0 - периодическая возмущающая сила, действующая на заправку в результате рассогласования периодов работы товарного механизма и механизма отпуска и натяжения основы.

Наибольшее деформационное "Т""""""Т" воздействие на систему заправки по

величине и длительности действия оказывает механизм образования зева. Поэтому далее учитывалась только периодическая возмущающая сила вызываемая действием на заправку ЗОМ.

Для скоростных ткацких машин с шириной заправки до 200 - 220 см рекомендуется и принимается коси-нусоидальный закон движения ремизок без их выстоя в крайних положениях. Отсюда:

Ж

Рис. 3. Динамическая модель систе мы заправки ткацкой машины.

где

А = -к

»

где йщщ - высота зева;

/| - расстояние от опушки ткани до ремизной рамы; ¡2 - расстояние от разделительного прутка до ремизной рамы; <р - угол поворота главного вала ткацкой машины. Тогда уравнение (9) имеет вид:

т х+ т} х+ кх = ——(1 - соб ю /).

Перемещение х массы т получим из уравнения (16)

(13)

(14)

(15)

р - круговая частота собственных поперечных колебаний системы заправки ткацкой машины;

£ - безразмерный коэффициент затухания, колебаний; - число оборотов главного вала ткацкой машины.

Таким образом, с помощью уравнения (16) можно определить изменение длины основы в системе заправки вследствие перемещения скала х за малый цикл работы ткацкой машины, равный одному обороту главного вала. Такое допущение можно принять с учетом малых перемещений скала в течение указанного цикла.

Изменение длины Хо основы в системе заправки ткацкой машины за то же период времени имеет вид

(17)

С целью минимизации динамической составляющей натяжения основы в процессе ткачества поставлена задача - определить оптимальные параметры системы скала и системы ткань - основа.

Задача оптимизации в данном случае сводится к определению таких параметров при которых динамическая составляющая

Оптимизация проведена с помощью метода Нельдера Мида. В результате расчетов скальной системы машины СТБУ1-180 получены следующие динамические параметры: т = 9 кг, кг = 33 • 103 Н/м, игя.в = 400 об/мин.

Разработана методика экспериментальных исследований скальной системы и системы заправки скоростной ткацкой машины на примере машины СТБУ1-180.

Проанализированы результаты экспериментальных исследований ткацкой машины СТБУ1-180 с тремя вариантами скальной системы (серийной; модернизированной; вновь спроектированной) и установлено следующее:

1) обрывность нитей основы на ткацкой машине с предлагаемой скальной системой снизилась по сравнению с серийной с 13 до 2 случаев на 10000 уточин;

2) максимальное натяжение основных нитей на работающей ткацкой машине с легким натяжным скалом и серийным направляющим скалом в зоне рабочее скало - ламели увеличилось на 25 сН по сравнению с серийной скальной системой, а натяжение основных нитей с новой скальной системой (усиленное направляющее скало и легкое натяжное скало) не изменилось по сравнению с серийной скальной системой;

3) при установке усиленного направляющего скала его прогиб уменьшается на 1,07 мм при выстое ткацкой машины и на 0,82 мм при ее работе;

4) с установкой новой скальной системы снизилась обрывность основных нитей, инерционность скальной системы за счет уменьшения массы легкого натяжного скала;

5) новая скальная система способствует снижению вибрации и уровня шума вследствие уменьшения амплитуды колебания скала с уменьшенной массой;

6) новая скальная система уменьшает мшение основных нитей.

^-■^■О-СОБр).

Общие выводы

1. Проведенный обзор научно-технической литературы показал, что в выполненных работах не сформулированы критерии исследования и проектирования скальных систем современных высокопроизводительных ткацких машин.

2. На основе анализа научно-технической литературы и реальных конструкций современных ткацких машин разработана классификация скальных систем с учетом их назначения, технологических и конструктивных особенностей.

