автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование и усовершенствование рычажно-стержневых систем ремизного движения ткацких машин

На правах рукописи

Гаврилов Алексей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЫЧАЖНО-СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ РЕМИЗНОГО ДВИЖЕНИЯ ТКАЦКИХ МАШИН

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

¿щ

005549196

Москва 2014

005549196

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии» на кафедре «Технологические машины и оборудование».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Хозина Елена Николаевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Рудовский Павел Николаевич, профессор, и.о. заведующего кафедрой «Инженерной графики, теоретической механики и прикладной механики», ФГБОУ ВПО «Костромской государственный Технологический университет»

кандидат технических наук, доцент Озерский Олег Николаевич, ведущий технолог ФГБУН института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Центральный

научно-исследовательский институт технологической оснастки текстильного оборудования», (ОАО «ЦНИИМашдеталь»)

Защита состоится «27» июня 2014 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.144.03 при ФГБОУ ВПО «Московском государственном университете дизайна и технологии» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр.1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Отзыв на автореферат просьба направлять в двух экземплярах по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета Д 212.144.03.

Автореферат разослан «26» мая 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

1/> Е.В. Андреенков

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Высокоскоростная ткацкая машина (ТМ) с микропрокладчиком уточной нити типа СТБ(У) предназначена для выработки широкого ассортимента тканей. Опыт эксплуатации ТМ типа СТБ(У) выявил недостатки в работе отдельных механизмов, в частности, зевообразующего. Зе-вообразующий механизм (ЗОМ) осуществляет первую фазу рабочего процесса ткачества. Он представляет собой многозвенный кулачково-рычажный механизм, состоящий из большого числа (до 24) параллельно работающих звеньев. От работы ЗОМа зависит качество вырабатываемой ткани и производительность ТМ. Кроме того надежность и работоспособность ЗОМа является определяющим фактором функционирования остальных тканеобразующих механизмов ТМ. Конструктивно ЗОМ ТМ состоит из двух механизмов: механизма привода, обеспечивающего заданный технологический закон, и передаточного механизма, приводящего в движение ремизные рамы (МРД) и, тем самым, обеспечивающего требуемые технологические параметры зева. Основная функция МРД - осуществлять передачу движения к ремизной раме с ремизками с минимальным искажением закона перемещения. Кроме того механизм привода должен преодолевать значительные инерционные и технологические нагрузки. Как к приводу, так и к МРД должны предъявляться жесткие требования. Для удовлетворения всех требований, предъявляемых к ЗОМ, необходимо провести его усовершенствование, поэтому диссертационная тема «Исследование и усовершенствование рычажно-стержневых систем ремизного движения ткацких машин» является актуальной.

Цель и задачи исследования. Исследование и усовершенствование ры-чажно-стержневой системы, приводящей в движение ремизные рамы ТМ типа СТБ(У), с целью обеспечения заданного закона движения ремизок, снижения инерционных и технологических нагрузок, расширения ассортиментных возможностей ТМ, а также повышения ее производительности.

Исследования проводились по следующим основным направлениям:

з

- обобщение опыта проектирования ЗОМов, полученного предыдущими исследователями;

- классификация ЗОМов по количеству групп Ассура и избыточных связей, степени подвижности и передаточным отношениям;

- рассмотрение взаимодействия нити основы с глазком галева и выявление его влияния на движение ремизки;

- оценка влияния избыточных связей псевдоплоского механизма привода ремиз;

- разработка методики распределения общего передаточного отношения по всем ступеням механических передач для мультипликатора и редуктора;

- исследование влияние типоразмеров ремизных рам, галев и галевоноси-телей на процесс зевообразования;

- кинетостатический анализ ЗОМа с учетом технологических и инерционных нагрузок;

- разработка новой кинематической схемы рычажно-стержневой системы и модернизация узлов и деталей ЗОМа для ТМ типа СТБ и СТБУ;

- динамическое исследование ЗОМа.

Объект и методика исследования. За объект теоретического исследования принят зевообразующий механизм ТМ. При проведении теоретических исследований использовались методы теории машин и механизмов, аналитической и вычислительной математики и компьютерного моделирования в среде МаШСаё с использованием встроенных численных методов. Экспериментальные исследования выполнены на Монинском хлопчатобумажном комбинате с использованием стандартной измерительной аппаратуры. Достоверность полученных результатов обусловлена логической непротиворечивостью и аргументированностью доказательств, обоснованным использованием законов физики и математики при моделировании исследуемых процессов, удовлетворительным соответствием полученных результатов с экспериментальными данными.

Научная новизна. В работе впервые теоретически обосновано распределение передаточных отношений по ступеням для механических передач типа

редукторов и мультипликаторов, обеспечивающих снижение нагрузок. Предложена методика расчета рабочих нагрузок в ремизной раме ТМ типа СТБ и СТБУ для всей гаммы заправочных ширин с учетом ассортимента. Теоретически обоснован выбор ремизных рам, галев и галевоносителей. Предложена методика определения суммарного приведённого момента на любом базовом звене с использованием передаточных отношений. Разработана новая кинематическая схема рычажно-стержневой системы, приводящей в движение ремизные рамы ТМ типа СТБ и СТБУ, с оптимальным распределением передаточного отношения, позволяющая снизить нагрузки в приводе и уменьшить искажения заданного закона движения.

