автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Обоснование и разработка устройства формирования паковки под крашение при прецизионном способе наматывания

с

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ПАКОВКИ ПОД КРАШЕНИЕ ПРИ ПРЕЦИЗИОННОМ СПОСОБЕ

НАМАТЫВАНИЯ

Специальность 05.02.13 - машины и агрегаты/лёгкая

промышленность /

На правах рукописи УДК 677.023.275

БЕЗДЕНЕЖНЫХ АЛЛА ГЕРМАНОВНА

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -засл. деятель науки и техники РФ, доктор технических наук,

профессор Аносов В. Н.

Научный консультант -к.т.н. Астреин Э.П.

Кострома -1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................4

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.......................................................................................10

1.1. Обзор конструкций нитераскладочных механизмов....................10

1.2. Критический обзор литературы по вопросу о структуре и напряжённом состоянии паковки крестовой намотки......................42

1.3. Постановка задач..................................................................................72

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛОПАСТНОГО НИТЕРАСКЛАДЧИКА......................................................................73

2.1. Исследование процесса перемещения нити лопастным ни-тераскладчиком................................................................................73

2.2. Основные требования к условиям работы нитераскладчика ....85

2.3. Математическое описание и исследование кинематической схемы

лопастного нитераскладчика..........................................................95

2.4. Методика проектирования лопастного нитераскладчика .. 111

2.4.1. Исходные данные.............................................................111

2.4.2. Определение начальных параметров......................................112

2.4.3. Построение теоретического профиля направляющей планки нитераскладчика.........................................................................112

2.4.4. Построение реального профиля направляющей планки ните-

раскладчика...............................................................................113

2.4.5. Анализ спроектированного механизма раскладки нити.......113

2.4.6. Результаты расчёта.....................................................................115

3. НАПРЯЖЁННОЕ СОСТОЯНИЕ ПАКОВКИ КРЕСТОВОЙ НАМОТКИ ПРЕЦИЗИОННОГО СПОСОБА НАМАТЫВАНИЯ НИТИ......123

3.1. Экспериментальное исследование давлений в слое намотки, определение упругих характеристик и плотности слоя намотки...............123

3.2. Экспериментальное исследование распределения послойной плотности намотки в паковках, полученных прецизионным способом наматывания...................................................................................................147

3.3. Анализ результатов исследования распределения послойной плотности намотки в паковках, полученных прецизионным способом

наматывания.................................................................................................155

4. АНАЛИЗ СТРУКТУР И МЕТОДИКА ВЫБОРА ПАКОВКИ ПОД КРАШЕНИЕ.....................................................................158

4.1. Экспериментальное исследование проницаемости паковки под крашение...................................................................158

4.2. Параметры структуры паковки...........................................168

4.3. Методика выбора паковки под крашение...........................181

4.3.1. Исходные данные.............................................................181

4.3.2. Методика выбора паковки под крашение.......................182

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.......................................................................................193

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................196

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................................206

ВВЕДЕНИЕ

Свойства паковок крестовой намотки, полученных при перемотке пряжи и ниток из натуральных волокон, должны удовлетворять требованиям конкретного технологического перехода и, в частности, крашения.

Работающие в настоящее время в России и странах СНГ машины мягкой намотки цилиндрических паковок под крашение с нитерасклад-чиком в виде пазового барабанчика не обеспечивают стабильной и равномерной плотности намотки по радиусу и образующей паковки, имеют зоны ленто и жгутообразования, что приводит к неравномерности циркуляции красильного раствора и, как следствие, к неровноте крашения пряжи и ниток.

Особенно большие убытки промышленность несёт при крашении ниток из натуральных волокон, где основным дефектом является не-прокрас прилегающего к патрону слоя ниток и точечный непрокрас .

Выпускаемые на машинах марок ММ - 150-2, MMJI и МММ -4МН паковки под крашение при скорости намотки от 400 м/мин до 500 м/мин имеют плотность намотки хлопчатобумажных ниток и пряжи лишь от 0,34 г/см3 до 0,38 г/см3, что не способствует повышению производительности красильного оборудования в современных условиях.

В связи с повышением требований к качеству паковок из натуральных волокон, расширением области их применения, стремлением экономного расхода текстильного сырья и красителей предъявляются высокие требования к основным узлам перемоточных машин для паковок под крашение. Одним из этих узлов является приемно - намоточ-

ный механизм. Однако существующие приёмно-намоточные механизмы на высоких скоростях ведут себя подчас неудовлетворительно (потеря контроля нити, недопустимо большое время реверса, грубое обращение с нитью во время раскладки и т. д.), что отражается на товарном виде и качестве выпускаемой паковки. В России в настоящее время не существует общедоступной для использования, гибкой в применении методики проектирования отдельных деталей и узлов нитерасклады-вающего устройства лопастного типа, учитывающей соотношения типоразмеров несущих частей нитераскладчика с параметром рабочей области раскладки нити.

