автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Обоснование конструктивных и технологических параметров веретен для формирования многокомпонентных нитей

4

РР8 ОД

-; ^-,. на правах рукописи

— ¡-Л -о

УДК 677.052.49(038.8)

КОПНИН ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕРЕТЁН ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ НИТЕЙ.

Специальность - 05.02.13.

Мягаинч и агрегаты (лёгкая промышленность).

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кострома - 1598

геСота выполнена а Костромском государственном технологэтескс университете.

Научный руководитель:

заглуленныи деятель науки и техник.:' РСТСР, доктор технических наук, профессор Кугнецсз Г.К.

Официальные оппснен+ы:

доктор технических наук, профессор, Мсвшович П.М.,

кандидат технических наук, гсцент, Разин С.К.

Ведущее предприятие:

Акционерное общество открытого типг "Егорьевский завод асбестовых технических изделии".

6 " 155,5 г. в /I 90

Защита состоится " и " ¿'/с'мг1595 г. в /<. часа: на заседании диссертационного совета К 082.39.01 при Ксстромс-ксм технслсгическсм университете по адресу: 155005, г.Ксстрома, уд.Дзержинского. 17.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке Костромскогс технологического университет^.,

. . Л. > . - . .. А Л.1 ___

г.

яслоглческогэ университета.. Автореферат разослан " у " сЖ/ис^Я 1338

Ученый секретарь диссертационного совета, ¿Г. доктор технических наук, прсфессор

Ссркин А.П.

СЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Механизм сиеплення автомобиля предназначен для кратковременного разобщения двигателя от трансмиссии при пуске двигателя, переключения передзч и торможения, а также для плавного соединения двигателя с трансмиссией при троганки с места л после переключения передзч. Кроме того, сцепление 'предохраняет грннсмисапо от нагрузок, возникающих при неравномерном движении автомобиля по неровностям дороги.

Материалы для трущихся деталей фрикционных муфт сцепления деляны отвечать следуюппм основным требованиям:

- высокий и по возможности постоянный по Ееличнне коэффициент трения;

- стойкость против обугливания при воздействии высоких температурах;

- высокая износостойкость;

- нечувствительность к влиянию смазочных масел и воздействии высоких температур;

- достаточная прочность и способность хорошо прирабатываться;

- высокая стойкость против заедания рабочих поверхностей;

- высокая теплопроводность, обеспечивающая отвод тепла от трущихся поверхностей.

Следует отметить и такие требования, как хорошая обрабатываемость, малая стоимость и не дефицитность материала.

Современные фрикционные материалы являются гысоконаполненными композициями, состоящими из связующего композита, в качестве которого используют каучук:: и смолы и армирующего компонента пли наполнителя, тлеющего волокнистую структуру. Армирующие наполнители, обладая еолокнистой структурой, придают материалу необходимую механическую прочность.

Наиболее распространенным армирующим наполнителем фрикционных материалов является, на сегодняшний день, асбест. Асбест, представляющий собой мсяскриствллкческий минерал, придает фрикционному материалу теплостойкость и прочность, при этом сам обладает низкой аСразивностью. Однако, несмотря на относительно высокую термостойкость асбеста, продукты его разделения были обнаружены в

продукта:-, лг-ксса тсрмсзнь::-; колодок и хрикцпонных накладок. Самым большим недостатком асбеста, как наполнителя, является опасность для здоровья людей, пзгстазлизакапх ил;: экспл73тиру:о:циу. материалы и изделия к а его основе, из-за высокой канцерогеннсстл ас?» ста.

2 настоящее время, в связи с псзгаекхем требований к гасите окрудаяпей среды от применения асбеста Са ряде европейских стран с 1930 года асбест полностью изымается из переработки и запрещается применение асбестовых изделий), изыск: :захтся нсвые зсдокнис-тке наполнители. Окп должны обеспечивать достаточно высокие эксплуатационные показатели фрикционных матерпалев и улучшать экологическую обстановку как з производственных помещениях заводов ао-бесто-яехшЫеских изделий (АТИ). так л з городах с их всевозрастающими 'автотранспортными потоками.

В Костромском государственном технологическом университете разработан метод получения комбинированных нитей для безасбестс-вых фрикционных дисков сиепления на базе прядилькс-крутлльноп машины. Нить многокомпонентна:

- в качестве основного армпрукщего компонента используют высокопрочное, термостойкое волокно - стеклоровинг;

- волокнистый компонент из натуральных или химических волокон,обладающих повышенной адгезией к овягуктаму;

- для увеличения фрикционных свойств л улучшения рассеивания тепла в качестве прикручиваемого ксмпанента ввсдят медку:о (латунную) проволоку диаметром 0,15-0,20 мм.

