автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование изгибных колебаний планок ремизных рам высокоскоростных ткацких станков

6Ь м-ьнт-г

/

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Н.КОСЫГИНА

На правах рукописи УДК 677.054.838.23

Пекарь Жанна Викторовна

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗГИБИЫХ КОЛЕБАНИЙ ПЛАНОК РЕМИЗНЫХ РАМ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ТКАЦКИХ СТАНКОВ

Специальность 05.02.13 Машины и агрегаты (легкая промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Пчелин И.К.

Москва - 1999

РЕФЕРАТ

Диссертация 140 стр., 37 рис., 4 табл., 79 источников.

РЕМИЗНАЯ РАМА, ИЗГИБНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА, ЖЕСТКОСТЬ.

Исследованы изгибные колебания планок ремизной рамы ткацкого станка типа СТБ, которые возникают вследствие воздействия переменных нагрузок от повышенных скоростных режимов станка. В результате исследования выявлена необходимость в проведении динамических расчетов планок ремизных рам на жесткость.

Для выполнения этих расчетов разработаны динамическая и математическая модели ремизной рамы и идентифицированы их параметры с учетом испытаний на вибростенде. На основе этих моделей составлены программы, позволяющие получать с помощью ПЭВМ амплитудно-частотные характеристики и характеристики колебаний рамы на станке, необходимые при динамических расчетах рамы на жесткость.

Выполнен комплекс теоретических исследований колебаний планки ремизной рамы станка типа СТБ с целью разработки методик расчета планок рам на жесткость.

Перечисленные выше методики в дальнейшем предполагается использовать при проектировании новых конструкций рам высокоскоростных ткацких станков.

Содержание

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

Глава 1. Обзор работ по расчету ремизных рам

1.1 Анализ работ............................................................10

1.2 Обоснование темы исследования....................................42

Глава 2. Динамическая и математическая модели ремизной рамы

2.1 Динамическая модель рамы...........................................44

2.2 Составление дифференциальных уравнений вертикальных поперечных колебаний планки ремизной рамы...................47

2.3 Вычисление коэффициентов влияния...............................47

2.4 Математическая модель рамы с учетом усилий от натяжения нитей основы.............................................................57

Глава 3. Идентификация динамической и математической моделей рамы ткацкого станка типа СТБ

3.1 Содержание экспериментальных исследований.................62

3.2 Экспериментальное определение коэффициентов влияния... .71

3.3 Определение частот собственных колебаний планки рамы ...73

3.4 Определение коэффициентов демпфирования.....................79

Глава 4. Моделирование на ПЭВМ колебаний планок рамы

4.1 Моделирование свободных затухающих колебаний..............81

4.2 Моделирование вынужденных колебаний, получение амплитудно-частотных характеристик .............................86

4.3 Моделирование колебаний ремизной рамы в условиях работы на станке типа СТБ......................................................90

4.4 Пример расчета планок рам высокоскоростных ткацких станков на жесткость при динамических нагрузках .....................103

Общие выводы..........................................................................106

Список использованных источников..............................................108

Приложение.............................................................................115

Введение

Ремизная рама является исполнительным и несущим органом зевообразовательного механизма и в процессе ткачества испытывает большие технологические нагрузки от нитей основы и динамические нагрузки от скоростных режимов ткацкого станка. Поэтому жесткость деталей ремизных рам и элементов их соединений определяют точность передачи закона движения нитям основы при зевообразовании, уровень обрывности нитей основы, качество вырабатываемой ткани, простои ткацкого станка и, следовательно, его производительность.