Полученные в работе результаты являются основой для разработки последующих технических решений на этапах проектирования и модернизации механических передач.

Практическая значимость и реализация результатов. Разработана методика распределения общего передаточного отношения по всем ступеням механической передачи, позволяющая обеспечить минимизацию приведённой силы в приводе механизма. Проведена модернизация кинематической схемы ЗОМа ТМ типа СТБ и СТБУ, позволившая снизить инерционные и технологические нагрузки и, тем самым, повысить надежность и долговечность механизма. В модернизированной конструкции ЗОМа предложено существенно снизить количество избыточных связей путем установки шарниров с большим числом степеней свободы. Рекомендована модернизация конструкции ремизных рам из условия, что их масса не превышает массы ремизок с витыми галевами и для их изготовления используются композитные материалы. Обоснована возможность повышения производительности ТМ типа СТБ и СТБУ за счет предлагаемой модернизации.

Апробация результатов работы. Основные положения работы доложены и получили положительную оценку:

- на семинарах кафедры «Технологические машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Московского государственного университета дизайна и техно-

логии»;

- на Всероссийской научно-технологической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль — 2011, 2012). М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина;

- на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые учёные - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК - 2013). ИВГПУ, Иваново;

- на 65-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ производству». Кострома, КГТУ, 2013;

- на Международной научно-технической конференции «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности». М.: МГУДТ, 2013.

Реализация результатов осуществлена в учебном процессе и в планах НИР Московского государственного университета дизайна и технологии, в предложениях по формированию программ НИР для текстильных машиностроительных предприятий при наладке, эксплуатации и модернизации ТМ типа СТБ(У).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений и библиографии из 108 наименований, изложенных на 210 страницах, из которых 23 занимают приложения, и включает 70 рисунка и 79 таблицу.

Основное содержание работы

Во введении сформулированы актуальность, цель и задачи работы, ее теоретическая новизна и практическая значимость, а также методология проведения исследований.

Первая глава. С целью выявления основных направлений исследования проведен обзор научной и патентной литературы. По результатам литературно-

го обзора выявлены три направления исследований: анализ кинематических схем кулачково-рычажных механизмов привода ЗОМ; анализ связи натяжения нитей основы с параметрами зева; анализ кинематики, кинетостатики и динамики ЗОМа.

По первому направлению рассмотрены кинематические схемы кулачково-рычажных механизмов, используемых в приводах ЗОМ ТМ типа АТПР, СТБ(У), а также некоторые зарубежные схемы, предлагаемые в патентах.

По второму направлению выявлена связь настройки параметров ЗОМа с параметрами зева и натяжением нити основы. Данная проблема потребовала подробно рассмотреть вопросы, связанные с технологией процесса зевообразования, которые наиболее подробно отражены в работах В.А. Гордеева и Е.Д. Ефремова.

По третьему направлению вопросы кинематического и кинетостатическо-го анализа без использования ЭВМ представлены в работах В.А. Орнатской, М.С. Селиверстовой, О.Я. Седеля. Вопросы динамического анализа ремизных рам с использованием ЭВМ рассмотрены Ж.В. Пекарем.

Проведенный литературный обзор позволил определить возможные пути дальнейших исследований и необходимость применения комплексного подхода к проектированию новых и модернизации существующих рычажных ЗОМов ТМ типа СТБ(У).

Вторая глава. В процессе зевообразования движение галев и основных нитей носит нелинейный характер и не может быть описано непрерывными функциями, соответствующими движению ремизной рамы. В области заступа перемещение основной нити ремизкой прерывается на определенном цикловом угле (ДФН0). Высота технологического зева (НЗЕВ) всегда меньше перемещения ремизной рамы (3РЕМ) на величину суммарного зазора «ремизная рама - нить основы». Ремизка, приводимая в движение кулачковым механизмом или ремизоподъемной кареткой, перемещается непрерывно, а нить основы останавливается и, колеблясь, выстаивает во время прохода ремизкой и галевом линии заступа основы (ЛЗО). В этот период кинематическая и силовая связь нити основы с ЗОМом прерывается.

На графиках (рис. 1) видно, что в области заступа движение основной нити прерывается на фазовом угле (ДФно) и поэтому общее перемещение основной нити (Нзев) меньше, чем перемещение ремизной рамы (8Р1М). Высота образуемого зева (НЗЕВ) меньше перемещения ремизки (5рЕМ) на величину суммарного зазора «ремиз - основа» (СЗРО).

ИзЕв1мм]

ЦУЦЛ

гтм~

и

-7мм (СЗРО!

лзо

т

Зяи

-60-50-10-30-20 -10 О 10 20 30 10 50 60и

Рис.1

Установлено, что для всего работающего блока ремиз ТМ суммарный зазор «ремизная рама - нить основы» одинаков и не зависит от настройки механизма ремизного движения, номера ремизки и её функции (кромочная, фоновая, закреповая), а зависит от вида и типоразмера галев и конструкции ремизной рамы.