3. Выполнены аналитические исследования натяжения основы в зоне подвижного и неподвижного относительно оси подскального рычага скала. Исследование показало, что в процессе ткачества происходит относительное движение нитей основы и поверхности скала, что приводит к их фрикционному взаимодействию. На основе этого разработана методика исследования фрикционного взаимодействия скала и нитей основы. Для конкретных значений, соответствующих условиям работы серийной ткацкой машины СТБУ1-180, определена длина дуги циклического скольжения при набегании основы на поверхность скала: ДI = 68,9 мм. Для СТБУ1-180 с легким качающимся скалом Al =21,7 мм, что позволяет рекомендовать его по данному критерию к широкому внедрению.

4. Разработана методика расчета оптимальной установки легкого качающегося скала. Данная методика позволяет определить угла а настройки подскаль-ного рычага относительно вертикали. Для современных скоростных ткацких машин СТБУ1-180 а =45°.

5. Разработана методика определения зависимости натяжения основы от угла охвата и угла качания скала и положения оси качания подскального рычага. Сделан вывод, что при угле охвата нитями основы скала <р < 90° скальная система незначительно влияет на изменение натяжения основы (не более 1% от номинального значения).

6. Разработана методика аналитического расчета динамических параметров скальной системы скоростной ткацкой машины с учетом геометрических и динамических характеристик системы заправки. Для ткацкой машины СТБУ1-180: m = 4,4 - 9,0 кг, к2 = 23-10' - 33 • 103Н/м, игав = 360-400 об/мин.

7. Разработаны программы автоматизированного расчета и оптимизации координат (угла наклона), определяющих положение оси подскального рычага легкого качающегося скала, и оптимизации динамических параметров скальной системы.

8. Разработана методика экспериментальных исследований скальной системы и системы заправки скоростной ткацкой машины на примере машины СТБУ1-180. Проанализированы результаты экспериментальных исследований ткацкой машины СТБУ1-180 с тремя вариантами скальной системы (серийной; модернизированной; вновь спроектированной). Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученное в результате анализа соответствующих графиков и осциллограмм изменения натяжения основы в процессе ткачества, показало их полную адекватность. Различие между максимальными значениями натяжения основы составило - 11,6%, между минималь-ными-11,3%.

Основное содержание диссертационной работы Алимовой Е.В. отражено в следующих публикациях:

1. Терентьев В.И., Алимова Е.В., Лазарева Г.Е. Анализ скальных систем ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2003.-№6.-с. 37-40.

2. Терентьев В.И., Алимова Е.В. СТБ конкурирует с Sultex // Текстильная промышленность. - 2003. - №6. - с. 57.

3. Терентьев В.И., Алимова Е.В. Фрикционное взаимодействие в системах основа - скало и ткань - вальян // Сборник научных трудов аспирантов МГТУ им. А.Н. Косыгина. - 2003. - №7. - с. 97-103.

4. Терентьев В.И., Алимова Е.В. Выбор скальной системы ткацкой машины // Вестник ДИТУД. - 2003. - №3(17). - с. 63-67.

5. Терентьев В.И., Алимова Е.В. Проектирование скальных систем ткацких машин // Всеросс. научно-техническая конф.: Тез. докл. - М., 2003. - с. 128— 129.

6. Денисенко Н.А., Алимова Е.В. Investigation of the mechanisms regulation of relaxation and tension a warp of the shuttleless weaving machines of STB // Научно-практическая конф. аспирантов университета на иностранных языках: Тез. докл. - М., 2002. - с. 15-16.

р 1628)

ИД №01809 от 17.05.2000

Подписано в печать 16.09.04 Сдано в производство 16.09.04 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Уч.-издл. 0,75 Заказ 380 Тираж 80

Электронный набор МГТУ, 119991, ул. Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ технико-технологических характеристик современных ткацких машин и исследований их скальных систем.

1.1. Обзор научно-технической литературы в области исследования систем скал как важнейшего элемента в структуре механизмов отпуска и натяжения основы.

1.2. Сравнительный анализ ткацких машин с различными способами прокладки уточных нитей.

1.2.1. Сравнительный анализ ткацких машин по их производительности

1.2.2. Анализ универсальности ткацких машин.

1.2.3. Анализ затрат на оборудование и производственную площадь.

1.2.4. Сравнительный анализ ткацких машин.

