автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Комплексная динамическая модель текстильной машины с учетом взаимодействия с перерабатываемым материалом

На правах рукописи

ТИТОВ Сергей Николаевич

Комплексная динамическая модель текстильной машины с учетом взаимодействия с перерабатываемым материалом

Специальность:

05.02.13 — Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кострома—2004

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете.

Научный консультант:

заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации доктор технических наук, профессор Кузнецов Георгий Константинович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мазин Лазарь Саулович доктор технических наук, профессор Терентьев Владимир Ильич доктор технических наук, профессор Калинин Евгений Николаевич

Ведущая организация:

Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности (РосЗИТЛП), г. Москва.

Защита диссертации состоится 24 июня 2004 года в 9— часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: г. Кострома, ул. Дзержинского, 17, ауд. Б-106.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан " мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета заслуженный деятель науки Российской Федерации

доктор технических наук, профессор

¿4Ш ывгеш

'¿ГШ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время реальное повышение конкурентоспособности отечественной текстильной промышленности невозможно без ее технического перевооружения на основе современного высокопроизводительного оборудования, реализующего интенсивные, но в то же время щадящие по отношению к перерабатываемому продукту, технологические процессы. Так как современные процессы интенсивны и, как следствие, динамичны, все разработки как научные, так и практические, требуют привлечения методов и средств динамики, как раздела механики. При этом возникает естественная необходимость учитывать взаимовлияние перерабатываемого материала и рабочих органов машины с тем, чтобы обеспечить инженерный поход к проектированию и модернизации текстильного оборудования.

Однако, три научных направлений текстильного профиля — материаловедение, отраслевые технологии и машиноведение — оценивают как свойства текстильных материалов, так и их взаимодействие с рабочими органами машин по-разному. Отсутствует единство как в классификации технологических процессов и в оценке их устойчивости, так и в оценке вязкоупругих свойств текстильных материалов. Существующие вязкоупругие модели текстильного материала не учитывают влияние скорости изменения деформации на динамические параметры механико-технологических систем машин.

Применительно к текстильному машиностроению, для выполнения надлежащим образом всех важнейших этапов инженерного проектирования рабочего органа, механизма, узла, машины или агрегата необходимо знать свойства текстильного материала для того динамического режима, при котором он перерабатывается, и включать этот материал как активное звено в исследуемый или проектируемый объект. Текстильное материаловедение таких методов и средств для измерения вязкоупругих свойств материалов в динамических режимах не предлагает.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью единого комплексного подхода к динамической модели текстильной машины (агрегата, узла, рабочего органа, процесса) с учетом взаимодействия с перерабатываемым материалом. Комплексный подход предусматривает разработку и экспериментальную проверку вязкоупругой модели текстильных материалов и методов и средств измерений их вязкоупругих свойств в динамических режимах, разработку или адаптацию существующих методов и средств частотного и временнбго анализа периодических динамических процессов, характерных для текстильной промышленности, с целью проверки адекватности моделей реальным процессам.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является повышение качества текстильных машин и выпускаемой ими продукции за счет оптимизации их параметров и повышения устойчивости технологических процессов. Для достижения этой цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать комплексную модель текстильной машины, включающую в себя перерабатываемый материал как активное звено, играющее роль вязкоупругого элемента и динамического возбудителя колебаний.

2. Разработать классификацию механико-технологических систем текстильного оборудования как объектов динамики, являющуюся методологической базой для построения динамической модели текстильной машины (процесса, узла, агрегата).

3. Разработать критерии и методику оценки динамической устойчивости технологических процессов.

4. Разработать и проверить экспериментально вязкоупругую модель текстильного материала, включающую в себя зависимость вязкоупругих свойств от скорости и направления деформирования.

5. Разработать методы и средства экспериментального измерения вязкоупругих свойств текстильных материалов в динамических режимах, пригодные для практического применения и создания баз данных.

6. Разработать методику анализа экспериментальных данных периодических процессов в текстильных машинах, включающую в себя методы и средства выявления высокочастотных воздействий от отдельных рабочих органов, предназначенную как для проверки адекватности разработанных моделей конкретным реальным процессам, так и для выявления отдельных компонент этих процессов при их изучении.

Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались теоретическими и экспериментальными методами. В теоретических исследованиях применена методы математического и имитационного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления, теоретической механики, теории механизмов и машин, сопротивления материалов, текстильного материаловедения, теории колебаний, теории упругости, векторной алгебры, дифференциальной геометрии. Решение уравнений выполнено аналитическими и численными методами с помощью стандартных математических пакетов Ма1ЬСА1>-2000 и МАТЬАВ-6.5 V 13 и специально разработанных для этой цели автором программ.

Основные результаты теоретических исследований подвергались экспериментальной проверке в лабораторных и производственных условиях, а также сравнивались с экспериментальными данными других авторов. Эмпирические зависимости получены с использованием серийного и оригинального (разработанного автором) измерительного оборудования.

Обработка экспериментальных результатов проводилась методами математической статистики на ЭВМ с использованием стандартных пакетов регрессионного, дисперсионного и спектрального анализа, а также при помощи специально разработанных автором программ для оцифровки осциллограмм и численного спектрального анализа. Научная новизна. В результате выполненной работы впервые:

• создана комплексная динамическая модель текстильной машины, включающая в себя текстильный материал в качестве активного звена, в структуре которой присутствуют вязкоупругие связи рабочих органов с остовом или другими машинами многодвигательного машинного агрегата, оказывающие, наряду с электродвигателем, решающее влияние на динамику машины, для которой разработана обобщенная модель динамического взаимодействия текстильного материала с рабочим органом;

• разработана классификация механико-технологических систем текстильного оборудования с точки зрения динамики с включением в нее текстильного материала как активного звена, являющаяся методологической базой для построения динамической модели текстильной машины (процесса, узла, агрегата);

• разработана и экспериментально подтверждена концептуальная модель вязкоупругих свойств текстильного материала, в которой влияние вязкой компоненты на усилие деформации зависит от направления деформирования;

• на теоретической модели обнаружен и экспериментально подтвержден эффект смещения положения динамического равновесия колебательной системы, включающей в себя вязкоупругий элемент с нелинейной вязкостью, по отношению к положению статического равновесия в сторону минимума суммы потенциальной энергии и работы диссипатив-ных сил.

• разработаны критерии обеспечения и методика оценки устойчивости технологического процесса в динамическом режиме, учитывающие переменный характер силового взаимодействия рабочего органа с текстильным материалом и динамическое смещение рабочего органа;

• разработаны методы и средства экспериментального измерения вязкоупругих свойств текстильных материалов в режимах динамического сжатия (смятия) и растяжения, пригодные для практического использования с целью создания баз данных динамических свойств текстильных материалов;

• на основе экспериментальных измерений выявлены основные зависимости вязкоупругих свойств текстильных паковок и пряж от динамиче-

ских режимов измерений и статических параметров предварительного на-гружения.

• путем частотного анализа выявлен эффект возрастания натяжения упругой системы заправки в начале фазы закрытия зева, объясняемый перераспределением энергий между главным валом и упругой системой заправки при колебательных процессах в ткацком станке, чем полностью подтверждена структура динамической модели текстильной машины, включающая в себя вязкоупругие связи с остовом через обрабатываемый материал.

• Проверена и подтверждена возможность применения вейвлетов в качестве анализаторов периодических процессов для выявления и локализации высокочастотных и среднечастотных составляющих, не распространяющихся на полный период.

Практическая значимость и реализация результатов.

• Разработанная структура комплексной модели текстильной машины (машинного агрегата, механизма, узла, рабочего органа), включающая в себя перерабатываемый материал в качестве активного вязкоупругого звена и/или динамического возбудителя, и унифицированная модель взаимодействия перерабатываемого материала с рабочим органом позволяют осуществить как анализ технологического процесса с точки зрения динамики, так и синтез устройства.

• Единая система классификации технологических процессов, воздействий на перерабатываемый материал и технологических систем текстильного оборудования как объектов динамики обеспечивает системный подход к исследованию или проектированию технологических процессов, рабочих органов и механизмов текстильного оборудования.

• Нелинейная модель вязкоупругих свойств текстильного материала позволяет провести оптимальное проектирование технологических систем текстильного оборудования и обеспечить устойчивость стационарного рабочего режима.

• Методы и средства для экспериментального измерения вязкоупругих свойств текстильных материалов в динамических режимах обеспечивают получение необходимых исходных данных для расчета (численного моделирования) в рабочих режимах технологических систем текстильного оборудования при их исследовании и проектировании.

• Разработанные методики анализа периодических процессов в текстильном оборудовании по экспериментальным данным, позволяют выявлять и исследовать превалирующие низкочастотные составляющие ко-

лебательных процессов с одной стороны, и их высокочастотные составляющие, не распространяющиеся на весь цикл, с другой стороны.

• Разработанные алгоритмы, программные модули и программы позволяют осуществлять оцифровку осциллограмм и графиков, выполнять спектральный анализ периодических процессов, проводить визуальное моделирование плоских шарнирно-рычажных механизмов и разрабатывать программы синтеза передаточных механизмов с широким спектром применения в научных исследованиях и конструкторской практике.

• Динамическая модель процесса взаимодействия текстильного материала с рабочим органом, методика экспериментального определения вязкоупругих свойств текстильного материала и метод оценки устойчивости рабочего режима были применены при оптимизации конструкции мотального механизма и вытяжного прибора самокруточной прядильной машины ПСК-225-JIO при постановке ее на производство в Костромском СКБ ТМ.

• Системный подход к текстильным процессам как объектам динамики реализован в приспособлении для крепления веретена (АС № 578376), использованного Костромским СКБ ТМ, в способе получения армированной нити (АС № 859496), использованного Киевским заводом «Элек-тробытприбор» и ИПМ АН УССР, в накопителе уточной нити к бесчелночному ткацкому станку (АС № 1516535) и в приводе батана ткацкого станка (АС № 1516538).