Выявлено, какое относительное удлинение и дополнительное натяжение приобретает основа при зевообразовании, а также исследовано влияние параметров зевообразования на величину абсолютного и относительного принудительного удлинения основной пряжи в ткацкой заправке.

Было установлено, что абсолютное удлинение увеличивается с возрастанием угла зева и номера ремизки. Величина абсолютного удлинения основной нити при зевообразовании А1з1 зависит от номера ремизки, длины переднего и заднего зевов и от угла установленного зева. Относительное удлинение увеличивается с возрастанием угла зева и номера ремизки. Величина относительного удлинения основной нити при зевообразовании (е3;) зависит от общей длины основной нити в заправке ТМ и от абсолютного удлинения основной нити при зевообразовании. Величина технологической нагрузки на галево и ремизную

рамку зависит от параметров установленного зева, общей длины основной нити в заправке и физико-механических параметров основной пряжи.

В третьей главе проведены исследования рычажно-стержневых систем ремизного движения. Проведена классификация ЗОМов по структурным звеньям и избыточным кинематическим связям. Установлено, что ЗОМы ТМ не являются плоскими: они представляет собой некую пространственную систему с незначительными отклонениями ряда шарниров и звеньев от горизонтали, имеют избыточные связи, ограничивающие подвижность механизма, что приводит звенья и шарниры механизма в упруго-напряжённое состояние при монтаже и работе.

В кинематических схемах (КС) ЗОМа рекомендуется заменять кинематические пары 5-го класса на кинематические пары 3-го класса, либо добавлять в звено шарнир, обеспечивающий устранение избыточной связи. Необходимо сокращать или полностью устранять в КС ЗОМа замкнутые кинематические контуры.

Предложена классификация четырёхзвенников; разработана методика анализа кинематических схем, где четырёхзвенники используются в качестве преобразователей (редуцирования и мультиплицирования) движения ведущего звена механизма в движение рабочего органа с определённым направлением искажения и степенью точности.

Построены номограммы передаточных отношений в механизмах, позволяющие выбирать виды и формы четырехзвенников с наименьшей степенью искажения передаваемого ими движения от ведомых звеньев (рис. 2). С их помощью с учетом передаточного отношения и заданного угла качения ведущего звена можно выявить искажение заданной функции передачи.

Обосновано, что равномерное распределение общего передаточного отношения по всем ступеням механической передачи не обеспечивает минимизации приведённой силы в приводе механизма.

Наименьшая величина приведенной силы в приводе передачи будет при сосредоточении передаточного отношения (/общ) в одной из ступеней в зависимости от вида передачи и при экспоненциальном законе распределения (рис. 3).

»га»-»^i-S, «™»7

\ Л I [\/Г~~ !§ --Д—4---

Г7=п 7'

-30-25-20-15-10-5 0 5 Ю IS 20 25 30

-30-25-20-15-10-5 0 5 10 15 20 25 30

Рис.2

В мультипликаторах частные передаточные отношения (¿части ) отдельных последовательно-расположенных ступеней передачи должны экспоненциально увеличиваться, а в редукторах - экспоненциально уменьшаться. Мультипликатор Редуктор

5«. яiF.

SmtHF.

256 2025

Рис.3

nftow aivow^ jtpiwj

Предложена методика определения суммарного приведённого момента .J, 2ПРВ на любом предыдущем базовом звене РСМ N. .

Каждый частный момент инерции J{~ следует умножить на квадрат соответствующего передаточного отношения приведения [¡(i/1)]: и/или [/(i/Ni)]2 и просуммировать все приводимые к нему частные суммарные приведённые моменты инерции (формула 1).

jr= Uim<i_1)i+Л+/¡m(i+1)i]- (1)

Анализ существующей кинематической схемы ЗОМа ТМ типа СТБ(У)

показал, что механизм представляет собой мультипликатор со средним общим

передаточным отношением ¿общ = 4,0. Предложена новая кинематическая схема

ЗОМа ТМ типа СТБ(У) (рис. 4) с рациональным распределением передаточных

ю

отношений. Наибольшее значение г в настроечном четырехзвеннике (03БВ05) принимаем равным 1,00, для четырехзвенника (050Р06) - 1,77, а наибольшее значение г - в последней ступени передачи. Для снижения искажения передачи движения в О3БВО5 рекомендуется использовать четырехзвенник канонической формы. Новая КС позволила снизить нагрузку в приводе на 30% и уменьшить искажение передачи.

Рис.4

В связи с тем, что конструкция кулачкового привода является пространственной, а рычаги МРД служат переходными звеньями, то на осях этих рычагов возникают крутящие (опрокидывающие) моменты с плечами, равными смещениям плеч рычагов секции МРД.