Однбй из основных задач модернизации прядильне-крутильной машины является обеспечение стабильной и долговечной работы узла кручения (полого веретена) в экстремальных условиях.

Актуальностьчнастсящей работы заключается в обосновании возможности использования серийно выпускаемого оборудования, проходного веретена прядильно-крутильнсй машины в производстве комбинированных нитей для экологических чистых фрикционных изделий,обладающих повышенными техш1ко-эконсмическ::ми показателями.

Диссертационная рабога выполнена з соответствии с планом научно-исследовательских работ ВНИЛАТН '.г.Ярославль) з рамка:-: постановления СМ СССР от 13.03.39 Г. (ГР 01850045129, ГР 01830084559ГР 01500063202), с планом научно-технического развития Егорьевского завода АТИ на 1992 год (тема Ю-КИ-52), инновационного проекта "Армированная нить" шифр 10.05., 13&2-1534 г.г.,

■ч М *

иновационного научно-технического проекта "Комбинированная, нить", Н 5.19.1 1995-1996 г.г.

Еель и задачи исследовании. Целью настоящей работы является изыскание услоеий обеспечения стабильной и долговечной работы веретенного угла прядильно-крутильной машины в производстве комбинированной нити для безасбестовых фрикционных материалов. Для достижения указанных целей в работе поставлены задачи:

1. Еыбрзть, и при необходимости, модернизировать оборудование для получения комбинированной нитей из безасбестовых фрикционных изделий.

2.Выбрать типоразмер проходного веретена для установки паковки с медной (латунной) проволокой.

3. Выбрать вид и обосновзть парзметры формирования паковки с мед-• ной (латунной) проволокой в производстве комбинированных нитей

для безасбестовых фрикционных изделий.

4. Определить механические характеристики проходного веретена в производстве комбинированных нитей :

- жёсткость опор проходного веретена;

- зону рабочих частот;

- долговечность опор;

- энергию, потребную для привода проходного веретена с установленной на нем поковкой с медной (латунной) проволокой.

5. Исследовать процесс схода медной (латунной) проволоки с проходного веретена прядильно-крутильной машины.

Методы исследования. В работе использовались основные положения теории упругости, теоретш-тской механики, прикладной математики. методы математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились с использованием оригинальных и серийных текстильных испытательных приборов.

Расчеты поводились на ЭВМ с использованием специальных и стандартных программ.

Научная новизна. В диссертации приведен теоретический анализ динамики веретен типа ВПК с полой втулкой с учётом значительного изменения массы паковки.

Доказана возможность использоевния проходного веретена ЕПК

- а -

32-55-140 с масой паковки, увеличенной в три раза, без уменьшен« долговечности.

ВперЕые для веретена типа БПК на двух разделённых упруги опора:-: с изотропной характеристикой жёсткости, (в нераземкм корпусе) , определена жёсткость опер. Полученные результаты позволил сделать еывод о равнопрочности гнезда и необходимы для теорет:: ческих расчётов.■

Впервые исследован процесс схода медной (латунной) проволок, с проходного веретена прядильнс-крутильной машины, разработан, конструкция баллоноограничитетеля.

_ Практическая ценность работы и реализация результатов. В результате пррведенных исследований:

- обоснованы '"параметры формирования и переработки паковки с медной ' (латунной) проволокой в■производстве комбинированных нктез для ¿езасбестовых фрикционных изделий;

- модернизирована машина перемоточная МП-220 для формирования паковки о медной (латунной) проволокой, разработан технологический рем™ для перематывания проволоки;

- создан опытно-промышленный образец машины ПКФ-100 МЗ для производства комбинированной нити для безаебестовых фрикционных накладок;

- разработаны и внедрены технологические режимы производства комбинированной нити для безабестовых фрикционных накладок;

- разработаны и утверждены в установлением порядке технически? условия на комбинированную нить для безабестовых фрикционные накладок;

- на Сазе опытно-экспериментального производства КГГУ организован опытный участок по выпуску комбинированной нити для безасбестовых фрикционных накладок объемом до 200 тонн в год;