• Динамика взаимодействия текстильного материала с рабочими органами машины и спектральный анализ периодических процессов включены в учебное пособие «Динамика текстильных машин» (ISBN 5-8285-0022-8).

• Разработанные автором классификационные структуры, методы разработки динамических моделей, алгоритмы и программное обеспечение широко используется в учебном процессе КГТУ.

Апробация работы.Материалы по теме диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:

- семинаре по «Теории механизмов и машин АН РФ (Костромской филиал)», г. Кострома, КТИ, 1991, 1994 гг.;

- семинаре по «Теории механизмов и машин АН РФ (Костромской филиал)», г. Кострома, КГТУ, 1999, 2001, 2003, 2004 гг.;

- VIII Международной конференции по ТММ, Чехия, г. Либерец, Либе-рецкий технический университет, 2000 г.;

- 2-й Всесоюзной конференции по волоконной оптике, г. Москва, ФИАН, 1979 г.,

- республиканской научно-технической конференции «Современные проблемы механики», Ташкент-Самарканд, ИМ УзАН, 2001 г.;

- научных конференциях КТИ, г Кострома, 1987... 1989 гг.;

- республиканских научно-технических конференциях «Лен-94» и «Лен-96», г. Кострома, КТИ, 1994, 1996 гг.;

- международной научно-технической конференции «Лен-2002», г. Кострома, КГТУ, 2002 г.;

- международных научно-технических конференциях «Прогресс-2002» и «Пиктел-2003», г. Иваново, ИГТА, 2002, 2003 гг.;

- международных научно-практических конференциях «Льняной комплекс России. Проблемы и перспективы» и «Пути повышения конкурентоспособности продукции из льна», г. Вологда, ЦНИИИКАЛП, 2001,2004 гг..

Публикации. По материалам диссертационной работы опуб-

ликовано 35 работ, в том числе 2 книги, 17 статей в журналах и сборниках научных трудов, 4 текста и 8 тезисов докладов на научных конференциях, 4 изобретения.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 192 страницах и содержит 80 иллюстраций, 8 таблиц. Список литературы включает 329 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, определены научная новизна и практическая ценность, рассмотрены методы исследований и результаты апробации работы.

Первая глава представляет собой аналитический обзор состояния изучаемого вопроса.

В классических работах Я. И. Коритысского по колебаниям в текстильных машинах обрабатываемый материал в состав элементов упругих систем нигде не включается и не учитывается влияние вязкоупру-гих характеристик привода на динамику машины. И. И. Вульфсон считает, что основное влияние на динамику текстильной машины оказывают вязкоупругие характеристики двигателя.

Ряд авторов отмечает необходимость учета влияния обрабатываемого материала при решении задач о вибрациях. Это — В А. Гусев.

С Е. Проталинский, С. В. Бойко, В. А. Румянцев, Г. К. Букалов, П. Н. Рудовский, Е Н. Калинин, С. В. Ямщиков и др. Большинство авторов ищут способы подавления колебаний, полагая их нежелательными. С. В. Ямщиков считает, что вибрации интенсифицируют технологический процесс, и предлагает их использование в вибрационном прибое утка.

Большинство исследователей полагает, что текстильный материал в механико-технологических системах машин играет роль демпфера в силу его высокой способности к диссипации энергии. В литературе, связанной с динамическими расчетами текстильных машин и механизмов (Гордеев В. А., Каган В. М., Орнатская В. А., Дицкий А. В., Макаров А. И., Буданов К. Д., Прошков А. Ф. и др.), жесткость текстильного материала при его учете принимается или постоянной или функционально зависящей от деформации. Скорость изменения деформации принимается во внимание лишь при изучении релаксационных процессов. Такой подход характерен как для континуальной (Минаков А. П, Мигу-шов И. И., Меркин Д. Р., Алексеев Н. И., Щедров В. С. и др.), так и дискретной (Проталинский С. Е. и др.) механики нити.

С. Д. Николаев описывает вязкоупругие и релаксационные свойства текстильных материалов моделью Больцмана-Вольтерра, примененной М. А. Колтуновым и А. Р. Ржанициным для описания явлений ползучести в полимерах и металлах при высоких температурах. И. И. Вульфсон, М. 3. Коловский, Я. Г. Пановко, С. Е. Проталинский и ряд других авторов используют модель Кельвина-Фойгта. Во всех вязко-упругих моделях считается, что вязкая компонента всегда проявляется в форме силы сопротивления изменению деформации. Лишь в работах Я. Г. Пановко делается предположение, что величина этой силы может зависеть, при прочих равных условиях, от направления деформирования. Влияние частоты колебательного процесса (высоких скоростей деформирования) на вязкоупругие свойства текстильных продуктов материаловедами не рассматривается.

Классические работы по теории колебаний и динамической устойчивости (П. Аппель, Ж Лагранж, Л. Якоби, Г. Голдстейн и др.) базируются на уравнении Латранжа и оценивают устойчивость системы критериями Ляпунова. При этом, как правило, упругая и вязкая составляющие динамической системы разделены и связаны, соответственно, с потенциальной энергией и работой диссипативных сил. Прикладная теория колебаний и нелинейная динамика машин (И. И. Вульфсон, Г. В. Крейнин, К. В. Фролов, Д. X. Янг, С. П. Тимошенко и др.) оперируют понятием динамической жесткости системы, представляющей собой отношение амплитуды возмущающей силы к амплитуде колебаний. Здесь упругая и вязкая составляющие не разделены, а сама динамическая жест-

кость зависит от инерционных параметров системы и частоты колебательного процесса Этот подход характерен для экспериментальных измерений динамических параметров текстильного материала всеми исследователями, включающими обрабатываемый продукт в состав вязкоупру-гих звеньев механико-технологических систем При этом определяются динамические параметры (собственные частоты, динамические жесткости) именно этих конкретных систем.

В. А. Гусевым при исследовании причин износа направляющих дуг и шляпочного полотна кардочесальных машин было обнаружено, а затем экспериментально подтверждено на специальном стенде, существенное влияние волокна на колебательный процесс в рабочей зоне, где наличие волокна может приводить к увеличению амплитуды вибраций.

Основной целью оптимального проектирования является создание оборудования, обеспечивающего наилучшее качество продукции при наименьших затратах на ее производство. И то, и другое напрямую зависит от уровня обрывности. Шутова Н. Е. характеризует через обрывность устойчивость технологического процесса, а С. Д. Николаев связывает ее со стабильностью процесса. Статистические данные Золотаревского Л. Т. об обрывности основных нитей на ткацком станке свидетельствуют о значительной (до 40 % от общего количества) доле обрывов в зоне между скалом и ремизами, где основные нити еще не подвергались истирающему воздействию галев. М. Н. Лаучинскас и Н. В. Лустгартен приводят данные об еще большей (до 50 %) доле обрывов в этой зоне при выработке чисто льняных тканей (основа В 60 ВЛ, уток Б 96 ВЛ). Объяснение этого факта в литературе по механической технологии текстильных материалов отсутствует.

Очевидно, способность волокон передавать значительные силовые воздействия и повышенная обрывность пряжи до ее нагружения могут быть объяснены лишь специфическими свойствами текстильного материала как вязкоупругого объекта, существенно зависящими от характера деформирования. Очевидно, учет таких зависимостей делает любую колебательную систему существенно нелинейной.

Линеаризация динамических параметров механической системы значительно упрощает расчеты. Поэтому в прикладной литературе методам линеаризации нелинейных систем уделяется большое внимание. Само введение понятия динамической жесткости является, собственно говоря, одним из методов линеаризации. Полезным, особенно при численном моделировании динамических систем на ЭВМ, оказывается метод условного осциллятора И И. Вульфсона. Подавляющее большинство нелинейных систем удается линеаризовать путем замены непрерывных функций свойств системы на соответствующие функции с кусочно-постоянными

параметрами. Такая замена может быть выполнена как для самих функций (метод граничных элементов), так и для их первых производных (метод конечных разностей), с использованием численных методов при решении на ЭВМ. Применительно к механике нити этот подход реализован, например, в работах С. Е. Проталинского.

При этом свойства текстильного материала должны быть определены в таком виде, чтобы эти данные можно было применять в любой динамической модели при одинаковых режимах вне зависимости от инерционных параметров и характера возмущающего воздействия. Представители текстильного материаловедения как классического (Ку-кин Г. Н., Соловьев А. Н.), так и современного (Гусев Б. Н.), методов и средств для таких измерений не предлагают.

Линеаризация динамических моделей зачастую предполагает и линеаризацию внешних воздействий, которые целесообразно представлять в виде суммы простых, чаще гармонических, функций. Здесь следует отметить, что текстильные процессы в подавляющем большинстве цик-личны по своей природе. Следовательно, они могут быть представлены разложением в ряд Фурье. Экспериментальная проверка динамических процессов также связана с их спектральным анализом, основанном на преобразованиях Фурье.

Однако, текстильные материалы обладают высокой способностью к поглощению вибраций, особенно в высокочастотной части спектра механических колебаний. Поэтому кратковременные и интенсивные составляющие колебательного процесса, не распространяющиеся на весь цикл, не могут быть выявлены путем разложения в ряд Фурье. Здесь могут быть применены методы многомасштабного анализа, основанные на вейвлет-преобразованиях, подробно описанных в докторских диссертациях Джиана Лю и Вима Свелденса, методы применения которых описаны В. П. Дьяконовым, В. И. Воробьевым и В. Г. Грибуниным. В текстильном материаловедении вейвлеты уже применены, например, Н. А. Коробовым для оценки неровноты и выявления пороков пряжи.