/¡Л

Рис.5

Был проведен расчет диссипативных моментов на рычагах рычажно-стержневой передачи ЗОМа (рис. 5). Данный анализ подтверждает необходимость, в первую очередь, устранить момент трения, который возникает на втулках выходного рычага настроечного четырехзвенника и коромысла. Их следует выполнить плоскими и оснастить шариковыми подшипниками. Рычаги приводных коромысел следует оснастить игольчатыми подшипниками и располагать с шагом ремизных 11

рам (12 мм), ролики коромысел выполнить толщиной 5 мм, сблизить, оставив между ними зазор не более 1 мм, и оснастить шаровыми опорами.

Четвертая глава. Проведен анализ конструкций современных ремизных рам (РР) под пластинчатые и витые галева, выпускаемые различными отечественными и зарубежными производителями. Определены виды профилей и материалы, из которых они изготовляются: продольные планки ремизок под витые галева выполняются из Стали 20...35, а под пластинчатые - из алюминиевых сплавов (Д16Т; В-95; АД-31Т и АМг-6) (рис. 6).

шение массы на 25%-ь30%); выполнения галевоносителей и продольных планок из более лёгких алюминий-литьевых сплавов ВБ-18 (А1-Ы) (снижение массы на 40%-К50%) или из композитных материалов (снижение общей массы в 1,8-^2,2 раза). Возможно создание РР и витых галев новых поколений с уменьшенной массой ремизок в 3,0-н3,5 раза по сравнению с существующими ремизками с пластинчатыми галевами, выполненными из алюминиевого профиля, со сплошными стальными галевоносителями.

Предложены формулы расчёта кинетостатических нагрузок в опорном шарнире ремизки по восьми характерным участкам ее движения.

Показано, что максимальная нагрузка в опорном шарнире ремизки развивается при её подъёме от выстоя в нижнем положении до заступа и при опускании ремизки от заступа до положения нижнего выстоя.

Рекомендуется для снижения обрывности кромочной основы производить

Для снижения массы РР с пластинчатыми галевами необходимо уменьшить массу их наиболее тяжелых элементов (галевоносителей и продольных профильных планок). Необходимо провести конструктивные изменения галевоносителей и продольных планок путем: перфорации указанных элементов РР (умень-

а

Рис.6

заправку кромочных и закрепных нитей в ремизки, первые от берда, увеличивая их ход на 25-^30% от их перемещений, соответствующих установке «чистого зева».

Проведены экспериментальные исследования. Анализ полученных осциллограмм (рис. 7) показывает, что максимум нагрузки соответствует началу движения ремизки вверх из положения нижнего выстоя при образовании нижней ветви зева.

Изменения нагрузки носят ярко выраженный динамический характер. Коэффициент динамичности нагрузки при движении ремизки сверху вниз равен 0,6-^2,4, а при движении снизу вверх 2,42ч-2,65.

Частота колебаний нагрузки в приводе МРД ТМ СТБУ1-220 при движении ремизки снизу вверх равна =50 Гц, а при верхнем выстое =45 Гц. Количество циклов максимальной нагрузки составляет 6-^9 за один оборот главного вала машины (ГВМ). Число циклов нагружения деталей ЗОМа за 1 час работы ТМ составляет 15-104 при частоте вращения ГВМ, равной 360 об/мин.

Пятая глава. Для проведения динамического анализа предложена двух-массовая модель (рис. 8), в которой в качестве функции возбуждения выбран закон движения кулачкового привода (формула 2), приложенный к основанию; значения жесткости определялись расчетным путем, а коэффициенты сопротивления - экспериментально.

7я, х, +6, ■х, + Ь2 •(х,-х2) + к, ■х, + к2 (х, -х2) = Ь, •/(/) + £, •/(/) т2 ■ х2 + Ь2 ■ (х2 - х,) + кг ■ (х2 - х,) = 0

Определены амплитудно-частотные характеристики ЗОМ. Найдены значения собственных частот колебаний системы. Рассчитан коэффициент Кф определяющий отстройку частоты возбуждения от собственной частоты при различных скоростях вращения ГВМ для трех законов. Наибольший коэффициент Кф получен для закона модифицированной трапеции с учетом так называемой «зоны нечувствительности» при всех скоростях ГВМ. Этот закон и рекомендуется для использования в приводе ЗОМа.

Проведен анализ вынужденных колебаний в зависимости от частоты вращения ГВМ для трех законов движения ЗОМ. Определены: диапазон критических динамических параметров ЗОМа; зависимость коэффициента динамичности от скорости вращения ГВМ и длительности кинематического возбуждения, определяемая тремя различными законами его движения; зависимость частотного коэффициента от частоты вращения ГВМ.

На рис. 9 представлен сравнительный анализ экспериментальных (кривая 1) и расчетных (кривая 2) колебаний ремизки. Анализ полученных результатов показал, что значения первых частот собственных колебаний близки по величине к экспериментальным значениям отклонения и составляют 8 %, что говорит об адекватности принятой модели.

Установлено, что коэффициент динамичности Кд на всех скоростях вращения ГВМ не превышает допустимой величины. Коэффициент динамичности может быть понижен путем увеличения жесткости конструкции или коэффициента демпфирования.