- комбинированная нить в объеме 70,5 тонн поставлялась на Егорьевский ззеод АТИ для выпуска фрикционных накладок' дисков сцепления к автомобилям ВАЗ 2108, 2109, 2106, 21010 (объем выпуска изделий свыше 1100 тысяч штук). Опытней партия нити поставлялась на АО "Фритекс" (завод АТИ г.Ярославль), Ленинградский завод АТИ, Тамбовский завод АТИ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из

4

*

' -I- I

ЗЕедекпя. о глав, облшх выводов, списка использованных источников и приложения. Сбзшй объем работы 1Е0 страниц. Основное содержание работы 142 страшны машинописного текста. 45 рисунков, 12 таблиц л список использованных источников на 8 страницах, включающих 57 наименование«. Приложение содержит 9 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности 'работы, формули- ! ровку цели и задач исследований, научной новизны и практической ценности полученных результатов.

В первой главе представлен .анализ существующих способов изготовления фрикционных накладок сцепления и тенденции развития этой технологии. Показано, что лучсими эксплуатационными показателями обладают фрикционные материалы намотанного типа. Дана краткая характеристика способов производства комбинированных нитей и • сырь-еЕСго состава комбинированной нити для безасбестовых фрикционных изделий.

Подробно описаны способы производства стержневых нитей на лрядиль но-крутиль ной машине по авторским свидетельствам N 559496, 1194920. На основе данных способов был разработан нсвый способ и технология получения комбинированной нити, подтвержденная авторским свидетельством СССР N 1750241.

За базовую модель была принята прядильно-крутильнал машина ПК-10С> МЭ, серпинс выпускаемая заводом "Таштекмаш". По технологии на проходное веретено пр-ягильно-крутильнсй машины должна устанавливаться паковка с прикручиваемым компонентом: медной или латунной проволокой диаметром 0,15-0,20 мм.

Лз анализа литературных источников установлено, что паковка не является стандартной и никогда ранее на веретено прядиль-но-крутильной машины не устанавливалась.

3 связи с вышеизложенным, основной целью работы являлось изыскание условий обеспечения стабильной и долговечной работы узла кручения (веретена типа ВПК) в производстве комбинированных нитей для безасбестсвых фрикционных изделий. В главе сформулированы задачи исследования, конкретизирующие основную цель работы. Во второй главе дана общая характеристика веретён на деух раздельны:-: упругих опера;-: с изотропной характеристикой жёсткости

и проведено определение характеристик и режимов наматывания паковок с медной \латунной) проволокой.

Исследованы механические свойства медной (латунной) провело«! и слоя намотки из нее - модуль упругости и плотность слоя.

Е - ?Ъср/(А • Ь) р = т/(А -Ьср)

где; Р - приращение нагрузки;

Ьср ~ средняя высота слоя намотки; г Л изменение высоты слоя;

■ ГА площадь'слоя; ■

•_т - масса слоя.

Анализ результатов экспериментов показал, что с ростом давления на елей намотки, его жесткость возрастает. Приэтом, изменение шага витков с 2 до 3 мм/ об практически не влияет на значение модуля упругости слоя. Увеличение шага еитксе влечет резкое уменьшение плотности олся намотки. Экспериментально установленная зависимость значения модуля упругости и плотности слоя от давления, изменяющееся в диапазоне 0,02-1,0 мПа была апрокеимпрована полиномом третьей.степени:

■ Е - а<5 а^Р + гвР2 + аз?3 р = Во т В-1Р + ВгР2 + ВзР3

где: Е - модуль упругости;

р - плотность слоя;

Р - давление;

а, В - коэффициент уравнения.

Напряжённое состояние паковки и ее плотность зависят от таких факторов, как натяжение при перематывании, параметров укладки нити, упругих сесйстз намотки, поэтому описание процесса формирования паковки только на "основе экспериментальных данных затруднительно. Вследствие этого было проведено математическое моделирование процесса формирования пзкевки с проволокой.

За основу алгоритма расчета было положено представление тел: намотки, как совокупности шшшдр^есклк слоев малой тол^лны, отличавшихся по плотности, жесткости, натяжения проволок! и другп:'

О -

характеристик - впервые эта методика была представлена В. А'.,Степановым и А.М.Волковым. В пределах одного слся угол подъема витков, натяжение нити, упругие характеристики слоя и проволоки считаются -постоянными.' Каждый слой рассматривается как тело, образованное намоткой на податливое основание и подвергнутое давлению вышерас-полсженных слоев.