Из аналитического обзора следует:

• единая система классификации технологических процессов с точки зрения происходящих в них физических явлений отсутствует;

• известные динамические модели механико-технологических систем текстильного оборудования ограничиваются анализом воздействий рабочих органов на продукт и возникающих при этом реакций;

• в основу комплексной модели текстильной машины следует положить предложенную И. И. Вульфсоном динамическую модель машины разветвленной структуры;

• усовершенствованная модель Кельвина-Фойгта, учитывающая, согласно Я. Г Пановко, зависимость усилия деформации от направления деформирования, может служить основой для разработки вязкоупругой модели текстильного материала,

• известно достаточное количество методов и средств для выполнения непосредственного численного моделирования на ЭВМ динамических систем текстильного оборудования, для использования которых необходимо наличие баз данных вязкоупругих свойств текстильных материалов;

• методы и средства для измерения вязкоупругих свойств текстильных материалов, пригодные для создания баз данных, в проанализированных источниках нами не обнаружены;

• следует проверить возможность применения вейвлетов в качестве анализаторов для выявления высокочастотных составляющих периодических текстильных процессов.

Вторая глава посвящена общей оценке текстильных машин и процессов как объектов динамики. Рассматриваются два основных методологических аспекта анализа технологических процессов как объектов динамики — классификация и устойчивость технологического режима

В текстильной практике и науке рабочие органы оборудования подразделяют в зависимости от технологического процесса, несмотря на то, что некоторые процессы, будучи одинаковыми по технологическому назначению и названию, существенно отличаются по характеру физических процессов и воздействий на продукт, а некоторые, наоборот, имеют разные названия, но по сути являются совершенно одинаковыми.

Поэтому в основу классификации положены физические процессы взаимодействия рабочих органов и обрабатываемого продукта. Учитывается, что в процессе технологического взаимодействия не только рабочие органы воздействуют на обрабатываемый материал, но и последний воздействует на рабочие органы, образуя при этом единую механическую систему, которую следует оценивать и с точки зрения влияния нагрузок, и с точки зрения внутренних взаимодействий, определяемых соответствующими динамическими параметрами.

В результате, предлагаемая система классификации представлена четырьмя организационными диаграммами:

- Технологические процессы, где приведена классификация технологических процессов с точек зрения количества технологических воздействий (операций) и пространственно-временных распределений продукта по рабочим зонам машины и технологическим циклам.

- Воздействия на продукт, где рассмотрены виды и источники воздействий с позиций их технологического расположения по рабочим зонам и технологической совместимости с процессами обработки продукта.

- Классификация нагрузок является логически вытекающей из анализа воздействий на продукт и представляет собой структуру связи между технологией и механическими параметрами рабочего органа машины, из нее определяются виды воздействий на рабочие органы, как элементы механической системы.

- Динамические параметры являются продолжением и неотъемлемой частью нагрузок, они определяют силовые и энергетические взаимодействия, протекающие внутри любой динамической системы.

Особенностью предложенной системы классификации является деление воздействий на продукт на необходимые (технологические процессы) и сопутствующие, среди которых в отдельную группу выделены воздействия на перерабатываемый продукт от самого продукта. Последние, возникая в одной рабочей зоне, могут воздействовать на технологический процесс в этой же зоне (прямые), в другой рабочей зоне (косвенные) или осуществлять свое воздействие через изменения параметров движения всей машины (агрегатные). Характер этих воздействий может быть закономерным или случайным.

При анализе того или иного процесса особое внимание следует уделять сопутствующим воздействиям, из которых, руководствуясь методами Г. С. Альтшуллера, можно вредные воздействия преобразовать в полезные, усилить эффект полезных воздействий или создать новые технологические процессы. В качестве примеров можно привести вибрационный прибой утка С. В. Ямщикова или наш способ получения армированной нити по авторскому свидетельству № 859496, получивший практическое применение для выработки многокомпонентных нитей.

При анализе нагрузок следует различать циклические и периодические нагрузки, имея в виду, что периодичность, в отличие от цикличности, предполагает полное совпадение всех параметров процесса по периодам Агрегатные нагрузки, будучи внешними по отношению к анализируемому рабочему органу машины, порождаются другими элементами машины (в том числе и текстильным материалом) и воздействуют на рассматриваемый процесс через приводной вал машины, искажая запроектированные закономерности технологического процесса. Учет или снижение влияния агрегатных нагрузок является одной из основных задач оптимального проектирования.

Обеспечение устойчивости системы (конструкции, машины, механизма, технологического процесса) является, согласно К. В. Фролову, важнейшей задачей оптимального проектирования. Устойчивый оптимальный технологический процесс обеспечивает выпуск продукции регламентированного качества в заданном количестве с минимальными затратами Устойчивость технологических процессов определяется, прежде

всего, неразрывностью технологического взаимодействия рабочих органов с перерабатываемым материалом Эта неразрывность часто определяется как стационарность процесса и вытекает из стационарности кинематических связей в рабочих органах и передаточных механизмах, определяемой структурой механизма.

Поэтому определение устойчивости системы начинают со структурного анализа с целью выявления лишних связей или, наоборот, лишних податливостей для различных положений (рабочего, заправочного), включая такие, в которых система может оказаться под воздействием тех или иных факторов, в том числе случайных.

Расчет параметров системы для стационарного рабочего режима на основе уравнений кинетостатики необходимо проводить с учетом максимально возможных сопутствующих воздействий от обрабатываемого материала и неточностей изготовления и наладки, под влиянием которых силовое равновесие может быть нарушено. С другой стороны, следует учитывать максимально допустимые уровни воздействий со стороны рабочих органов на обрабатываемый материал.

Сопутствующие воздействия, наряду с необходимыми технологическими и их реакциями в рабочих зонах, следует учитывать при анализе динамического равновесия системы, который проводят, сопоставляя максимумы АЧХ системы в диапазонах изменения технологических режимов и параметров с допустимыми перемещениями рабочих органов или их деформациями, обусловленными технологическими воздействиями. При этом учитывают смещение положения динамического равновесия по отношению к положению статического равновесия, определяемое вязкоупругими свойствами перерабатываемого материала Применительно к механизму фрикционного наматывания, необходимо сопоставить диапазоны изменений давления бобины на барабанчик(от до А^тах) с предельными уровнями (от определяющего технологический кон-

такт, до [Л^тах]) для всех значений радиуса бобины (от до /?тах); как это показано на рис 1, где пунктирные линии соответствуют диапазону изменения нормального давления без учета смешения ё, а сплошные — с его учетом:

(1)

АЫ = В-с-(1±3), (2)

где В — максимальная амплитуда колебаний, определяемая по АЧХ;

с — динамическая жесткость

[ли

Рис 1 Изменение нормального давления барабанчика на бобину

Подводя итог общей оценки текстильных машин и процессов как объектов динамики, можно отметить.

• предложенная классификация механико-технологических систем текстильного оборудования, включающая в себя не только прямые технологические взаимодействия рабочих органов с текстильным материалом, но и сопутствующие воздействия, является методологической базой для корректного анализа устойчивости технологических систем и процессов и для постановки и решения изобретательских инженерных задач;

• устойчивость технологического процесса определяется, прежде всего, неразрывностью технологического контакта рабочего органа с обрабатываемым материалом;

• для обеспечения устойчивости технологического процесса необходимо проведение структурного, силового и динамического анализа системы при максимально возможных воздействиях, включающих и воздействия от перерабатываемого материала.

Третья глава оценивает влияние перерабатываемого материала на динамику машины. Здесь текстильный материал рассматривается как вяз-коупругое звено и как динамический возбудитель.

Для оценки влияния текстильного материала на динамику машины необходимо, прежде всего, проанализировать его вязкоупругие свойства, учитывая существенную неоднородность характера деформации, включающей в себя, кроме упругой, пластическую и эластическую составляющие Известно, что после нескольких десятков циклов нагруже-ния пластическая составляющая деформации практически исчезает, а при интенсивных динамических процессах время на релаксацию отсутствует, можно считать деформацию текстильного материала состоящей из двух компонент — упругой с и вязкой /?.

Принимая за основу модель Кельвина-Фойгта, определим, что сила сопротивления деформированию Р определяется величиной деформации q и скоростью деформирования С{ : Р = сц + Щ. (3)

Большинство авторов полагает, что вязкая компонента противодействует изменению деформации совершенно одинаково при нагруже-нии (деформировании) и при разгружении (восстановлении). Это позволяет аппроксимировать петлю гистерезиса эллипсом равной площади, из которой для каждой частоты р колебательного процесса можно определить линеаризованный коэффициент вязкого сопротивления к. Я. Г. Пановко, в отличие от остальных, считает влияние вязкого сопротивления при деформировании и при восстановлении различным, хотя действующих в обоих направлениях. По нашему предположению, вязкая компонента текстильного материала в силу его природных особенностей

может действовать только при нагружении. при разгружении ее влияние на колебательный процесс полностью отсутствует. Возможны два принципиально различных варианта такой модели

1. В положении статического равновесия система не нагружена Поэтому как при положительном, так и при отрицательном отклонении от положения равновесия происходит увеличение деформации материала, при котором имеет место воздействие вязкой компоненты При движении к положению равновесия влияние вязкой компоненты отсутствует (рис. 2).

2 Система предварительно нагружена. При этом величина предварительного нагружения такова, что полной разгрузки системы в процессе колебаний не происходит (рис 3) Очевидно, что здесь вязкая компонента будет действовать лишь при движении в положительном по отношению к направлению предварительной деформации направлении

Для сопоставления этих двух вариантов положим:

- коэффициенты упругого с и вязкого h сопротивления являются постоянными;

- сила вязкого сопротивления зависит только от соотношения направлений перемещения q и скорости q .