1X* Ш2

* ||| Ь

ГП1

Да/»

Основание

\т

Рис.8

Выводы и рекомендации:

1. Предложена методика расчета высоты технологического зева в зависимости от вида и типоразмера галев и конструкции ремизной рамы. Установлено, что основная нить при образовании зева подвержена циклически повторяющимся знакопеременным поперечным импульсным воздействиям от галева и ремизной рамы, а при заступе основы воздействию подвергаются сами галева. Высота технологического зева всегда меньше перемещения ремизной рамы на величину суммарного зазора «ремизная рама - нить основы».

2. Проведен анализ конструкции ЗОМа ТМ типа СТБ(У), выявивший, что рассматриваемый механизм не являются плоским и представляет собой некую пространственную систему с незначительными отклонениями ряда шарниров и звеньев от горизонтали. Даны рекомендации: заменять кинематические пары с малым числом подвижности (нары 5-го класса) на пары с увеличенным числом подвижности (пары 3-го класса), либо добавлять в кинематическое звено шарнир, обеспечивающий устранение определённой избыточной связи; сокращать или полностью устранять в КС ЗОМа замкнутые кинематические контуры.

3. Предложена классификация четырёхзвенников, используемых в качестве элементов кинематических схем в приводах рабочих органов. Построены номограммы передаточных отношений в механизмах, с помощью которых можно выбирать виды и формы четырехзвенников с наименьшей степенью искажения передаваемого ими движения от ведомых звеньев.

4. Разработана методика оптимального распределения общего передаточного отношения по всем ступеням механической передачи, обеспечивающая минимизацию приведённой силы в приводе механизма.

5. Предложена методика определения суммарного приведённого момента на любом предыдущем базовом звене рычажно-стержневого механизма. Даны рекомендации для разработки новой конструкции рычагов приводных коромысел для снижения диссипативных нагрузок на коромысле привода МРД.

6. Проведен анализ видов и конструкций современных ремизных рам (РР) под пластинчатые и витые галева, выпускаемые различными производителями.

Для всего типоразмерного ряда ТМ определены нагрузки от веса РР и ремизок (РР + комплект галев) на замки МРД. Выявлено, что весовые и инерционные нагрузки на замки РР распределены неравномерно, что необходимо учитывать при расчете и проектировании ремизных рам и МРД всего типоразмерного ряда ТМ типа СТБ(У).

7. Предложены формулы расчёта кинетостатических нагрузок в опорном шарнире ремизки по восьми характерным участкам ее движения. Показано, что максимальная нагрузка в опорном шарнире ремизки развивается при её подъёме от выстоя в нижнем положении до заступа и при опускании ремизки от заступа до положения нижнего выстоя.

9. Проведен динамический анализ для двухмассовой модели. Определены амплитудно-частотные характеристики, коэффициент динамичности и коэффициент Кф определяющий отстройку частоты возбуждения от собственной частоты в зависимости от скорости вращения ГВМ для трех законов движения ЗОМ. Рекомендуется использовать в приводе ЗОМа закон модифицированной трапеции с учетом «зоны нечувствительности».

10. Предложена новая кинематическая схема ЗОМа ТМ типа СТБ(У) с учетом оптимального передаточного отношения и снижения числа избыточных связей и модернизированные конструкции узлов МРД, обеспечивающие большую устойчивость, надежность и долговечность работы механизма.

Основные публикации по теме диссертации

В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Макаров В.А., Хозина E.H., Гаврилов А.Н. Классификация зевообразо-вательных механизмов по структурным звеньям // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2012, №2, с. 120-125.

2. Макаров В.А., Хозина E.H., Гаврилов А.Н. Использование четырёх-звенников в качестве элементов рычажно-стержневой трансмиссии зевообра-зующих механизмов ткацких машин // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2012, №3, с. 102-108.

3. Макаров В.А., Хозина E.H., Гаврилов А.Н. Анализ распределения передаточного отношения по ступеням механизма привода ремиз // Химические волокна. 2013, №4, с. 46-51.

Публикации в других изданиях:

4. Макаров В.А., Хозина E.H., Гаврилов А.Н. Классификация зевообразо-вательных механизмов по структурным звеньям // Тезисы докладов Всероссийской научно-технологической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль — 2011). М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011, с. 192-193.

5. Макаров В.А., Хозина E.H., Гаврилов А.Н. Использование четырёх-звенников в качестве элементов рычажно-стержневой трансмиссии зевообра-зующих механизмов ткацких машин // Тезисы докладов Всероссийской научно-технологической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль — 2012). М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2012. с. 48.

6. Макаров В.А., Хозина E.H., Гаврилов А.Н. Использование передаточных отношений в приведении инерционных моментов и моментов инерции при силовом анализе зевообразующего механизма ткацкой машины типа СТБ(У) // Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые учёные - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК - 2013). Иваново: текстильный институт ФГБОУ ВПО «ИВ-ГПУ», 2013. с. 163-164.

7. Макаров В.А., Хозина E.H., Гаврилов А.Н. Силовой анализ зевообразо-вательного механизма ткацкой машины типа СТБ(У) II Тезисы докладов 65-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ производству», Кострома, 2013. с. 87-88.