Давление, создаваемое слоем, который образует проволока, уло-ченная с углем подъема ч, силой натяжения Т, число проволок 5, наружным и внутренним радиусом слоя гн и г2, оценивалось по формуле :

рт = Т 5 cosa гн - г-д , гв

где:5 - число проволок з единице площади поперечного сечения слоя;

гк - наружный радиус слоя; г2 - внутренний радиус слоя.

Давление вышележащи слоев передаётся на внутренний радиус с некоторыми потерями:

рз = рн + е) ,

Гя2+£+Гз2

где: рн - давление вышележащих слоёв;

рв - часть давления передаваемое на внутренний радиус данного слся;

г - безразмерный параметр, характеризующий упругие свойства слоя и его основания.

Добавляя Еторсй слой нити натяжением Тг с углем подъёма «, вычисляем его давление на первый слой. Находим давление обоих слоёв на справку как сумму давлений, создаваемого натяжением нити первого слоя и давления, передающегося через перЕый слой от второго. зная давление на оправку, определяем уменьшение его радиуса. По радиальной деформации оправки оцениваем потерю натяжения проволоками первого слоя и новое значение натяжения. Повторяем расчет для уточнения значений давления на оправку и натяжение проволок первого слся.

По межслойным давлениям определён модуль упругости и податливость слоев, а также плотность и число проволок на единиц;/ площади 2 поперечном сечении слоя.

Из расчёта, проведенного для всех слоев полной паковки. получены распределение по радиусу межслойных давлений, плотностей натяжений нити.

По результатам проведенных исследований, осуществлён выбо] вида паковки с медной (латунной) проволокой: цилиндрическая к, двухфланц'евой катушке.

Результаты расчетов показали, что шаг раскладки, при формировании паковки, должен Сыть в пределах 2-4 мм/об, а значение среднего Яачо^очного, натяжения в проволоке следует держать в предела JED-äff сН." <. ' ' ;

ТЬетья глава посвящена -формированию паковки с медной (латунной) проволокой.

Был проведен анализ оборудования для перемотки химшеских ни тей; кзк наиболее близких по характеру технологического процесса

- перемоточная машина ПКВ-2;

- перемоточная машина ПМШБ-2;

- перемоточно-мотальная машина ПМ-240-Шл;

- машина перемоточная МП-220.

Как наиболее современная была выбрана машина МП-220. Были проведены работы по стабилизации натяжения проволоки пр формировании паковки с проволокой на машине МП-220. Любое натяж ное устройство состоит 'из трех одинаковых элементов:

- элемента питания намотки;

- .элемента для непосредственного осуществления натяжения;

- элемента для компенсации, изменяющейся при намотке свободно длины нити.

Поэтому экспериментально было исследовано влияние кокструк тивных размеров баллоноограйгчителя и нитензтяжителей (шайбовых пружинных, грузовых и гребенчатых) на натяжение проволоки при пе рематывании.

По результатам проведенных экспериментов, а также математи ческого моделирования напряженного состояния паковки, выработан условия формирования паковки с медной (латунной) проволокой:

- шаг раскладки, t=2,4 мм/об;

- - номинальный диаметр проволоки 0=0,15-0,20 мм;

- средняя линейная скорость перематывания. УСв=245*40 м/мин;

- частота вращения веретена, п=1700 об/мин;

- максимальный диаметр катушки с проволокой, с1СР=д2+2 мм;

- масса выходной паковки М=0,3+0,06 кг;

- натяжение з проволоке при перематывании 50-80 сН.

Паковка, формируется на двухфланцевую катушку из стеклонапол-ненного капрона 1711-1 по ТУ 6-06-1677.

Даны рекомендации по модернизации малины перемоточной МП-220 для формирования паковок о медной (латунной) проволокой.

Четвертая глава посвящена определению механических характеристик веретена типа БИЧ, на двух раздельны;', упругих спорах с изотропной характеристикой жёсткости, з неразъёмном корпусе. Эта потребность появилась потому, что веретено прядильно-крутильной >лазв:ны никогда не эксплуатировалось с массой паковок больше 0,3 кг.

По результатам исследований, , проведён выбор типоразмера проходного веретена - веретено ВПК 32-65-140. Для аналпттеского определения критических скоростей веретена ВПК 32-55-140 были экспериментально определены жёсткость верхней и нижней опор вере-тенз - м и К°>, они соответственно равны Кг= 480-550 (кг/см), Кг= 550-1050 (кг/см). Разброс данных эксперимента можно объяснить тем, что Физике-механические свойства резины (материала амортизаторов) вследствие счень многих факторов не является постоянным. Кроме того резина подвергается старению.