При этих допущениях усилия деформации определятся следующим образом- для 1 -го варианта

P=cq+^(\+signqsignq)q'> (4)

- для 2-го варианта

Р=Р0 + cq+^(\ + signq)q ■ (5)

Дифференциальные уравнения вынужденных колебаний:

- для 1 -го варианта mq+~ (l+signg ■ sign q)q + cq = A sin pt; (6)

- для 2-го варианта mq+— (l+sign q)q + cq = A sin pt, (7)

cq, hq I 1

-упругая составляющая cq

- вязкая составляющая Ид

Рис 2 Зависимости составляющих усилия деформации от времени

при гармоническом нагружении для модели 1-го варианта

cq, hq

- > пругая составляющая Cq

- вязкая составляющая hq

Рис 3 Зависимости составляющих усилия деформации от времени при гармоническом нагружении для модели 2-го варианта

где т — масса колеблющегося элемента;

Аир — амплитуда и частота возмущающей силы (при А= 0 получаем уравнения свободных затухающих колебаний).

Для исследования моделей примем их параметры (массу, жесткость и амплитуду возмущения) единичными, что дает и частоту собственных колебаний со = 1 с"1 Решение уравнений выполняем методом Рунге-Кутта 4-го порядка в решателе ос1е45 системы МАТЬАВ, обеспе-» чивающем точность решения 10~6, при нулевых начальных условиях в

диапазонах изменения частоты возмущенияр и динамической вязкости ¡Л = И/2т от 0,1 с 1 до 2 с При моделировании свободных колебаний начальная скорость равна единице при нулевом начальном смещении.

Результаты моделирования представлены примерами графиков колебательных процессов (рис. 4...6), где тонкими линиями показана скорость, утолщенными — перемещение, и фазовых портретов (рис. 7 и 8). По результатам моделирования построены амплитудно-частотные

слева — 1 -го варианта; справа — 2-го варианта

Рис 6 Вынужденные колебания вязкоупругой модели на частоте 2,0 с 1 слева — 1 -го вариан га, справа — 2-го вариан га

слева — 1-го варианта; справа — 2-го варианта

Рис 8. Фазовые портреты колебаний модели на частоте 1,5с1 слева — 1-го варианта, справа — 2-го варианта

Рис 9 Амплитудно-частотная Рис 10 Амплитудно-частотная

характеристика модели 1-го варианта характеристика модели 2-го варианта

Из анализа результатов моделирования следует:

1. Скорость затухания колебательного процесса в 1 -й модели ниже, чем во 2-й (рис. 4), несмотря на то, что с энергетической точки зрения эти модели должны бы быть адекватными, так как количество диссипирован-ной энергии пропорционально заштрихованным площадям на рис. 2 и 3, а эти площади одинаковы.

2. Частоты собственных колебаний модели 1-го варианта растут с увеличением вязкости (рис. 4), тогда как у модели 2-го варианта они остаются неизменными. Отметим, что в известных моделях линейно-вязких систем частоты собственных колебаний с увеличением вязкости снижаются.

3. Для обеих моделей характерно присутствие высокочастотной составляющей в переходном процессе вынужденных колебаний при низких частотах (рис 5), распространяющихся и на установившийся процесс при увеличении вязкости. При этом характер установившихся вынужденных колебаний для этих моделей различен. Различие усиливается с увеличением вязкости.

4. По мере роста частоты возмущения в обеих моделях наблюдается "упрощение" форм колебаний. При этом колебания модели 1-го варианта стремятся к параболическим, а 2-го — к гармоническим.

5. Отличительной особенностью модели 1-го варианта оказывается ударный характер колебательного процесса, усиливающийся с увеличением вязкости (изломы скоростей и разрывы ускорений).

6. Колебания модели 2-го варианта проходят без ударов, но здесь имеет место эффект смещения положения динамического равновесия по

отношению к положению статического равновесия, усиливающийся с увеличением как частоты, так и вязкости (рис 11).

7 Если поведение моделей вблизи резонанса почти одинаково, то в зарезонансной области переходные процессы в модели 1-го варианта завершаются значительно быстрее, чем в модели 2-го варианта (рис. 6).

Рис II Зависимость относительной величины смешения положения динамического

равновесия по сравнению со статическим от частоты возмущения и вязкости Экспериментальная проверка предложенной вязкоупругой модели проводилась для х/б пряжи 25x2 текс на стенде и по методике, описанной в главе 4. Целью эксперимента было выявление эффекта смещения положения динамического равновесия по отношению к статическому, отсутствующего в других вязкоупругих моделях Результаты экспериментального моделирования в форме зависимости амплитуды колебаний величины смещения положения равновесия от частоты возмущения и предварительного натяжения приведены на рис. 12 и 13.

Экспериментальные исследования подтвердили наличие эффекта смещения и, следовательно, возможность применения предложенной нами вязкоупругой модели текстильного материала в динамическом моделировании текстильного оборудования и процессов.

Рис ¡2 Амплитудно-частотная Рис 13 Эксперимешальная зависимость

характеристика относительных смещений динамического

эксперименгальной модели равновесия от частоты и натяжения

Рассматривая текстильный материал как динамический возбудитель (рис 14), отметим, что он может играть роль кинематического, параметрического и силового возбудителя.

Рис 14. Примеры узлов, где текстильный материал служит возбудителем колебаний Вариант 1 — валковый узел (питающие пары машин первичной обработки и прядильно-приготовительного производства, вытяжные механизмы, машины отделочного производства). Возмущающими факторами являются неровнота по линейной плотности (толщине) подаваемого в узел продукта и импульсные нагрузки в любых парах валков. Здесь функция неровноты может быть разложена в ряд Фурье, из которого, путем ранжирования по убыванию амплитуд, отбирают значимые гармоники.

Вариант 2 — игольная планка во всех чесальных машинах и узлах для формирования ленты с игольчатыми полями. В узле возбуждаются вибрации типа автоколебаний, вызываемые неравномерностью усилия чесания и трением, а также возмущения от аномальных явлений (загрязнения продукта, резкие утолщения) В системе проявляются упругие свойства волокнистого продукта, связанные, главным образом, с распрямлением и параллелизацией волокон.

Вариант 3—фрикционный мотальный узел. Возмущающими факторами являются дефекты паковки (эксцентричность, отклонение от геометрических форм, огранка) и колебания натяжения нити в процессе раскладки (характерно для прядильных машин). Характеристики колебаний определяются упруговязкими свойствами паковки в радиальном направлении, зависящими, прежде всего, от плотности намотки.

При наматывании пряжи на бобины на прядильной машине возникают периодические изменения натяжения нити, обусловленные ее дополнительным переменным удлинением в веере раскладки (рис. 15). Величина относительного удлинения зависит от геометрических параметров веера раскладки и мотального барабанчика:

£ =

Рис 15 Схема веера раскладки

где V — опережение наматывания;

Р — угол подъема витков мотального барабанчика, £ — величина проскальзывания бобины по барабанчику; X — положение точки набегания; у — высота веера раскладки.

Далее, зная деформационные (вязкоупругие) свойства наматываемой нити, можно получить зависимость натяжения Р от положения точки набегания х. Силовым возмущающим фактором будет сила Т, являющаяся проекцией силы Р на плоскость, нормальную к оси бобины.

В результате анализа влияния текстильного материала на динамику машины:

• разработана и экспериментально проверена вязкоупругая модель текстильного материала, в которой силовое влияние вязкой компоненты проявляется лишь при увеличении деформации;

• в предложенной модели теоретически выявлен и экспериментально подтвержден эффект смещения положения динамического равновесия по отношению к положению статического равновесия в направлении снижения влияния вязкой компоненты;

• отношение смещения к амплитуде колебаний (относительное смещение) практически пропорционально частоте возмущения и вязкости;

• текстильный материал в механико-технологических системах машин может служить не только вязкоупругим элементом, но и играть роль возбудителя кинематических, силовых и параметрических колебаний.

Четвертая глава посвящена экспериментальным методам измерения вязкоупругих свойств текстильного материала в динамических режимах Для этого исследуемый материал помещается в состав колебательной системы, параметры которой, как и параметры возмущающего воздействия заранее известны. Измеряя параметры вибраций, можно определить характеристики исследуемого материала. Если исходная колебательная система линейна и амплитуды колебаний достаточно малы, то всю систему можно считать линейной, а вязкоупругие свойства материала неизменными для условий испытания

Нами предлагается метод, основанный на двух измерениях амплитуд колебаний при одном и том же исследуемом материале, одинако-

вых режимах и параметрах возмущения, но при разных известных инерционных или упругих параметрах колебательной системы.

Далее путем решения системы двух уравнений, выражающих динамические жесткости через известные инерционные и упругие параметры системы и вязкоупругие свойства исследуемого материала, вычисляются искомые жесткость и вязкость материала. Путем сопоставительного анализа достигаемой точности измерений и возможности однозначных решений систем уравнений выделены два варианта колебательных систем (из возможных шести), один из которых рекомендован для измерений на поперечное (радиальное) сжатие (смятие), второй — на продольное растяжение. При этом определено, что во всех случаях целесообразно использовать вращательное движение колеблющегося инерционного элемента системы.

В результате предложены конкретные методики измерений, схемная и конструктивная реализация измерительных установок, а также математические выражения, позволяющие вычислять свойства исследуемого материала непосредственно через конструктивные и наладочные параметры стендов и режимы испытаний Для измерений при сжатии (смятии) рекомендована система с силовым возмущение от неуравновешенного ротора электродвигателя с регулируемой частотой вращения, закрепленного непосредственно на колеблющемся элементе системы (рис. 16) Для измерений протяженных текстильных объектов при растяжении предпочтительнее применить систему с кинематическим возмущением (рис. 17) и закреплением вращающейся колеблющейся массы непосредственно на исследуемом объекте.

Рис 16 Схема стенда для измерения динамических свойств текста 1ьных материалов и элементов технологического оборудования при радиальном или поперечном сжатии

Рис 17 Схема установки для измерения динамических свойств пряжи при растяжении

а) - при постоянном удлинении,

б) - устройство элементов стенда,

в) - при постоянном натяжении

Результаты измерений вязкоупругих свойств бобины с пряжей в радиальном направлении и х/б пряжи 25x2 текс представлены на рис. 18 и 19.