8. Гаврилов А.Н., Новикова H.B. Filter fabrics II Научно-практическая конференция аспирантов университета на иностранных языках: тезисы докладов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011, с. 14-15.

9. В.А. Макаров, E.H. Хозина, А.Н. Гаврилов. Оптимальное распределение передаточного отношения в редукторе и мультипликаторе // Сборник научных трудов семинара «Современные технологии в горном машиностроении». -М.: МГТУ. - 2014. с. 353-359.

10. В.А. Макаров, E.H. Хозина, А.Н. Гаврилов. О приведении моментов инерции и инерционных масс к ведущему звену в передаточном механизме привода ремиз // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности». М.: МГУДТ, 2013, с. 210.

Подписано в печать 19.04.2014 г. Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 80 Экз. Заказ № 3759 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-кт, д.28 Тел. 8-495-782-88-39

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

04201458449

Гаврилов Алексей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЫЧАЖНО-СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ РЕМИЗНОГО ДВИЖЕНИЯ ТКАЦКИХ МАШИН

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Хозина E.H.

Москва 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..................................................................................... 4

t

Глава 1. Литературный обзор........................................................... 9

1.1. Основные функции зевообразующего механизма..................... 9

1.2. Анализ существующих кинематических схем рычажно-стержневых механизмов привода ЗОМ................................... 10

1.3. Анализ связи натяжения нитей основы с параметрами зева......... 15

1.4. Анализ кинематики, кинетостатики и динамики зевообразующего механизма....................................................................... 17

Глава 2. Технологический раздел..................................................... 23

2.1. Фазы зевообразования, расчет высоты зева и перемещения ремизки........................................................................... 23

2.2. Натяжение основы при зевообразовании................................ 39

2.2.1. Рабочие зоны ткацкой машины............................................ 39

2.2.2. Расчет величины деформации основной нити при зевообразовании............................................................... 42

2.2.3. Расчет натяжения основной нити при зевообразовании, её воздействия на галево и ремизную рамку................................... 49

Глава 3. Исследование рычажно-стержневых систем ремизного движения.. 57

3.1. Классификация зевообразующих механизмов по структурным звеньям и избыточным кинематическим связям........................ 57

3.2. Использование четырехзвенников в качестве передаточного механизма в ЗОМе................................................................ 66

3.3. Анализ распределения передаточного отношения по ступеням привода ремиз................................................................... 80

3.4. Приведение моментов инерции и инерционных масс к ведущему звену рычажно-стержневого механизма.................................. 93

3.5. Расчет диссипативных моментов на рычагах рычажно-стержневой передачи ЗОМа................................................. 104

3.6. Модернизация ЗОМа ТМ типа СТБ(У)................................... 155

3.6.1. Разработка новой кинематической схемы................................ 116

3.6.2. Изменения конструкции отдельных узлов и деталей.................. 122

Глава 4. Кинето-статический анализ зевообразующего механизма............ 126

4.1. Назначение, технологические, геометрические и массовые параметры ремизных рам, галев и ремизок.................................... 126

4.2. Расчет рабочих нагрузок в ремизе ткацкой машины................... 137

4.3. Экспериментальное исследование зевообразующего механизма

ткацкой машины типа СТБ(У)..........................................................................................153

Глава 5. Динамический анализ зевообразующего механизма....................................165

5.1. Исследование динамической модели ЗОМа......................................................166

5.2. Анализ результатов расчета динамических моделей....................................171

Общие выводы........................................................................................................................................................176

Литература..................................................................................................................................................................178

Приложение 1..........................................................................................................................................................188

Приложение 2............................................................................................................................................................195

Приложение 3............................................................................................................................................................201

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время мировая тенденция развития ткацкого оборудования связана с использованием ткацких машин (ТМ) в которых прокладывание уточных нитей осуществляется с помощью гибких рапир или воздуха. Несмотря на эту тенденцию, ТМ с малогабаритными прокладчиками утка (СТБ и СТБУ), являются наиболее универсальными, это связано с большим разнообразием ширин от 180 до 550 см этих ТМ, кроме того, имеется ряд тканей, которые могут быть выработаны только на этом виде оборудования.

Анализ работы ТМ с микропрокладчиками показал, что имеются возможности повышения их производительности и расширения ассортимента вырабатываемых тканей. В связи с этим, перед отечественным текстильным машиностроением стоят задачи по дальнейшему совершенствованию этого типа оборудования.

Для решения поставленных выше задач требуется более глубокое изучение работы ТМ типа СТБ и СТБУ и постоянное совершенствование методов расчета и проектирования их основных механизмов и узлов.

При изучении работы ТМ и проектировании как машины в целом, так и отдельных ее механизмов, следует использовать системный подход и модульный принцип. Системный подход предполагает рассмотрение ТМ как совокупности связанных между собой и в то же время различных модулей. Системный подход становится определяющим методологическим основанием технического мышления. Единство технической системы, подчинение всех механизмов системе, системность в проектировании системы - таковы исходные установки системного подхода.

Научная и практическая значимость перечисленных проблем, их недостаточная разработанность определили выбор темы диссертационной работы, ее направленность и структуру.