1.3. Скальные системы современных ткацких машин.

Выводы к главе 1.

2. Классификация и анализ скальных систем.

2.1. Классификация скальных систем.

2.2. Исследование натяжения основы в зоне скала.

2.3. Исследование фрикционного взаимодействия скала и нитей основы.

2.4. Анализ системы навой - скало как системы автоматического регулирования.

Выводы к главе 2.

3. Определение оптимального положения скала в схеме заправки ткацкой машины.

3.1. Методика расчета оптимальной установки легкого качающегося скала.

3.2. Методика определения зависимости натяжения основы от угла охвата и угла качания скала и положения оси качания подскального рычага.

3.3. Разработка и описание программы по определению оптимальных координат оси подскального рычага ткацкой машины СТБУ1-180.

Выводы к главе 3.

4. Разработка методики расчета динамических параметров скальной системы скоростной ткацкой машины.

4.1. Методика аналитического расчета динамических параметров скальной системы.

4.2. Разработка и описание программы по определению оптимальных параметров скальной системы ткацкой машины СТБУ1-180.

4.3. Экспериментальное исследование скальной системы и системы заправки ткацкой машины СТБУ1-180.

4.3.1. Методика проведения экспериментальных исследований.

4.3.2. Обработка результатов экспериментальных исследований.

4.3.3. Экспериментальное определение суммарного коэффициента вязкого сопротивления.

4.3.4. Проверка результатов эксперимента с помощью методов математической статистики.

Выводы к главе 4.

Развитие конструкции ткацких машин определяется высокими запросами текстильного рынка, среди которых решающую роль играют разнообразие ассортимента, максимально возможное качество, а иногда соответствие продукции узкоспецефическим требованиями.

Основным производителем оборудования для ткацкого производства в РФ является ОАО «Текстильмаш» (г. Чебоксары) - ткацкие машины СТБ с малогабаритными прокладчиками утка (МТМ).

Как показали последние международные выставки ИТМА 99 в Париже и ИТМА 2003 в Бирмингеме, серьезную конкуренцию МТМ составляют ра-пирные (РТМ), пневматические (111М) и многозевные (ТММ) ткацкие машины.

Однако благодаря технологической гибкости МТМ, возможности и способности вырабатывать несколько полотен шириной от 40 до 540 см, их доля в общем парке ткацких машин РФ увеличивается, о чем свидетельствует анализ деятельности текстильной промышленности РФ за 2003 г. В 2003 г. по сравнению с 2002 г. производство хлопчатобумажных и льняных тканей выросло соответственно на 5,7 и 12% [51].

Прогноз темпов роста производства тканей в 2003 - 2005 гг.

Ткани 2003 г. в % к 2004 г. в % к 2005 г. в % к

2002 г. (оценка) 2003 г. (прогноз) 2004 г. (прогноз)

Всего 107,0 109,0 111,5

В том числе:

Хлопчатобумажные 105,7 107,5 108,0

Льняные 112,0 113,0 114,5

Шерстяные 91,3 92,0 93,0

Шелковые 98,3 99,5 100,0

Машиностроительные предприятия нашей страны должны производить ткацкие машины на уровне мировых стандартов, т.е. имеющие высокие производительность, надежность в эксплуатации, а также вырабатывающие требуемое количество тканей, что позволит повысить конкурентоспособность текстильного производства РФ на международном рынке, увеличить объем экспорта ткацких машин и валютный бюджет страны [40].

Актуальность темы. Современные бесчелночные ткацкие машины типа СТБ (аналог фирмы «Зульцер») имеют частоту вращения главного вала 400 мин"1, а иногда и выше в зависимости от напряженности ткачества (поверхностной плотности ткани):

400 - 420 г/м2 — 300 мин*1 420 - 450 г/м2 — 280 мин*1 450-460 г/м2-260 мин*1 более 460 г/м2 - 220 мин*1.

В этих условиях особенно актуальны уменьшение обрывности основных и уточных нитей, повышение качества вырабатываемой ткани.