До последнего времени при расчетах ремизных рам ткацких станков на прочность, и жесткость учитывали только их статическое нагружение наибольшими величинами сил от натяжения нитей основы. При модернизации станков с целью повышения производительности путем увеличения скорости вращения главного вала, рассчитанные таким способом рамы, оказались неработоспособными. Как отмечается в отчете [50], при частоте вращения главного вала 350 об/мин и более происходят недопустимые изгибные колебания планок рамы и, как следствие, увеличение нагрузки на раму. В результате циклического действия динамических нагрузок возникают переменные напряжения, которые приводят к поломке планок, узлов крепления боковины с планкой, разладке ремизного механизма. Вследствие этого, появилась необходимость проводить расчеты рамы не только на статические, но и на динамические нагрузки. Отсутствие же на современном этапе методик расчетов планок ремизных рам на жесткость применительно к высокоскоростным ткацким станкам снижает эффективность конструкторрко-технологических работ.

Современные ремизные рамы должны выдерживать большие динамические нагрузки при эксплуатации, обладать минимальной массой и пониженной металлоемкостью, технологичностью, быть удобными и

простыми в обслуживании, безопасными, не ограничивать технологических возможностей станка.

Решение задачи расчета рам на динамические нагрузки позволит повысить производительность ткацких станков за счет улучшения жесткостных характеристик ремизной рамы, что обеспечит снижение обрывности нитей основы и позволит уменьшить время простоев станка при замене вышедших из строя ремизных рам.

Актуальность темы. Работа выполнялась по госбюджетной тематике в соответствии с планом по теме №95-673-25 " Исследование динамики механизмов и машин текстильной промышленности с целью совершенствования их конструкций". Ремизные рамы до последнего времени рассчитывались только на статические нагрузки. При модернизации станков с целью повышения производительности путем увеличения скорости вращения главного вала, рассчитанные таким способом рамы, оказывались неработоспособными. Расчеты на динамические нагрузки не проводились. Появилась необходимость исследовать изгибные колебания планок рамы, которые возникают вследствие действия на планки рамы динамических нагрузок от скоростных режимов работы ткацкого станка. Поэтому стало актуальным рассчитывать рамы высокоскоростных ткацких станков также и на динамические нагрузки. Эти расчеты и выполняются в диссертации.

Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование изгибных колебаний планок ремизных рам высокоскоростных ткацких станков типа СТБ и проведение динамических расчетов рам на жесткость.

Первой задачей настоящей работы является идентификация структуры динамической и математической моделей ремизной рамы путем

N.

экспериментальных исследований и моделирования на ПЭВМ.

Второй задачей - является выполнение комплекса теоретических исследований колебаний планок ремизных рам с использованием ПЭВМ для проведения динамических расчетов на жесткость и выдача научно-практических рекомендаций по использованию полученных результатов в научно-исследовательских и конструкторско-технологических

организациях.

Для выполнения динамических расчетов необходимо создать динамические и математические модели рам, провести экспериментальные исследования колебаний планок рамы на вибростенде, позволяющие идентифицировать параметры динамической и математической моделей, разработать программы для моделирования колебаний на ПЭВМ и провести необходимые теоретические исследования.

В процессе исследований и реализации работы было необходимо: -разработать динамические модели рам и идентифицировать их динамические и математические модели с учётом испытаний на вибростенде;

-на основе этих моделей составить программы, позволяющие получать с помощью ПЭВМ амплитудно-частотные характеристики и характеристики колебаний рамы на станке, необходимые при динамических расчетах рамы на жесткость;

-провести комплекс теоретических исследований колебаний планки ремизной рамы станка СТБ с целью разработки методик расчета планок рам на жесткость.

Общая методика исследования. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования изгибных колебаний планки ремизной рамы высокоскоростного ткацкого станка типа СТБ. Достоверность теоретических положений проверялась в ходе экспериментов и моделирования.

Экспериментальные исследования влияния динамических и статических нагрузок, действующих на планки ремизной рамы, проведены на вибростенде ВЭДС-100, специально оснащенном для этой цели дополнительными устройствами с применением тензометрической и осциллографической аппаратуры.