Актуальность работы. Высокоскоростная ТМ с микропрокладчиком уточной нити типа СТБ(У), предназначенная для выработки широкого ассортимента тканей. Опыт эксплуатации ТМ типа СТБ(У) выявил недостатки в ра-

боте отдельных механизмов, в частности зевообразующего. Зевообразующий механизм (ЗОМ) осуществляет первую фазу рабочего процесса ткачества. Он представляет собой многозвенный кулачково-рычажный механизм, состоящий из большого числа (до 24) параллельно работающих звеньев. От работы ЗОМа зависит качество вырабатываемой ткани и производительность ТМ. Кроме того надежность и работоспособность ЗОМа является определяющим фактором функционирования остальных тканеобразующих механизмов ТМ и диапазон их использования. Конструктивно ЗОМ ТМ состоит из двух механизмов: механизм привода, обеспечивающий заданный технологический закон и передаточного механизма приводящего в движение ремизные рамы (МРД), и тем самым обеспечивая требуемые технологические параметры зева. Основная функция МРД -обеспечивать устойчивую передачу движения к ремизной раме с ремизками с минимальным искажением закона перемещения. Механизм привода, кроме основной функции обеспечения заданного закона движения ремизок, должен преодолевать значительные инерционные и технологические нагрузки. Поэтому, как к приводу, так и к МРД должны предъявляться жесткие требования. Для удовлетворения всех требований предъявляемых к ЗОМу необходимо провести его усовершенствование, поэтому диссертационная тема «Исследование и усовершенствование рычажно-стержневых систем ремизного движения ткацких машин» является актуальной.

Цель и задачи исследования. Исследование и усовершенствование ры-чажно-стержневой системы приводящей в движение ремизные рамы ТМ типа СТБ(У) с целью обеспечения заданного закона движения ремизок, снижения инерционных и технологических нагрузок, расширение ассортиментных возможностей, также повышению производительности.

Исследования проводились по следующим основным направлениям:

- обобщение опыта проектирования ЗОМов полученного предыдущими исследователями;

- классификация ЗОМов по количеству групп Асура и избыточных связей, степени подвижности;

- рассмотрение взаимодействия нити основы с глазком галева и выявление его влияния на движение ремизки;

- оценка влияния избыточных связей псевдо плоского механизма привода ремиз;

- разработка методики распределение общего передаточного отношения по всем ступеням механических передач для мультипликатора и редуктора;

- исследование влияние типа размеров ремизных рам, галев и галевоно-сителей на процесс зевообразования;

- кинето-статический анализ ЗОМа с учетом технологических и инерционных нагрузок;

- разработка новой кинематической схемы рычажно-стержневой системы ЗОМа для ТМ типа СТБ и СТБ(У);

- модернизации деталей и узлов ЗОМа;

- динамическое исследование модернизированного механизма.

Объект и методика исследования. За объект теоретического исследования принят зевообразующий механизм на ТМ. При проведении теоретических исследований использовались методы теории машин и механизмов, аналитической и вычислительной математики и компьютерного моделирования в среде МаШСаё с использованием встроенных численных методов. Экспериментальные исследования выполнены на Монинском х/б с использованием стандартной измерительной аппаратуры. Достоверность полученных результатов обусловлена логической непротиворечивостью и аргументированностью доказательств, обоснованным использованием законов физики и математики при моделировании исследуемых процессов, удовлетворительным соответствием полученных результатов с экспериментальными данными.

Научная новизна. В работе впервые теоретически обосновано распределение передаточных отношений по степеням для механических передач типа редукторов и мультипликаторов обеспечивающих снижения нагрузок. Предложена методика расчета рабочих нагрузок в ремизной раме ТМ типа СТБ и СТБУ для всей гаммы заправочных ширин с учетом ассортимента. Теоретиче-

ски обоснован выбор ремизных рам, галев и галевоносителей. Предложена методика определения суммарного приведенного момента на любом базовом звене с использованием передаточных отношений. Разработана новая кинематическая схема рычажно-стержневой системы приводящей в движение ремизные рамы ТМ типа СТБ и СТБУ с оптимальным распределением передаточного отношения, позволяющая снизить нагрузки в приводе и уменьшить искажения заданного закона движения.

Полученные в работе результаты является основой для разработки последующих технических решений на этапах проектирования и модернизации механических передач.

Практическая значимость и реализация результатов. Разработана методика распределение общего передаточного отношения по всем ступеням механической передачи, позволяющая обеспечить минимизации приведённой силы в приводе механизма. Проведена модернизация кинематической схемы ЗОМа ТМ типа СТБ и СТБУ позволившая снизить инерционные и технологические нагрузки и тем самым повысить надежность и долговечность механизма. В модернизированной конструкции ЗОМа предложено существенно снизить количество избыточных связей путем установки шарниров с большим числом степеней свободы. Предложена модернизация конструкции ремизных рам из условия, чтобы их масса не превышала массы ремизок с витыми галевами и использовать для их изготовления композитные материалы. Обоснована возможность повышения производительности ТМ типа СТБ и СТБУ за счет предлагаемой модернизации.