Рис 18 Результаты измерений вязкоупругих свойств бобины с пряжей в радиальном направлении в динамических режимах

Рис 19 Результаты измерений вязкоупругих свойств крученой ниш 25x2 текс при растягивающей на1р>зке в динамических режимах Отметим, что результаты измерений вязкоупругих свойств бобины с пряжей были нами использованы при анализе и последующей модернизации мотального механизма прядильной машины ПСК-225-ЛО при постановке ее на производство в Костромском СКБ ТМ. Кроме того, методика была использована В А. Гусевым при подготовке докторской диссертации и О. М Волчковым при работе над кандидатской диссертацией. Следовательно, методы и средства измерений вязкоупругих свойств текстильных материалов в динамических режимах разработаны, практически проверены и апробированы.

В пятой главе рассматривается обобщенная динамическая модель текстильной машины с учетом перерабатываемого материала и методы анализа динамических процессов

Обобщенная динамическая модель текстильной машины построена нами на основе предложенной И И Вульфсоном модели разветвленной структуры, включающей в себя замкнутые контуры (класс II, модификация 2), путем добавления вязкоупругих связей рабочих органов

на остов на том основании, что все машины имеют устройства питания и устройства выпуска, через которые, как минимум, обрабатываемый материал или неприводные элементы машины (системы нагружения, проводки, контроля продукта и т. д.) имеют механическую связь с остовом Поэтому в состав обобщенной модели машины (рис. 20) входят электродвигатель, привод, передачи от главного вала к рабочим органам т, включающие в себя передаточные механизмы с функциями передачи П и вяз-коупругие связи (с и И — соответственно жесткость и вязкость) колеблющихся масс как между собой, так и с остовом. Текстильный материал может входить в состав любых вязкоупругих связей.

Рис 20. Динамическая модель машины разветвленной структуры,

включающая в себя замкнутые контуры и вязкоупругие связи через перерабатываемый материал и/или рабочие органы на остов

При соединении машин в многодвигательные агрегаты часть связей с остовом заменяется связями машин друг с другом.

В отличие от базовой динамической модели здесь электродвигатель с его большой податливостью оказывается соединенным параллельно с вязкоупругими элементами, обеспечивающими связи рабочих органов с остовом. Поэтому значительно большую роль начинают играть жесткости этих связей, определяя низшую частоту собственных колебаний машинного агрегата. Так например, для бесчелночного ткацкого станка низшая частота собственных колебаний главного вала по оценке Я. И. Коритысского не опускается ниже 86,5 Гц, рассчитанная по методике И. И. Вульфсона находится в пределах 3,8...6,7 Гц, а имеющиеся в различных источниках результаты экспериментальных измерений дают диапазон значений от 12 до 24 Гц. Учет вязкоупругих связей системы заправки ткацкого станка с остовом через навой, ламельный прибор и грудницу с остовом приводит к оценочным значениям частот собственных колебаний главного вала на уровне 10...30 Гц.

Обобщенная модель динамического взаимодействия текстильного материала с рабочим органом машины представлена схемами при кинематическом (рис 21) и силовом (рис 22) технологических воздействиях и схемой динамического равновесия рабочего органа (рис 23), где рабочий орган имеет, кроме поступательных подвижностей, дополнительную возможность вращения вокруг оси, наклоненной к плоскости прямоугольной системы координат хОу под произвольным углом р

Рис 21 Обобщенная динамическая Рис 22 Обобщенная динамическая модель модель взаимодействия материала с взаимодействия материала с рабочим рабочим органом машины при ки- органом машины при силовом возмущении нематическом возмущении

Моделирование производится путем составления систем уравнений динамического равновесия в проекциях на оси системы координат, включая и ось 2 для вращательного движения рабочего органа.

В систему должны входить уравнения для каждого возмущающего воздействия. Если существует угол охвата (р = (рх ± (р2 продуктом рабочего органа (рис 23), то необходимо учитывать условие отсутствия проскальзывания: v

■

В(хв,ув)

\т

(9)

Фг—Ц

и/или динамического баланса при вращении относительно оси г:

Данная методика нами была ап-

робирована при динамическом анализе мотального механизма. Результаты расчетов реализованы в его модернизированной конструкции, включенной в рабочий проект машины ПСК-225-ЛО.

Рис 23 Обобщенная схема динамического равновесия рабочего органа

При исследовании динамики текстильных машин и процессов используется, как правило, гармонический анализ, основанный на разложении периодической функции в ряд Фурье, применяющийся как при теоретическом анализе динамических моделей, так и при экспериментальных исследованиях. В первом случае гармонический анализ обычно применяют в математических моделях для замены сложного периодического возмущающего воздействия на ряд более простых. Во втором случае — для выявления превалирующих компонент, образующих тот или иной периодический процесс.

Для практического применения гармонического анализа нами разработаны две программы, первая из которых предназначена для оцифровки графических данных (осциллограммы, графики) с высокой точностью (поддерживается разрешение исходного изображения), вторая выполняет разложение функции в ряд Фурье, производит отбор значимых гармоник по заданным критериям (количество, коэффициент вариации, девиация) и последовательное восстановление с представлением результатов в графическом (графики, спектрограммы) или табличном виде.

С помощью этих программ нами проанализированы (рис. 24), с целью проверки адекватности предложенной нами комплексной модели реальным экспериментальным данным, заимствованные из опубликованных источников зависимость частоты вращения главного вала ткацкого станка СТБ У2-180 от угла его поворота (эксперимент выполнен Гордее-вым Н. И. в Чебоксарском СКБ ТМ) и осциллограмма натяжения ткани на станке СТБ-216 из книги «Основы проектирования машин ткацкого про-

Рис 24 Результаты гармонического анализа зависимостей от положения главного вала

а) частоты вращения главного вала ткацкого станка СТБ У2-180,

б) натяжения ткани на ткацком станке СТБ-216

Из результатов гармонического анализа следует, что ткацкий станок работает в дорезонансном режиме, собственные частоты главного вала приблизительно вдвое превышают частоты вращения, а фазовые сдвиги ведущих гармоник таковы, что первые их экстремумы совпадают с моментом прибоя. Минимум кинетической энергии совпадает по фазе с

максимумом потенциальной, накапливающейся в основном упругом звене системы, которым, которым, как мы и предполагали, является упругая система заправки станка. Этот вывод подтверждается дополнительно вторым максимумом ведущей гармоники в разложении натяжения упругой системы заправки, совпадающим по фазе со снижением (согласно циклограмме ткацкого станка) на нее всех внешних силовых воздействий.

На основе принципа неопределенности Гейзенберга гармонический анализ не позволяет выделить из периодического процесса такие его составляющие, которые, в силу своей высокочастотности, быстро затухают, не успевая распространиться на весь период. Здесь мы обратили внимание на методы многомасштабного анализа, основанные на вейвлет-преобразованиях, и проверили возможность их применения для периодических процессов. Для исследования мы использовали осциллограмму изменения ускорения главного вала ткацкого станка СТБ-330 за его оборот, имеющуюся в книге Я. И. Коритысского «Колебания в текстильных машинах», где имееся примечание о влиянии колебаний берда и батана на ускорение главного вала на частоте около 200 Гц, возникающих в момент прибоя. При подборе анализатора мы остановились на вейвлете Хаара с базой 2 по разреженной матрице, обеспечившем достаточное разрешение.

Графические результаты вейвлет-анализа, выполненные при помощи системы MATLAB 6.5 R13, приведены на рис. 25, где ветви, не приводящие к цели анализа, не показаны. Левые колонки цифр соответствуют уровням фильтрации, стрелки, ориентированные влево, соответствуют низкочастотным фильтрам, вправо — высокочастотным, числа по осям аргументов являются условным масштабом времени, которое для всех уровней равно времени цикла. В утолщенных рамках выделены те графики, по которым делаются определенные выводы, а утолщенные стрелки — пути формирования этих графиков.

Выделенный график на 7 уровне своим локальным увеличением амплитуды в момент прибоя указывает на наличие в спектре колебаний ускорения главного вала собственной частоты батана и берда в диапазоне 225...241 Гц, чем подтверждена принципиальная возможность применения дискретных вейвлет-преобразований для анализа периодических процессов в текстильной промышленности с целью локализации высокочастотных составляющих, не распространяющихся на полный цикл.

В результате следует вывод об адекватности разработанной комплексной модели текстильной машины, включающей в себя как вязкоуп-ругие связи рабочих органов на остов, так и текстильный материал в качестве активного элемента вязкоупругих связей.

о

Рис 25. Результаты многомасштабного анализа осциллограммы изменения нормального ускорения главного вала за один его оборот на ткацком станке СТБ-330

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Комплексная динамическая модель текстильной машины включает в себя текстильный материал в качестве активного элемента (вязкоупру-гого звена и/или динамического возбудителя) и вязкоупругие связи рабочих органов с остовом, оказывающие, наряду с электроприводом, решающее влияние на динамику машины, а текстильный материал является силовым, кинематическим или параметрическим возбудителем колебаний.

2. Установлено, что объединение отдельных машин в многодвигательные машинные агрегаты осуществляется путем замены части вязко-упругих связей рабочих органов с остовом на связи машин друг с другом.

3. Предложено в качестве критерия устойчивости технологического процесса условие неразрывности силового или кинематического контакта рабочего органа с обрабатываемым материалом, учитывая переменный характер взаимодействия текстильного материала с рабочим органом и динамическое смещение рабочего органа, обусловленное влиянием вязкой компоненты механико-технологических систем.

4. Рекомендовано оценивать динамическую устойчивость технологического процесса с учетом результатов структурного анализа системы и на основании комплекса признаков, определяющих конкретную механико-технологическую систему, исходя из предложенной нами системы классификации, включающей в себя взаимовлияние перерабатываемого материала и машины.