Качество вырабатываемой ткани находится в существенной зависимости от физико-механических параметров упругой системы заправки в процессе тканеформирования. Важнейшим параметром, характеризующим состояние упругой заправки, является натяжение основных нитей. На ткацких машинах исключительно важно стабилизировать натяжение нитей основы в течение всего времени срабатывания навоя по ширине заправки, а также в пределах каждого цикла зевообразования и прибоя утка к опушке ткани.

Характерной особенностью ткацких машин СТБ является то, что основа поступает в зону тканеформирования через систему скала, имеющую натяжное подпружиненное скало большой инерционной массы (60 - 100 кг и более в зависимости от ширины заправки). В процессе ткачества скало с такой массой в результате внешних воздействий при зевообразовании и прибое утка колеблется со смещением по фазе колебания в пределах одного оборота главного вала. Прибой утка бердом и колебание натяжного скала происходят несинхронно.

В результате после очередного останова ткацкой машины скало осуществляет некоторый запоздалый поворот в направлении перемещения основных нитей, тем самым создавая дополнительное условие для некоторого смещения опушки ткани в сторону вальяна.

При очередном пуске ткацкой машины на ткани появляется пусковая полоса, что приводит к выработке несортной ткани. Большая масса натяжного скало в колебательном процессе вызывает дополнительные силы инерции, действующие на нити основы, и значительно увеличивая при этом амплитуду колебания натяжения нитей основы, способствует повышению обрывности нитей основы.

В настоящее время отечественные ткацкие машины в основном снабжены механическими регуляторами отпуска нитей основы периодического действия. Указанные регуляторы не обеспечивают равномерный отпуск нитей основы в течение полного срабатывания навоя.

К концу срабатывания навоя заправочное натяжение нитей основы увеличивается на 30 - 38 % от первоначально заданного значения. При частоте вращения главного вала ткацкой машины свыше 250 мин"1 от перегрева рабочих поверхностей фрикционных полумуфт и последующего попадания смазочного материала на поверхность фрикционного материала происходит неравномерный отпуск нитей основы с навоя, что приводит к появлению на ткани забоин и недосек. При этом нарушаются физико-механические характеристики вырабатываемой ткани.

На физико-механические характеристики тканей при выработке их на ткацких машинах с секционными навоями дополнительно влияет неравномерный сход нитей основы в конце срабатывания секций навоя.

Влияние системы скала на характер изменения натяжения нитей основы, а также на устранение пусковых полос на ткани и на уменьшение угаров при сходе основы с секционного навоя изучены недостаточно или вовсе не затрагивались, исследователями.

В данной диссертационной работе поставлена задача исследования и совершенствования скальных систем отечественных ткацких машин СТБ с малогабаритными прокладчиками утка производства ОАО «Текстильмаш» г. Чебоксары), с учетом того, что фирма «Зульцер» (Швейцария) - производитель аналогичных ткацких машин в электромеханических механизмах отпуска и натяжения основы использует малоинерционную скальную систему. Она обеспечивает более равномерный отпуск основных нитей, снижение обрывности, устраняет мшение, повышает качество структуры ткани, частично устраняет условия возникновения пусковых полос.

Научная новизна работы. Разработана методика исследования, расчета и проектирования скальной системы на примере ткацкой машины СТБ с малогабаритными прокладчиками утка.

Задачи и цель исследования. Задачей исследования является стабилизация и минимизация натяжения нитей основы в процессе ткачества вследствие улучшения характеристик скальной системы, определяемых ее динамическими параметрами.

Конкретной целью исследования является разработка методики проектирования и совершенствования скальной системы, которая позволяет определить ее массу, геометрические параметры скала, жесткость упругих элементов, координаты установки относительно конструктивно-заправочной линии. Разработанная методика проектирования скальной системы позволяет сократить время проектирования скоростной ткацкой машины СТБ и повысить эффективность ее работы.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1) выявление на основе анализа существующих конструкций систем скал и патентных материалов основных критериев, которые позволяют разработать классификацию скальных систем. Классификация дает возможность обоснованного выбора скальной системы для различных видов ткацких машин с учетом линейной плотности вырабатываемых тканей по основе и утку;

2) разработка методик экспериментальных исследований натяжения нитей основы, динамических и кинематических параметров скальной системы, анализ результатов исследований;

3) разработка методики расчета динамических и кинематических параметров скальной системы с учетом влияния конструктивно-заправочной линии;

4) разработка методики исследования фрикционного взаимодействия между нитями основы и поверхностью скала, по определению величины длины дуги циклического скольжения для ткацких машин типа СТБ различных модификаций с учетом того, что циклическое скольжение может являться одной из причин разомшенности основы, изменения разрывной прочности основы и обрывности в зоне скало — ламели.