Интенсивное внедрение прецизионного способа наматывания нитей и пряжи из натуральных волокон с применением безынерционных нитераскладывающих устройств даёт возможность получения наперёд заданной рациональной структуры паковки под конкретный технологический переход . Вопросами получения рациональной структуры паковки под крашение пряжи и нитей из натуральных волокон занимались многие учёные в России и за рубежом. В России изучались структура и плотность паковки, напряжённое состояние тела намотки, полученной на мотальной машине марки "ММ-150-2", мотальных автоматах марок "Аутосук" и "АМ-150-К1" и других, на которых раскладка нити проводилась фрикционным способом с помощью нитераскладчика барабан-чикого типа. Паковка имела зоны лентообразования, по мере наработки паковки количество витков в слое изменялось, угол наклона витков к образующей паковки определялся углом подъёма винтовой канавки на нитераскладчике и не менялся по мере роста диаметра паковки, время реверса нити при смене направления раскладки нити на паковке достаточно велико, поэтому разброс значений плотности намотки вдоль образующей паковки составлял до 50% . В результате этого говорить о воз-

можности получения упорядоченной, заранее известной по слоям структуре намотки паковки на машинах этого способа раскладки нити, нельзя.

В связи с этим, изучение структуры паковки, полученной прецизионным способом наматывания, является необходимым этапом создания рациональной структуры паковки под крашение на машинах нового поколения, открывающих возможность повышения скорости наматывания пряжи и ниток до 1500 м/мин, увеличения производительности красильного оборудования при тех же типовых режимах крашения для существующих на предприятиях красильных аппаратов за счёт повышения ёмкости паковок до 30% , а также улучшения качества прокраса паковок.

Актуальность темы диссертационной работы заключается в том, что она направлена на совершенствование конструкции высокоскоростного (свыше 1000 м/мин) безынерционного лопастного нитерас-кладчика, обеспечивающего получение:

- цилиндрических паковок крестовой намотки под крашение высокого качества;

- точной в исполнении структуры наматываемой паковки под крашение за счёт применения рациональных передаточных отношений между нитераскладчиком и телом намотки .

Целью работы является улучшение качества паковок под крашение путём:

- совершенствования конструкции устройства формирования паковки при прецизионном способе наматывания нити;

- выбора рациональной структуры паковки .

В работе в соответствии с общей целью поставлены следующие задачи:

- исследовать процесс перемещения нити лопастным нитерасклад-чиком и сформулировать основные требования к условиям его работы;

- разработать методику проектирования нитераскладывающего устройства ;

- исследовать влияние различных факторов на напряжённое состояние тела намотки;

- исследовать напряжённое состояние тела намотки, учитывающее параметры структуры паковки ;

- разработать методику расчёта рациональной структуры паковки под крашение .

Методика проведения исследований. При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследований, основанные на теории наматывания нити на паковку, механике текстильной нити, математических методах моделирования процесса наматывания нити на паковку, теории напряжённого состояния тела намотки, методах рентгеноскопии и скоростной киносъёмки. Программное обеспечение задач исследования выполнено на языках Паскаль, Турбо-Паскаль с использованием IBM PC.

Научная новизна работы . В диссертационной работе впервые :

- разработана методика проектирования конструкции нитераскладывающего устройства для крестовой намотки с учётом влияния параметров геометрии лопасти и направляющей планки ;

- исследовано напряжённое состояние тела намотки при прецизионном способе наматывания, учитывающее параметры структуры паковки;

- предложена методика расчёта паковок различных структур, позволяющая выбрать рациональную для конкретного технологического перехода стуктуру тела намотки .

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе исследования различных конструкций лопастного нитерасклад-чика и изучения структур паковок, полученных прецизионным способом наматывания нити, была создана методика проектирования конструкции нитераскладывающего устройства для крестовой намотки и методика расчёта рациональной структуры паковки под крашение. Результаты расчётов по обеим методикам использованы :

- при проектировании высокоскоростного приёмно-намоточного механизма, предназначенного для машин прецизионного способа наматывания марок МПМ - 8 и МПМО - 8, которые разрабатывались в АООТ "Костромское СКБ ТМ";

- при выборе рациональной структуры паковки под крашение с увеличенной плотностью тела намотки от 0,43 г/см3 до 0,55 г/см3 для стенда прецизионного способа наматывания, машин прецизионного способа наматывания марок МПМ - 8 и МПМО - 8.

- при разработке специального программного обеспечения для расчёта структур паковок с учётом напряженного состояния тела намотки, полученных прецизионным способом наматывания .

Разработанный пакет прикладных компьютерных программ - методик проектирования нитераскладывающего устройства, расчёта рациональной структуры паковки для конкретного технологического перехода ткацко-приготовительного производства ( в частности, под крашение) внедрён в практику проектирования машин АООТ "Костромское СКБ ТМ".

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку :

- на республиканской научно-технической конференции "Пути совершенствования технологии и оборудования в льняной отрасли текстильной промышленности " ( "Лён - 94 " , г. Кострома, 1994 г.) ;

- на Костромском филиале семинара по теории машин и механизмов Российской академии наук ( г. Кострома, 1995 г., 1998 г.) .