5. Подтверждена концепция вязкоупругой модели текстильного материала, в которой влияние вязкой компоненты на усилие деформирования проявляется только при увеличении деформации.

6. Установлено, что существует эффект смещения положения динамического равновесия колебательной системы, включающей в себя вяз-коупругий элемент с нелинейной вязкостью, по отношению к положению статического равновесия в сторону минимума суммы потенциальной энергии деформации и работы диссипативных сил.

7. Определено, что зависимость отношения отклонения положения динамического равновесия от положения статического равновесия к амплитуде колебаний от вязкости и частоты колебаний близка к линейной.

8. Выявлено, что ткацкий станок представляет собой колебательную систему с частотой собственных колебаний, в 2...3 раза превышающей частоту вращения главного вала, что обуславливает увеличение натяжения упругой системы заправки в начале фазы закрытия зева.

9. Предложено применение метода многомасштабного анализа на основе вейвлет-преобразований в качестве инструмента выявления и лока-

лизации высокочастотных компонент периодических процессов, не распространяющихся на весь цикл.

10 Рекомендовано применение частотного анализа на основе разложения периодической функции в ряд Фурье с последующим ранжированием и поэлементным восстановлением для исследования низкочастотной части спектра периодических процессов.

11. На основе комплексного анализа возможных методов измерений вязкоупругих свойств материалов в динамических режимах разработаны методы и средства экспериментального измерения вязкоупругих свойств текстильных материалов в режимах динамического сжатия (смятия) и растяжения.

12. Разработан пакет алгоритмов и предназначенная для компьютерного моделирования кинематики и для включения в компьютерные динамические модели машин и механизмов динамическая библиотека передаточных функций плоских шарнирно-рычажных механизмов.

13. Показано, что вязкоупругие связи рабочих органов на остов образуются при непосредственном участии перерабатываемого текстильного материала.

14. Разработан комплект алгоритмов и программ для подготовки исходных экспериментальных данных к частотному или частотно-временному анализу и для проведения частотного анализа.

Публикации, отражающие основное содержание работы Книги

1. ТитовС. Н. Нелинейная механика текстильных процессов. // Монография. — Кострома: РИО КГТУ, 2004. - 144 с.

2. Бойко С В., Кузнецов Г. К., Титов С Н. Динамика текстильных машин: Учебное пособие. — Кострома: РИО КГТУ, 1999. - 88 с.

Статьи

3. Кузнецов Г К, Титов С. Н., Румянцев М А Вибрации самогрузных валиков вытяжных приборов. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1991,№ 1.-С. 101...103.

4. Кузнецов Г К, Кулемкин Ю. В, Титов С Н. Введение в динамический анализ ткацкого станка как машины периодического действия. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2003, № 1,-С. 93...96.

5. Кузнецов Г. К, Курков В. В., ТитовС. Н. О возможности замены трения скольжения в паре "бегунок-кольцо" на трение качения. //

Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2004, № 1, -С. 82...86.

6 Кузнецов Г К, ТитовС Н Свойства волокнистого материала и вибрации в механизмах // Изв вузов Технология текстильной промышленности. — 2000, № 5.

7. Румянцев М А , Кузнецов Г К, Титов С Н, Бойко С В Влияние неровноты продукта на вибрацию нажимного валика. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 1993, № 1 - С. 102... 103.

8. Фарукшин В В, ТитовС Н, Кузнецов Г К. Методы экспериментального определения упруговязких характеристик механико-технологических систем текстильных машин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2003, № 3, - С. 101... 103.

9. Румянцев М А , Титов С Н Исследование работы вытяжного прибора прядильной машины ПСК-225-ЛО. // РС "Новости машиностроения для химических волокон и нитей" — М • Формаш. — 1995, № 3. -С. 25...27.

10. Титов С Н Комплексный анализ причин вибраций мотального механизма прядильной машины ПСК-225-ЛО / Костром, технол. ин-т — Кострома, 1994. - 5 с. Деп. в ЦНИИТЭИлегпром, № 3549 - ЛП.

11. Бойко С. В., Кузнецов Г. К., ТитовС Н. О вероятных причинах возникновения вибраций рабочих органов текстильных машин. // Вестник КГТУ. — 2002, № 5. - С. 59...61.

12. ПогонщиковаЕ П, ТитовС. Н Оценка изгибных колебаний выпускного цилиндра вытяжного прибора многофункциональной прядильной машины //Вестник КГТУ.—2003,№7.-С. 55. .57.

13. Минеев В С, ТитовС. Н. Тканые низкотемпературные электронагреватели на основе армированной нити с токопроводящим сердечником. // Сб. науч. тр. "Новые обогревающие материалы и устройства, методы и технологические процессы их получения". — ИПМ АН УССР, Киев: ОЛ ИПМ, 1979. - С. 77...83.

14. Проталинский С Е, Титов С. Н Имитационное моделирование на ЭВМ ЕС переходных режимов текстильного оборудования. // Современные методы исследования и прогнозирования эксплуатационных параметров текстильных машин: Межвуз. сб. науч. тр. / Костром, технол. ин-т. Ярославль, 1989. - С. 4...9.

15. ТитовС Н Питание токопроводящей нитью плоскофангового полуавтомата. // Повышение эффективности оборудования путем совершенствования конструкций текстильных машин: Межвуз. сб. науч. тр. / Костром, технол. ин-т. Ярославль, 1987. - С. 64...70.

16. Титов С. Н. Современные проблемы моделирования динамических объектов в текстильном машиностроении // Юбилейный сборник научных трудов кафедры ТММ и ПТМ КГТУ. Кострома: Изд-во КГТУ, 1995.-С. 41...47.

17. Баев А Е, Титов С Н. Визуальное моделирование плоских механизмов. // Сб. науч. тр. мол. ученых КГТУ — 2002, Вып. 3. -С. 123...126.

18. ЗауиМ-С, Титов С H, Сокерин H M Кинематический анализ механизма прокладки утка ткацкого станка "Saurer-Diederichs VERSAMAT-2G" (на французском языке). // Сб. науч. тр. НИЛП "Industries Légères" — Алжир, Бумердес: INIL, 1985, № 4. - С. 19. .23.

19. ЗауиМ.-С, Титов С Н., Сокерин H M Процесс прокладки утка на ткацком станке с телескопическими рапирами (на французском языке). // Сб. науч. тр. НИЛП "Industries Légères". — Алжир, Бумердес: INIL, 1985, №4.-С. 55...60.

Материалы конференций

20. Кузнецов Г. К, Гусев В. А., Титов С. Р., Беляев О. Ю. К исследованию колебательной системы "шляпка - волокнистый продукт" в чесальной машине. // Сборник докладов на VIII Международной конференции по ТММ. Чехия, Либерец-2000, - С. 365...370.

21. Кузнецов Г. К, Кулемкин Ю. В., Титов С. Н. О динамике цикловой машины с приводом разветвленной структуры (на примере ткацкого станка). // Доклады и тезисы Республиканской научно-технической конференции «Современные проблемы механики», Ташкент-Самарканд, 29...31 октября2001 г. -С. 392...396.

22. Титов С. H, Тихомиров А Ф., Шитов В. В. Методика определения механических свойств оптических стеклянных волокон. // Сб. "Волоконная оптика. Материалы 2-й Всесоюзной конференции". / ФИАН-ВИМИ, —М.:ВИМИ, 1979. - С. 421...426.

23. Титов С. Н., Тихомиров А. Ф„ Шитов В. В. Механические свойства оптических стеклянных волокон. // Сб. "Волоконная оптика. Материалы 2-й Всесоюзной конференции". / ФИАН-ВИМИ. — М.:ВИМИ, 1979.-С. 426...430.

24. Кузнецов Г. К, Титов С. H, Румянцев M. А Метод оценки соответствия конструктивных параметров вытяжного прибора прядильной машины технологическим. // Республиканская научно-техническая конференция "Актуальные проблемы техники и технологии переработки льна и производства льняных изделий (Лен-96)": Тез. докл. — Кострома: КГТУ, 1996.

25. Титов С Н., Конкурин В. В Пути оценки динамических свойств текстильных нитей при растяжении. // Республиканская научно-техническая конференция "Актуальные проблемы техники и технологии переработки льна и производства льняных изделий (Лен-96)": Тез. докл. — Кострома: КГТУ, 1996.

26 По?онщшова Е П, Титов С Н Расчет изгибных колебаний выпускного цилиндра. // Международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях (Лен-

2002)": Тез. докл. — Кострома: КГТУ, 2002. - С. 27.

27. Титов С. Н. Кинематический метод имитации неравномерности хода главного вала ткацкого станка. // Международная научно-техническая конференция "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Про-гресс-2002)": Тез. докл. — Иваново: ИГТА, 2002.

28. ПогонщиковаЕ П., Титов С. Н., Телицин А. А. //Международная научно-техническая конференция "Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности (Пиктел-

2003)": Тез. докл. — Иваново: ИГТА, 2003. - С. 166... 167.

29. Титов С.Н. Колебания в двуустойчивых механических системах. // Республиканская научно-техническая конференция "Пути совершенствования технологии и оборудования в льняной отрасли текстильной промышленности (Лен-94)": Тез. докл. — Кострома, изд-во Костромского технол. ин-та, 1994. - С. 68.

30. Титов С. Н. Проблемы исследования динамических свойств текстильных материалов. // Международная научно-практическая конференция "Льняной комплекс России. Проблемы и перспективы": Тез. докл. — Вологда: ЦНИИЛКА, 02 марта 2001 г.

31. Титов С. Н. Применение методов многомасштабного анализа для исследования высокочастотных колебаний в текстильных машинах.

// Международная научно-практическая конференция "Пути повышения конкурентоспособности продукции из льна": Тез. докл. — Вологда: ЦНИИИКАЛП, 03 марта 2004 г. Изобретения

32. Титов С. Н. Приспособление для крепления веретена. Авт. свид. СССР № 578376, МКИ Т> 01И7/08, Бюл. № 40 от 30.10.1977 г.