Для уменьшения длины дуги циклического скольжения необходимо определить оптимальный радиус скала и снизить отношение динамической составляющей натяжения нитей основы к статическому натяжению;

5) разработка пакета прикладных программ автоматизированного расчета и проектирования скальных систем современных ткацких машин;

6) реализация указанных методик с использованием пакета автоматизированного расчета и проектирования на примере определения параметров малоинерционной скальной системы для ткацкой машины СТБУ1-180.

Практическая ценность работы. Разработанные методики исследований, расчета и проектирования скальных систем с использованием пакета прикладных программ позволяют определять динамические и кинематические параметры скальных систем в зависимости от характеристики вырабатываемой ткани, параметров конструктивно-заправочной линии и скоростного режима ткацкой машины.

Разработанная классификация позволяет обоснованно определить конструктору тип скальной системы при проектировании ткацкой машины с учетом ассортимента вырабатываемых тканей в условиях КБ машиностроительного завода.

Общие выводы и рекомендации.

1. Проведенный обзор научно-технической литературы показал, что в выполненных работах не сформулированы критерии исследования и проектирования скальных систем современных высокопроизводительных ткацких машин.

2. На основе анализа научно-технической литературы и реальных конструкций современных ткацких машин разработана классификация скальных систем с учетом их назначения, технологических и конструктивных особенностей.

3. Выполнены аналитические исследования натяжения основы в зоне подвижного и неподвижного относительно оси подскального рычага скала. Исследование показало, что в процессе ткачества происходит относительное движение нитей основы и поверхности скала, что приводит к их фрикционному взаимодействию. На основе этого разработана методика исследования фрикционного взаимодействия скала и нитей основы. Для конкретных значений, соответствующих условиям работы серийной ткацкой машины СТБУ1-180, определена длина дуги циклического скольжения при набегании основы на поверхность скала: Д/ = 68,9 мм. Для СТБУ1-180 с легким качающимся скалом Д/ = 21,7 мм, что позволяет рекомендовать его по данному критерию к широкому внедрению.

4. Разработана методика расчета оптимальной установки легкого качающегося скала. Данная методика позволяет определить значение угла а настройки подскального рычага относительно вертикали. Для современных скоростных ткацких машин СТБУ1-180 а = 45°.

5. Разработана методика определения зависимости натяжения основы от угла охвата и угла качания скала и положения оси качания подскального рычага. Сделан вывод, что при угле охвата нитями основы скала ср < 90° скальная система незначительно влияет на изменение натяжения основы (не более 1% от номинального значения).

6. Разработана методика аналитического расчета динамических параметров скальной системы скоростной ткацкой машины с учетом геометрических и динамических характеристик системы заправки. Для ткацкой машины СТБУ1-180: т = 4,4 - 9,0 кг, к2 = 23- 103 - 33 • 103 Н/м, «глв = 360 - 400 об/мин.

7. Разработаны программы автоматизированного расчета и оптимизации координат (угла наклона), определяющих положение оси подскального рычага легкого качающегося скала, и оптимизации динамических параметров скальной системы.

8. Разработана методика экспериментальных исследований скальной системы и системы заправки скоростной ткацкой машины на примере машины СТБУ1-180. Проанализированы результаты экспериментальных исследований ткацкой машины СТБУ1-180 с тремя вариантами скальной системы (серийной; модернизированной; вновь спроектированной). Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученное в результате анализа соответствующих графиков и осциллограмм изменения натяжения основы в процессе ткачества, показало их адекватность.