Публикации. Основное содержание диссертационной работы представлено в 7 публикациях.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованных источников и приложения . Общий объём работы составляет 225 страниц, 76 рисунков, 3 таблицы и список использованных источников на 10 страницах , включающий в себя 134 наименования.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор конструкций нитераскладочных механизмов

Стремление производственника к повышению скоростей формирования паковок крестовой намотки, применение машин-агрегатов, способных выполнять ряд последовательных технологических переходов, ставит перед конструкторами - разработчиками задачу создания высокоскоростного приемно - намоточного механизма . Одним из наиболее ответственных узлов этого механизма является нитераскладчик. Многообразие типов нитераскладчиков в зависимости от наличия или отсутствия поступательно движущихся деталей согласно существующей классификации [1], [2] и дополнениям, полученным в результате патентных исследований, можно объединить и сформировать по отличительным признакам в следующие классы :

- инерционные нитераскладчики ;

- безынерционные нитераскладчики ;

- комбинированные нитераскладчики, сочетающие в себе черты инерционных нитераскладчиков и безынерционных нитераскладчиков .

Поскольку повышение скорости формирования выходной паковки крестовой намотки является доминантой в выборе типа нитерас-кладчика, рассмотрим безынерционные и комбинированные нитераскладчики .

Безынерционные нитераскладчики можно объединить в группы :

- раскладчики в виде пазовых ( щелевых ) барабанчиков ;

- раскладчики, в которых используется встречное движение одного или двух ремней или цепей ;

- раскладчики, изготовленные из проволоки, изогнутой определённым образом, в которых нить совершает возвратно-поступательное движение;

- раскладчики в виде пространственной поверхности ;

- раскладчики, выполненные в виде лопастей, пластин, закрылок, крыльев, под действием которых нить ведётся от одного торца паковки к другому.

Комбинированные нитераскладчики могут сочетать в себе элементы всех вышеперечисленных групп раскладчиков.

Рассмотрим каждую группу нитераскладчиков на примерах типичных её представителей.

Пазовые (щелевые) барабанчики традиционно занимают первое место в применении их на мотальных машинах для перемотки хлопчатобумажных ниток и пряжи за счёт простоты своей конструкции. Усовершенствование этих механизмов идёт по пути уточнения профиля паза, лучшего контакта с ним нити, упрочнения рабочей поверхности раскладчика.

На выставке ИТМА-75.В Милане интересную бобинажную машину показала швейцарская фирма " 8сЬагег ". Недостатком этих машин являлось ограничение наработки максимального диаметра паковки при определённом ходе нитераскладочного механизма, так как угол скрещивания витков приходилось поддерживать в определённых пределах. Возвратно-поступательное движение в определённой степени ограничивает частоту вращения кулачкового вала и косвенно максимальный диаметр паковки. Однако не сразу производственники, например фирмы Германии, обратились к прецизионной намотке. Так, фирмы

" Neumag " и " Barmag" (Германия) до сих пор выпускают приёмно-намоточные устройства, реализующие произвольный (хаотический) способ наматывания на паковку синтетических текстильных нитей, технических и жгутовых ковровых нитей. Они работают на скоростях от бООм/мин до 3000 м/мин. Но с целью предотвращения лентообразования на паковке используется система RFR . Она предусматривает постоянные замеры частот и дальнейшую их обработку в микропроцессоре. Нитераскладочный механизм имеет две частоты раскладки, отличающиеся одна от другой на 1% . При критической ситуации лентообразования привод раскладчика переходит с одной частоты на другую. Для повышения скорости раскладки нити на паковку фирма "Barmag" в качестве раскладчика предложила вращающийся ролик. В этом механизме одна канавка для направления волокнистого материала располагается на ролике периферийно таким образом, что канавка начинается от одного конца ролика до другого и возвращается к началу, образуя замкнутую траекторию. Причём, обратная траектория отличается от траектории, направленной вперёд . Ролик фрикционно соединён с паковкой пряжи, его ось параллельна оси паковки и при одновременном вращении ролика и паковки пряжа раскладывается направлением канавки ролика. Когда же пряжа наматывается на паковку с высокой скоростью, она вынуждена двигаться без абсолютного контроля этого направителя посредством канавки ролика, выпадая из неё. Следовательно, этот механизм раскладки пряжи вряд ли может гарантировать стабильную намотку.

Ярким представителем инерционного раскладчика является устройство изобретателя Альберта Зитца (Европейский патент № 0213462) . Нитераскладчик 1 (рис. 1.1.) состоит из нитеводителя 2, нитенаправителя в форме параллелограмма и челнока 3, двигающегося в канавке барабанчика. Направляющие края 4 выполнены в

Рис, 1,1

форме лука с перемычками 5 , которые пружиняще укреплены на ни-тераскладчике. Между направляющими краями находится средняя перемычка 6 . Нитерасклачик жёстко связан с барабанчиком .

Устройство для раскладки нити при наматывании её на паковку ( авторское свидетельство № 2580725 ) было предложено Микуше-вым А.Е . , Регельманом Е .3. .