33. Стулов В. В, Титов С. Н., Федоров Ю Б. Способ получения армированной нити. Авт. свид. СССР № 859496, МКИ В01Ы/12, Бюл. №32 от 30.08.1981 г.

34. Титов С. Н Накопитель уточной нити к бесчелночному ткацкому станку. Авт. свид. СССР № 1516535, МКИ Б 03с147/36, Бюл. № 39 от 23.10.1989 г.

35. Титов С Н Привод батана ткацкого станка. Авт. свид. СССР № 1516538, МКИ В 03с149/60, Бюл. № 39 от 23.10.1989 г.

РЫБ Русский фонд

2006-4 8899

Титов Сергей Николаевич

КОМПЛЕКСНАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕКСТИЛЬНОЙ МАШИНЫ С УЧЕТОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫМ МАТЕРИАЛОМ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 11.05.04. Формат бумаги 60x84 1/16 Печать трафаретная. Печ. л. 2,25. Заказ ЗУ8 . Тираж 100.

Редакционно-издательский отдел Костромского государственного технологического университета

156005, г. Кострома, ул. Дзержинского, 17

/

Введение.

1. Аналитический обзор.

2 Текстильные машины и процессы как динамические объекты.

2.1. Классификация технологических процессов как объектов динамики.

2.2. Устойчивость технологических процессов и методы ее оценки.

3. Влияние перерабатываемого материала на динамику машины.

3.1. Текстильный материал как вязкоупругое звено.

3.2. Текстильный материал как динамический возбудитель.

4. Оценка динамических свойств текстильных материалов.

4.1 Общие аспекты экспериментальной оценки вязкоупругих свойств текстильных материалов.

4.2. Особенности измерения динамических свойств текстильных нитей при растяжении.

4.3. Методики измерения динамических свойств текстильных материалов.

4.3.1. Определение вязкоупругих свойств текстильных материалов при поперечном или радиальном сжатии.

4.3.2. Определение вязкоупругих свойств текстильных материалов при продольном растяжении.

5. Динамические модели текстильного оборудования с учетом перерабатываемого материала и методы их анализа.

5.1. Структура динамических моделей текстильного оборудования.

5.2. Обобщенная модель динамического взаимодействия текстильного материала с рабочим органом машины.

5.3. Методы частотной и временной оценки динамических параметров текстильных машин и процессов.

Результаты и выводы.

Актуальность темы. В настоящее время реальное повышение конкурентоспособности отечественной текстильной промышленности невозможно без ее технического перевооружения на основе современного высокопроизводительного оборудования, реализующего интенсивные, но в то же время щадящие по отношению к перерабатываемому продукту, технологические процессы.

Решение этой задачи требует всемерного применения современных научных методов при изучении свойств текстильных материалов и исследовании технологических процессов, а также при разработке новых технологий и проектировании нового и модернизации существующего оборудования. "Важнейшим, направлением является разработка и исследование новых высокопроизводительных технологических процессов и оборудования для их реализации. Совершенствование оборудования .должно базироваться на исследованиях работы отдельных механизмов, узлов, машин и агрегатов с целью обеспечения устойчивой работы на усиленных режимах, при высоком качестве продукции и повышении производительности труда" [11].

Так как современные процессы интенсивны и, как следствие, динамичны, все разработки как научные, так и практические, требуют привлечения методов и средств динамики, как раздела механики. При этом возникает естественная необходимость учитывать взаимовлияние перерабатываемого материала и рабочих органов машины с тем, чтобы обеспечить инженерный поход к проектированию и модернизации текстильного оборудования [74].

Термин "инженерное проектирование" в настоящее время предполагает, согласно К. В. Фролову [174], что ".при конструировании машин и механизмов должен быть осуществлен выбор их оптимальных параметров структурных, кинематических, динамических, эксплуатационных), наилучшим образом соответствующих предъявляемым к ним многочисленным требованиям. .При решении задач оптимального проектирования современные машины следует рассматривать как колебательные системы, находящиеся во взаимодействии с . технологической нагрузкой и работающие в условиях упорядоченного или случайного возбуждения. Поэтому особое значение приобретает исследование динамических свойств (колебаний и устойчивости) проектируемых систем .на основе дальнейшего развития теории нелинейной механики".

При этом важнейшими этапами при проектировании или усовершенствовании любых машин или механизмов являются [174]:

1. Разработка структурных, кинематических, динамических и других моделей, предназначенных, как правило, для обработки в диалоговом режиме "человек-ЭВМ".

2. Проверка адекватности разработанных моделей.

3. Выбор критериев и параметров оптимизации (путем сужения их количества до разумного уровня, позволяющего реализовать задачу оптимизации на ЭВМ).

4. Расчет параметров машин и механизмов с применением разработанных моделей с учетом значимости выбранных критериев оптимизации.

Однако, три научных направлений текстильного профиля — материаловедение, отраслевые технологии и машиноведение — оценивают как свойства текстильных материалов, так и их взаимодействие с рабочими органами машин по-разному. Отсутствует единство как в классификации технологических процессов и в оценке их устойчивости, так и в оценке вязкоупругих свойств текстильных материалов. Существующие вязкоупругие модели текстильного материала не учитывают влияние скорости изменения деформации на динамические параметры механико-технологических систем машин.

Применительно к текстильному машиностроению, для выполнения надлежащим образом всех важнейших этапов инженерного проектирования рабочего органа, механизма, узла, машины или агрегата необходимо знать свойства текстильного материала для того динамического режима, при котором он перерабатывается, и включать этот материал как активное звено в исследуемый или проектируемый объект. Текстильное материаловедение таких методов и средств для измерения вязкоупругих свойств материалов в динамических режимах не предлагает.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью единого комплексного подхода к динамической модели текстильной машины (агрегата, узла, рабочего органа, процесса) с учетом взаимодействия с перерабатываемым материалом. Комплексный подход предусматривает разработку и экспериментальную проверку вязкоупругой модели текстильных материалов и методов и средств измерений их вязкоупругих свойств в динамических режимах, разработку или адаптацию существующих методов и средств частотного и временного анализа периодических динамических процессов, характерных для текстильной промышленности, с целью проверки адекватности моделей реальным процессам.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является повышение качества текстильных машин и выпускаемой ими продукции за счет оптимизации их параметров и повышения устойчивости технологических процессов. Для достижения этой цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать комплексную модель текстильной машины, включающую в себя перерабатываемый материал как активное звено, играющее роль вязкоупругого элемента и динамического возбудителя колебаний.

2. Разработать классификацию механико-технологических систем текстильного оборудования как объектов динамики, являющуюся методологической базой для построения динамической модели текстильной машины (процесса, узла, агрегата).

3. Разработать критерии и методику оценки динамической устойчивости технологических процессов.

4. Разработать и проверить экспериментально вязкоупругую модель текстильного материала, включающую в себя зависимость вязкоупругих свойств от скорости и направления деформирования.

5. Разработать методы и средства экспериментального измерения вязкоупругих свойств текстильных материалов в динамических режимах, пригодные для практического применения и создания баз данных.

6. Разработать методику анализа экспериментальных данных периодических процессов в текстильных машинах, включающую в себя методы и средства выявления высокочастотных воздействий от отдельных рабочих органов, предназначенную как для проверки адекватности разработанных моделей конкретным реальным процессам, так и для выявления отдельных компонент этих процессов при их изучении.

Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались теоретическими и экспериментальными методами. В теоретических исследованиях применены методы математического и имитационного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления, теоретической механики, теории механизмов и машин, сопротивления материалов, текстильного материаловедения, теории колебаний, теории упругости, векторной алгебры, дифференциальной геометрии. Решение уравнений выполнено аналитическими и численными методами с помощью стандартных математических пакетов MathCAD-2000 и MATLAB-6.5 v 13 и специально разработанных для этой цели автором программ.

Основные результаты теоретических исследований подвергались экспериментальной проверке в лабораторных и производственных условиях, а также сравнивались с экспериментальными данными других авторов. Эмпирические зависимости получены с использованием серийного и оригинального (разработанного автором) измерительного оборудования.

Обработка экспериментальных результатов проводилась методами математической статистики на ЭВМ с использованием стандартных пакетов регрессионного, дисперсионного и спектрального анализа, а также при помощи специально разработанных автором программ для оцифровки осциллограмм и численного спектрального анализа.

Научная новизна. В результате выполненной работы впервые:

• создана комплексная динамическая модель текстильной машины, включающая в себя текстильный материал в качестве активного звена, в структуре которой присутствуют вязкоупругие связи рабочих органов с остовом или другими машинами многодвигательного машинного агрегата, оказывающие, наряду с электродвигателем, решающее влияние на динамику машины, для которой разработана обобщенная модель динамического взаимодействия текстильного материала с рабочим органом;

• разработана классификация механико-технологических систем текстильного оборудования с точки зрения динамики с включением в нее текстильного материала как активного звена, являющаяся методологической базой для построения динамической модели текстильной машины (процесса, узла, агрегата);

• разработана и экспериментально подтверждена концептуальная модель вязкоупругих свойств текстильного материала, в которой влияние вязкой компоненты на усилие деформации зависит от направления деформирования;

• на теоретической модели обнаружен и экспериментально подтвержден эффект смещения положения динамического равновесия колебательной системы, включающей в себя вязкоупругий элемент с нелинейной вязкостью, по отношению к положению статического равновесия в сторону минимума суммы потенциальной энергии и работы диссипативных сил;

• разработаны критерии обеспечения и методика оценки устойчивости технологического процесса в динамическом режиме, учитывающие переменный характер силового взаимодействия рабочего органа с текстильным материалом и динамическое смещение рабочего органа;

• разработаны методы и средства экспериментального измерения вязко-упругих свойств текстильных материалов в режимах динамического сжатия (смятия) и растяжения, пригодные для практического использования с целью создания баз данных динамических свойств текстильных материалов;

• на основе экспериментальных измерений выявлены основные зависимости вязкоупругих свойств текстильных паковок и пряж от динамических режимов измерений и статических параметров предварительного нагруже-ния;

• путем частотного анализа выявлен эффект возрастания натяжения упругой системы заправки в начале фазы закрытия зева, объясняемый перераспределением энергий между главным валом и упругой системой заправки при колебательных процессах в ткацком станке, чем полностью подтверждена структура динамической модели текстильной машины, включающая в себя вязкоупругие связи с остовом через обрабатываемый материал;

• проверена и подтверждена возможность применения вейвлетов в качестве анализаторов периодических процессов для выявления и локализации высокочастотных и среднечастотных составляющих, не распространяющихся на полный период.