155

1. А. С. №1440976 (СССР) ДОЗД 49/12. Устройство для регулирования натяжения основы на ткацком станке (Рыбаков В. А. и пр.).

2. Башметов B.C. Исследование механизма отпуска основы непрерывного действия на станках АТПР: Дис. канд. техн. наук. М., 1978.

3. Быков М.Ю., Ерохин Ю.Ф. Усовершенствование механизма отпуска и натяжения основы // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1995. -№3.- с. 42-44.

4. Воронин С.Ю., Быкадоров В.Р. Корректировка натяжения основы на ткацком станке СТБ. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2001. - №1. — с. 34—38.

5. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1977.-872 с.

6. Гайдай А.И. Исследование и проектирование регуляторов отпуска и натяжения основы с навоев больших диаметров широких ткацких станков: Дис. канд. техн. наук. М.: 1988.

7. Гецонок Б.И. Статистический контроль процесса ткачества. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. 88 с.

8. Глотова Т.М. Моделирование работы основного регулятора // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1989. - №5. - с. 50-52.

9. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1997. 479 с.

10. Гордеев В.А. Анализ параметров натяжения основы на станках СТБ // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1971. - №6. - с. 4751.

11. И. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество. -М.: Легкая индустрия, 1984. -488 с.

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

13. Гордеев В.А. Исследование работы механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков: Дис. докт. техн. наук. М.: 1953. — 317 с.

14. Горошко О.А., Савин Г.Н. Введение в механику деформируемых тел переменной длины. Киев: Наукова думка, 1971.

15. Диев О.Г. Исследование динамики и разработка методики расчета регуляторов отпуска и натяжения нитей основы ткацкого станка: Дис. канд. техн. наук. Курск: 1997.

16. Дицкий А. В. Основы проектирования машин ткацкого производства. — М.: Машиностроение, 1983. — 320 с.

17. Дицкий А.В. Расчет и проектирование механизмов отпуска основы автоматических ткацких станков: Дис. докт. техн. наук. М.: 1974. - 235 с.

18. Егоров О.Д. Анализ работы, системы автоматического регулирования натяжения основы для ткацкого станка типа A l l LP: Дис. канд. техн. наук. -М.: 1975.

19. Ефремов Д.Е., Сперанский С.Н. Геометрические характеристики заправочной линии основы при поступательном перемещении скала по кронштейнам // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1997. -№1,- с. 42-44.

20. Ефремов Д. Е., Федорченко Е. Н. Основный регулятор с возвратно-поступательно движущимся скалом // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1992. №6. - с. 38—42.

21. Забелин В.И., Забелина JI.M. Исследование подвижной системы скала ткацкого станка с двумя степенями свободы // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1984. - №1. — с. 101-105.

22. Информационный вестник ОАО «Текстильмаш». — 2002. №9.

23. Коллеров Ю.К., Ерохин Ю.Ф. Исследование натяжения нитей основы на станках с модернизированным основным регулятором непрерывного действия // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1998. -№6.-с. 40-42.

24. Мамцев Е.Н. Исследование механизма натяжения и подачи основы ткацкого станка СТД: Дис. канд. техн. наук. М.: 1966.

25. Методические указания. Номограммы наладок механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков. М.: МТИ, 1988.

26. Неборако А.И. Исследование и усовершенствование уравнительного механизма регуляторов отпуска и натяжения основных нитей современных широких ткацких станков: Дис. канд. техн. наук. М.: 1985.

27. Оников Э.А., Основы проектирования ткацких фабрик. — М.: РЗИТЛП, 1999. 173 с.

28. Оников Э.А. Технология, оборудование и рентабельность ткацкого производства. Практическое пособие-справочник. М.: Текстильная промышленность, 2003. - 320 с.

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

30. Проспекты ОАО «Текстильмаш». 2003 - 2004 гг.

31. Проспекты фирмы «Зульцер». 2002 - 2003 гг.

32. Проспекты фирм «Пиканоль», «Дорнье», «Цудакома».

33. Радзиевский В.А., Бондарь В.М. Автоматическое регулирование и контроль нитеподачи на быстроходных основовязальных машинах. М.: Легкая индустрия, 1971. - 232 с.