Динамические и математические модели рамы составлены методами теоретической и строительной механики. Идентификация математической и динамической моделей проведена на вибростенде в лаборатории кафедры теоретической механики и моделированием на ПЭВМ. Программы для моделирования на ПЭВМ колебаний планок ремизной рамы составлены на алгоритмическом языке Fortran 77 и RM Fortran, при этом были использованы программы и методика, разработанные на кафедре теоретической механики МГТА.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

- разработаны методы статической и динамической идентификации моделей ремизных рам ткацких станков и выполнена идентификация модели рамы ткацкого станка типа СТБ;

- получены экспериментальные амплитудно-частотные характеристики ремизной рамы испытаниями на вибростенде;

- проведены динамические расчеты планок ремизных рам на жесткость моделированием на ПЭВМ.

Практическая ценность. Результаты экспериментальных и теоретических исследований изгибных колебаний планок ремизных рам позволяют дать рекомендации по проведению динамических расчетов рам на жесткость моделированием на ПЭВМ с целью сокращения сроков и улучшения качества проектно-конструкторских работ при проектирования новых ремизных рам и рам модернизируемых высокоскоростных ткацких станков.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных конференциях профессорского преподавательского состава МГТА им. А.Н.Косыгина в 1996-1998 годах; на всероссийских научно-технических конференциях "Современные технологии текстильной промышленности" (Текстиль-96, Текстиль-97, Текстиль- 98).

Объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, выводы, приложение, изложена на 140 страницах, включая 37 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 79 работ отечественных и зарубежных авторов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей.

Основные условные обозначения

Ш}— приведенные массы дискретной модели, 1 = 1,2,3,4; у - плотность материала планки;

- коэффициенты демпфирования, 1 = 1,2, 3, 4; 5ц - коэффициенты влияния;

8,ц - коэффициенты влияния от действия натяжения нитей основы; Су- коэффициенты жесткости;

Н - ускорение рамы в функции угла поворота главного вала, задаваемое

ремизоподъемным механизмом; Е - модуль упругости материала планки;

1Х - момент инерции площади поперечного сечения планки рамы; 1,1 - длины пролетов, {= 1, 2, 3,4;

У1, У2, Уз и у4 — обобщенные координаты модели верхней планки рамы;

фг - относительный угол поворота главного вала на участке одного оборота;

Р® - усилия от натяжения нитей основы;

п - число пролетов;

13 - длина передней части зева;

131 - длина задней части зева;

Тшах - максимальное натяжение нити основы;

Тдщ' минимальное натяжение нити основы;

А1щах - максимальное удлинение нити основы;

И т - максимальное перемещение галев;

к3 - коэффициент асимметрии зева;

И, Ь, ё - высота, ширина и толщина профиля сечения планки (см. рис.4.4.1);

кп - число нитей основы;

т| - коэффициент динамичности;

со - угловая скорость главного вала;

а - угол раскрытия зева.

Глава 1. Обзор работ по расчету ремизных рам 1.1 Анализ работ

Работы, посвященные конструкции ремизных рам, силовому анализу и расчету по характеру представленной информации можно разделить на четыре группы:

- информационную, в которой дается лишь констатация фактов наблюдаемых при работе ремизных рам;

обзорную, в которой указываются источники информации, посвященные конкретному вопросу;

- частного характера, в которой рассматриваются результаты экспериментальных или теоретических исследований отдельных конкретных случаев работы ремизных рам, не позволяющие оценить эксплуатационную надежность их в полном объеме;

- фундаментальную, в которой описываются результаты теоретических и экспериментальных исследований и делаются необходимые выводы и обобщения.

Работы выполнялись большим числом исследователей: Дживанов К., Кулемкин Ю.В., Пчелин И.К.,Селиверстов А., Талавашек Н., Терентьев В.И., Трифонов К. и др.

Информационная группа.