Практическая значимость и реализация результатов:

• Разработанная структура комплексной модели текстильной машины (машинного агрегата, механизма, узла, рабочего органа), включающая в себя перерабатываемый матер 1ал в качестве активного вязкоупругого звена и/или динамического возбудителя, и унифицированная модель взаимодействия перерабатываемого материгла с рабочим органом позволяют осуществить как анализ технологического процесса с точки зрения динамики, так и синтез устройства.

• Единая система классификации технологических процессов, воздействий на перерабатываем: >1Й материал и технологических систем текстильного оборудования как объжтов динамики обеспечивает системный подход к исследованию или проектированию технологических процессов, рабочих органов и механизмов текст: шьного оборудования.

• Нелинейная мод ел е> зволяет провести оптимал стильного оборудования л режима.

• Методы и средства свойств текстильных мате лучение необходимых ис: вания) в рабочих режима^ ния при их исследовании пэ

• Разработанные мецч стильном оборудовании и исследовать превалируй »: процессов с одной сторон страняющиеся на весь ци вязкоупругих свойств текстильного материала по-ьное проектирование технологических систем тек-обеспечить устойчивость стационарного рабочего для экспериментального измерения вязкоупругих риалов в динамических режимах обеспечивают по-одных данных для расчета (численного моделиро-технологических систем текстильного оборудова-I проектировании. одики анализа периодических процессов в тек-экспериментальным данным, позволяют выявлять щие низкочастотные составляющие колебательных а, и их высокочастотные составляющие, не распро-, с другой стороны. в л

• Разработанные алгоритмы, программные модули и программы позволяют осуществлять оцифровку осциллограмм и графиков, выполнять спектральный анализ периодических процессов, проводить визуальное моделирование плоских шарнирно-рычажных механизмов и разрабатывать программы синтеза передаточных механизмов с широким спектром применения в научных исследованиях и конструкторской практике.

• Динамическая модель процесса взаимодействия текстильного материала с рабочим органом, методика экспериментального определения вязко-упругих свойств текстильного материала и метод оценки устойчивости рабочего режима были применены при оптимизации конструкции мотального механизма и вытяжного прибора самокруточной прядильной машины ПСК-225-J10 при постановке ее на производство в Костромском СКБ ТМ.

• Системный подход к текстильным процессам как объектам динамики реализован в приспособлении для крепления веретена (АС № 578376), использованного Костромским СКБ ТМ, в способе получения армированной нити (АС № 859496), использованного Киевским заводом «Электробытпри-бор» и ИПМ АН УССР, в накопителе уточной нити к бесчелночному ткацкому станку (АС № 1516535) и в приводе батана ткацкого станка (АС № 1516538).

• Динамика взаимодействия текстильного материала с рабочими органами машины и спектральный анализ периодических процессов включены в учебное пособие «Динамика текстильных машин» (ISBN 5-8285-0022-8).

• Разработанные автором классификационные структуры, методы разработки динамических моделей, алгоритмы и программное обеспечение широко используется в учебном процессе КГТУ.

Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:

• семинаре по «Теории механизмов и машин АН РФ (Костромской филиал)», г. Кострома, КТИ, 1991, 1994 гг.;

• семинаре по «Теории механизмов и машин АН РФ (Костромской филиал)», г. Кострома, КГТУ, 1999, 2001, 2003, 2004 гг.;

• VIII Международной конференции по ТММ, Чехия, г. Либерец, Либе-рецкий технический университет, 2000 г.;

• 2-й Всесоюзной конференции по волоконной оптике, г. Москва, ФИАН, 1979 г.;

• республиканской научно-технической конференции «Современные проблемы механики», Ташкент-Самарканд, ИМ УзАН, 2001 г.;

• научных конференциях КТИ, г. Кострома, 1987. 1989 гг.;

• республиканских научно-технических конференциях «Лен-94» и «Лен-96», г. Кострома, КТИ, 1994, 1996 гг.;

• международной научно-технической конференции «Лен-2002», г. Кострома, КГТУ, 2002 г.;

• международных научно-технических конференциях «Прогресс-2002» и «Пиктел-2003», г. Иваново, ИГТА, 2002, 2003 гг.;

• международных научно-практических конференциях «Льняной комплекс России. Проблемы и перспективы» и «Пути повышения конкурентоспособности продукции из льна», г. Вологда, ЦНИИИКАЛП, 2001, 2004 гг.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 35 работ, в том числе: 2 книги, 17 статей в журналах и сборниках научных трудов, 4 текста и 8 тезисов докладов на научных конференциях, 4 изобретения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Комплексная динамическая модель текстильной машины включает в себя текстильный материал в качестве активного элемента (вязкоупругого звена и/или динамического возбудителя) и вязкоупругие связи рабочих органов с остовом, оказывающие, наряду с электроприводом, решающее влияние на динамику машины, а текстильный материал является силовым, кинематическим или параметрическим возбудителем колебаний.

2. Установлено, что объединение отдельных машин в многодвигательные машинные агрегаты осуществляется путем замены части вязкоупругих связей рабочих органов с остовом на связи машин друг с другом.

3. Предложено в качестве критерия устойчивости технологического процесса условие неразрывности силового или кинематического контакта рабочего органа с обрабатываемым материалом, учитывая переменный характер взаимодействия текстильного материала с рабочим органом и динамическое смещение рабочего органа, обусловленное влиянием вязкой компоненты механико-технологических систем.

4. Рекомендовано оценивать динамическую устойчивость технологического процесса с учетом результатов структурного анализа системы и на основании комплекса признаков, определяющих конкретную механико-технологическую систему, исходя из предложенной нами системы классификации, включающей в себя взаимовлияние перерабатываемого материала и машины.

5. Подтверждена концепция вязкоупругой модели текстильного материала, в которой влияние вязкой компоненты на усилие деформирования проявляется только при увеличении деформации.

6. Установлено, что существует эффект смещения положения динамического равновесия колебательной системы, включающей в себя вязкоупругий элемент с нелинейной вязкостью, по отношению к положению статического равновесия в сторону минимума суммы потенциальной энергии деформации и работы диссипативных сил.

7. Определено, что зависимость отношения отклонения положения динамического равновесия от положения статического равновесия к амплитуде колебаний от вязкости и частоты колебаний близка к линейной.

8. Выявлено, что ткацкий станок представляет собой колебательную систему с частотой собственных колебаний, в 2.3 раза превышающей частоту вращения главного вала, что обуславливает увеличение натяжения упругой системы заправки в начале фазы закрытия зева. >

9. Предложено применение метода многомасштабного анализа на основе вейвлет-преобразований в качестве инструмента выявления и локализации высокочастотных компонент периодических процессов, не распространяющихся на весь цикл.

10. Рекомендовано применение частотного анализа на основе разложения периодической функции в ряд Фурье с последующим ранжированием и поэлементным восстановлением для исследования низкочастотной части спектра периодических процессов.

11. На основе комплексного анализа возможных методов измерений вязко-упругих свойств материалов в динамических режимах разработаны методы и средства экспериментального измерения вязкоупругих свойств текстильных материалов в режимах динамического сжатия (смятия) и растяжения.

12. Разработан пакет алгоритмов и предназначенная для компьютерного моделирования кинематики и для включения в компьютерные динамические модели машин и механизмов динамическая библиотека передаточных функций плоских шарнирно-рычажных механизмов.

13. Показано, что вязкоупругие связи рабочих органов на остов образуются при непосредственном участии перерабатываемого текстильного материала.

14. Разработан комплект алгоритмов и программ для подготовки исходных экспериментальных данных к частотному или частотно-временному анализу и для проведения частотного анализа.

1. BarcoVision Textile Product CD v. 2.1. — Barco 1.c., 2003.

2. ITMA-2003. 14th International Exhibition of Textile Machinery // Show Catalogue. — 22 to 29 October 2003, The NEC, Birmingham, United Kingdom.

3. Kusnetzov G., Boyko S. Casual Vibrations of Mechanical Systems of Textintile Machines. // Materials of the 9 World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms — Politecnico di Milano, Italy. 1995. -P. 2857.2861.

4. Lu Jian. Signal Recovery and Noise Reduction with Wavelets

5. Ph. D. Dissertation, Thayer School of Engineering Dartmouth College Hanover, New Hampshire, June, 1993.

6. Picanol. Interactive CD Multimedia Journey. — Picanol NV, 2003.

7. Product of India CD. Machinery&Spares for Textile Industries from India // Show Catalogue for ITMA-2003. — Aakar Expocomm Pvt. Ltd., 2003.

8. Sweldens Wim. The Construction and Application of Wavelets in Numerical Analysis / Ph. D. Dissertation, May 18, 1995.

9. Александров С. А., Кленов В. Б. Формирование ткацких паковок.

10. М.: Легкая Индустрия, 1976.

11. Алексеев Н. И., Статика и установившееся движение гибкой нити.

12. М.: Легкая индустрия, 1970.

13. Алексеев Р. И., Коровин Ю. Н. Руководство по вычислению и обработке результатов количественного анализа. — М.: Атомиздат, 1972.11.