34. Саввин. О.А. Влияние движения скала на деформацию и геометрические характеристики заправочной линии станка СТБ // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1989. - №1. - с. 50-53.

35. Смирнов И.А. Исследование и совершенствование механизмов отвода и накопления шелковой ткани на станках СТБ2-330: Дис. канд. техн. наук.-М., 1975.-139 с.

36. Справочник. Хлопкоткачество: под ред. П.Т. Букаева. — М.: Легпромбытиздат, 1987. 576 с.

37. Талавашек О., Сватый В. Бесчелночные ткацкие станки // Пер. с чеш. М.: Легпромбытиздат, 1985. - 335 с.

38. Терентьев В.И., Алимова Е.В. Выбор скальной системы ткацкой машины // Вестник ДИТУД. 2003. - №3(17). - с. 63-67.

39. Терентьев В.И., Алимова Е.В., Лазарева Г.Е. Анализ скальных систем ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2003.-№6.-с. 37-40.

40. Терентьев В.И., Алимова Е.В. СТБ конкурирует с Sultex // Текстильная промышленность. 2003. - №6. - с. 57.

41. Терентьев В.И., Алимова Е.В. Фрикционное взаимодействие в системах основа скало и ткань — вальян // Сборник научных трудов аспирантов МГТУ им. А.Н. Косыгина. - 2003. - №7. - с. 97-103.

42. Терентьев В.И., Галстян Г.Э. Классификация и анализ скальных систем // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1998. - №3. -с. 90-93.

43. Терентьев В.И. Развитие теории зевообразования и разработка универсального метода проектирования зевообразовательных механизмов скоростных ткацких станков: Дис. докт. техн. наук. М.: 1989. — 474 с.

44. Тимофеев Г.П. Анализ и синтез электромеханического основного регулятора ткацкого станка СТБ: Дис. канд. техн. наук. М.: 1989.

45. Туваева А.А., Неборако А.И. Исследование работы червячной передачи регулятора отпуска и натяжения основы на ткацких станках с двумя соосно расположенными навоями // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1983. - №6. - с. 79-84.

46. У-И-Синь. Исследование механизма отпуска и натяжения основы на ткацком станке Зульцер: Дис. канд. техн. наук. М.: 1960. - 187 с.

47. Успасских С.М. Исследования процесса формирования ткани на двухполотенном ткацком станке СТБ: Дис. канд. техн. наук. Л.: 1973.

48. Успасских С.М. Некоторые причины неодновременного схода основ на станках СТБ-2-330 // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1972. - №4. - с. 83-87.

49. Федотов Н.Г. Исследование основного регулятора ткацких станков А11 IF и СТБ: Дис. канд. техн. наук. М.: 1974.

50. Хавкин В. П. Регуляторы натяжения основы на ткацких станках (обзор).-М.: 1970.

51. Цветкова JI.A. Особенности развития рынка товаров текстильной и легкой промышленности в 2003 г. и прогноз темпов роста их производства до 2005 г // Текстильная промышленность. 2004. - №3. - с. 54-57.

52. Чайкин В. А. Прикладные задачи теории нити. СПб.: 2001.

53. Юхин С.С. Негативный основный регулятор измененной конструкции // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1991. - №6. - с. 45—46.

54. Beckmann J.A. Состояние и развитие текстильной промышленности накануне вступления Китая в ВТО // Melliand Textilberichte. 2002. - №11-12. -с. 817-820.

55. Dolecki S.K. The causes of warp breaks in the weaving of spun yarns // J. Text. Jnst., Trans. 1974. - № 2. - p. 68-74.

56. Ormerod А. Системы прокладки утка что дальше? // International Textile Bulletin, ITB. - 2002. - №5. - с. 49-56.

57. Rupp J. Ожидания европейской текстильной промышленности на выставке ITMA в Европе // International Textile Bulletin, ITB. 2003. - №2. - с. 12-22.

58. Thick and Thin Places in Fabrics during Weaving // Journal of The Textile Machinery Society of Japan. 1970. - №5. - c. 193-203.