Исследования, проведенные в статьях [24,15,62] посвящены описанию работы ремизоподъемного механизма ткацких станков типа СТБ. В частности, в статье [24] описана конструкция ремизной рамы ткацкого станка типа СТБ с заправочной шириной 216 см, а также приведен расчет числа галев для различных их зон.

В работе [70] предложены решения вопросов по уменьшению времени набора галев с открытым циклом на ремизной раме без замков для крепления галевоносителей путем разработки направляющих ТЛАЬШТЕХ и

ТИАК БЕХТИА; по рациональному хранению резервного количества ремизных рам и др.. Работа носит описательный характер и не содержит в себе результатов конкретных теоретических и экспериментальных исследований.

В статье [76] описан принцип работы ремизных рам; рассмотрено влияния отдельных факторов на процесс ткачества, на основании анализа которого даны рекомендации по улучшению и обеспечению стабильности работы ремизных рам путем конструктивных решений деталей и узлов рамы.

Авторы акцентируют внимание, в основном, на следующих факторах: конструктивном исполнении ремизных рам (жесткость и прочность соединений боковин с планками, вес ремизных рам, габариты и материалы деталей рамы) и чистоте зевообразования. В частности, указывается, что уменьшение веса ремизной рамы позволяет снизить ее инерционную массу и тем самым уменьшить износ приводных замков и всего ремизоподъемного механизма. Эффект увеличения срока службы достигается также путем повышения жесткости и прочности узлов соединений ремизных рам, увеличения ширины галевоносителей.

Статья базируется на опыте работы в текстильной промышленности, теоретические и экспериментальные исследования отсутствуют. Достоинством данной статьи является то, что авторами сформулированы требования к характеру движения ремизой рамы, т.е. к выбору рациональных законов ее движения.

Обзорная группа. В работе [77] представлены результаты исследований механических свойств ремизной рамы с различными конструктивными исполнением и материалами ее элементов. На основе проведенных исследований делается вывод о необходимости применения более прочных боковин для придания большей жесткости ремизной раме, дается перечень различных групп ремизных рам (по типу ткацких станков;

по виду перерабатываемых волокон; по типу галев; по конструкции ремизных рам).

В обзоре [13] приведена классификация конструкций ремизоподъемных кареток, рассмотрен ряд проблем, возникающих при создании и внедрении скоростных кареток, анализируются расчеты их кинематических и динамических характеристик, определяются силы, действующие на ремизную раму:

I

К-0-¥ин + ¥тр=0, (1.1.1)

где К - равнодействующая распределенной нагрузки от нитей основы;

О - вес ремизной рамы и галев;

Бил - сила инерции (ремизной рамы, галев);

Бтр - сила трения.

В работе рассмотрен частный случай действия сил на ремизную раму при работе с кареточными ремизоподъемными механизмами. Данный расчет используется для выбора замыкающего звена (пружины), а также для определения нагрузки на ножи каретки.

В статье [79] дана обобщенная картина нагрузок ремизоподъемного механизма челночных, микрочелночных и пневматических ткацких станков с учетом основных действующих сил.

При определении нагрузок на ремизоподъемный механизм авторы обращают внимание на факторы, которые, по их мнению, наиболее существенно влияют на величину напряжений и деформаций - число оборотов главного вала, натяжение нитей основы, величину перемещения ремизной рамы и привода. Взаимодействие всех этих факторов авторами дается приближенно.

Инерционная нагрузка представлена ими уравнением:

D = mR * а,

(1.1.2)

где ihr - масса всех движущихся элементов механизма; а - ускорение ремизной рамы.

Результирующая нагрузка на ремизную раму представлена зависимостью:

Р = К!*П2, (1.1:3)

где Ki - коэффициент, учитывающий соотношение плеч ремизоподъемного механизма; п - число оборотов главного вала.

На основании анализа полученных данных, хорошо коррелирующихся с данными замеров, авторы делают вывод, что решающим фактором в нагружении ремизоподъемного механизма являе