Реализация работы будет осуществлена в учебном процессе и в планах НИР Московского государственного университета дизайна и технологии, в предложениях по формированию программ НИР и ОИР для текстильных машиностроительных предприятий, при наладке, эксплуатации и модернизации ТМ типа СТБ(У).

Апробация результатов работы. Основные положения работы доложены и получили положительную оценку:

- на семинарах кафедры «Технологические машины и оборудование»;

- на Всероссийской научно-технологической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль — 2011, 2012). М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина;

- на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые учёные - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК - 2013). Иваново;

- на 65-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ производству». Кострома, КГТУ, 2013;

- на Международной научно-технической конференции «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности». М.: МГУДТ, 2013.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений и библиографии из 108 наименований, изложенных на 210 страницах, из которых 23 занимают приложения, и включает 70 рисунков и 79 таблиц.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Основные функции зевообразующего механизма

Зевообразующий механизм (ЗОМ) осуществляет первую фазу рабочего процесса ткачества. С помощью галев он перемещает основу, образуя пространство - зев, в который прокладывается уток. От работы ЗОМа зависит качество вырабатываемой ткани и производительность ткацкой машины (ТМ). Кроме того надежность и работоспособность ЗОМа является определяющим фактором функционирования остальных тканеобразующих механизмов ТМ и диапазоны их использования.

Конструктивно ЗОМ ТМ состоит из двух механизмов: механизм привода, обеспечивающий заданный технологический закон и передаточного механизма приводящего в движение ремизные рамы (МРД), и тем самым обеспечивая требуемые технологические параметры зева.

Основная функция МРД - обеспечивать устойчивую передачу движения к ремизной раме с ремизками с минимальным искажением заданного закона перемещения задаваемого проводом. Механизм привода, кроме основной функции обеспечения заданного закона, должен преодолевать значительные инерционные и технологические нагрузки. Поэтому, как к приводу, так и к МРД должны предъявляться жесткие требования.

С внедрением бесчелночного ткачества требования к ЗОМу еще более повысились. Это связано с тем, что современные нитепрокладчики на бесчелночных ТМ обладают рядом конструктивных особенностей (малый вес ните-прокладчика, большая длина и гибкость рапир), которые могут приводить к нежелательным последствиям взаимодействия нитей основы с прокладчиком утка.

При выработке ткани различного ассортимента необходимо устанавливать различное натяжение нитей основы для каждого артикула ткани. Натяжение основы зависит от величины угла зева. При уменьшении угла зева снижается натяжение основы, однако при этом уменьшается время, за которое проклад-

чик может без касания с нитями основы двигаться в зеве, что приводит к увеличению скорости его пролета, что в свою очередь вызывает перенапряжение боевого механизма ТМ. Осуществление таких режимов работы требует тщательной наладки параметров зева, индивидуальной установки каждой ремизки и согласования работы ЗОМа с боевым механизмом ТМ.

Высокоскоростная ТМ с микропрокладчиком уточной нити типа СТБ(У), предназначенная для выработки широкого ассортимента тканей для которого требуется обеспечить установку и изменения параметров зева в широких пределах. При этом работа ЗОМа должна обеспечивать максимальную эффективность и минимальную обрывность основы в процессе формирования ткачества.

Анализ литературы, касающихся ЗОМа, показал наличие преобладающего количества источников по исследованию привода, что объяснят важность данного узла как силового органа. В качестве привода используются каретки или кулачковые механизмы. Все исследования приводов были связаны с обеспечением скоростных возможностей ТМ, с точки зрения, передаваемых усилий и получения требуемых законов движения.

1.2. Анализ существующих кинематических схем рычажно-стержневых механизмов привода ЗОМ

Приводной механизм в конструктивно-кинематической схеме МРД может быть внутри остова ТМ, с нижним или верхним расположением. Существует большое многообразие схем МРД, входящие в состав их ЗОМов и применяемых на разных типах ТМ: АТ, АТПР, СТР, СТП, СТБ и СТБУ.

В настоящее время на скоростных ТМ привод ЗОМа расположен с внешней боковой стороны остова. При таком расположении привода используется многозвенный шарнирно-стержневой МРД. Классической схемой является механизм ТМ Бикег [55] и его отечественного аналога ТМ типа СТБ и СТБУ [58, 19, 79]. Кинематическая схема этих механизмов показана на рис. 1.2.1.

ШЯ. ЪШГ

Рис. 1.2.1. Схема зевообразователъного механизма ткацких машин БиЬег и СТБ(У)

Схема представляет собой многозвенный кулачково-рычажный механизм с регулировкой шарнирных соединений Б и Б и изменением длины тяги БВ. Механизм универсален, т.е. может быть использован как с кулачковым приводом так и с ремизоподъемной кареткой. Зевообразующий механизм, построенный по данной схеме, достаточно надежно работает как на широких, так и на узких ТМ. К недостаткам данного механизма можно отнести его многозвенность. В связи с этим для проектирования более скоростных ТМ основной задачей стало поиск решений по сокращению количества звеньев и снижение инер-циальных нагрузок в звеньях мех