Первая и вторая критические скорости аналитически были определены по методике Я.И. Хс-ретисского - вначале вычислялись коэф-' фнииенты влияния Зц, 612 и б^э, затем определялись коэффициенты Ш1, тс, шз. Критические скорости определялись путем решения уравнения :

(ГП1 - М<1)2)(тз - Ам2) - та2 = 0 ,

где: М - масса паковки и веретена;

А - момент инерции ротора относительно оси симметрии. На базе испытательной лаборатории завода "Колсмнатекмаш" проведено экспериментальное определение критических частот веретена марки ВПК-32-65-140. Массы паковок о проволокой, устзновливаемых ла веретене были равны 0,3-1,225 кг. Кривые экспериментально по-

лученны." зависимостей первой и второй критических частот веретена проходят через расчетные теоретические гены. Зона рабочих частот определена из известного соотношения:

l,4nKPi < пра3 s О^Пк-г ЗССО сб/мин < Прав < 7CG0 об/имя

По технслстическш соображениям (требованиям предъявляемым к комбинированной нити) рабочая частота вращения веретена принята 3800 об/мин.

. ; Проведены эксперименты для размерез батлонсстраничителя. На оснований^ прОЕеденных исследований установлено, что наиболее стаб^Лъные показатели натяжения в баллоне наблюдается при исполь-зеванйи балоногораничителя диаметром 105 (мм).

ШследоЕано влияние шага раскладки на обрывность проволоки з производстве комбинированных нитей. Экспериментально подтверждено, что шаг раскладки проволоки при формировании паковки с меднеи (латунной) проволокой должен быть в пределах 2,4 - 4,0 (мм'об).

Пятая глава посвящена вопросил долговечности, мощности потребной для привода веретена и модернизации прядильне-крутильней машины для производства комбинированных нитей для безасбес.товых фрикционных накладок.

Поскольку наибольшее количество -электроэнергии из потребляемой прядильно-крутильной машиной затрачивается на вращение веретен (примерно 44.*), были,поставлены.эксперименты с цель» определения зависимости энергии потребной для вращения веретена от частоты вращения (с учетом переменности массы паковск). Полученные е результате эксперимента кривые были апроксимированы степенной функцией вида:

W = А + Епс

где: А,В - постоянные для дачной массы паковки величины; п - частота Еращения веретена;

с -показатель степени при "п", является постоянным для данной массы паковки.

Энергия, потребная для преодоления аэродинамических сил сопротивления, была определена по известной формуле:

- 13 -

• М *»

W = Ecpn3 D2(l+b2/D2)l0-3 , 5T

где:Во - коэффициент дискс-еых потерь; p ' - коэффициент трения о газ; п - частота вращения веретена; Do вс- диаметр и высота паковки. .

Величина энергии, потребной для привода одного веретена ео всём диапазоне рабочих частот, от 4 до 17 (ат). О учетом того, что рабочая частота вращения равна 3300 (об/мин), сделан вывод о том, что значительного увеличения энергии потребной для привода одного веретена не произойдет.

На базе завода "Коломнзтекмаш" прогеден ускоренный эксперимент по определению долговечности опор веретена ВПК 32-65-140 при заработке комбинированных нитей. Согласно результатам эксперимента с вероятностью 31%, долговечность составляет 10 ООО часов.

Показаны пути реконструкции прядильно-крутилъной -машины IK-100 МЗ для производства комбинированных нитей.

На базе экспериментально-опытного производства КГТУ создан ;пытный участок по выпуску комбинированных нитей для безасбесто-!ых фрикционных накладок объемом до 200 тонн в год.

Серийный выпуск безасбестовых фрикционных накладок, на основе комбинированной нити по ТУ 40-2068359-01-39, освоен на АООТ :горьеЕСкий завод АТИ и АО "Фритекс" (завод АТИ г.Ярославль), 'пытная работа проведена на Ленинградском и Тамбовском заводах ,ТИ. В 1991-1997 годах выпущено 78,5 тонн комбинированной нити, :то соответствует объему выпуска фрикционных накладок к дискам цепления автомобилей ЕАЗ различных модификаций - 1100 тысяч штук.

ЗЕЩЙЕ ЕЫВОДЫ

1. В настоящее зремя наиболее эффективным методом получения омбинированнык нитей для безасбестовых фрикционных изделий являйся их производство на прядкльно-крутильной машине. Состав и труктура.экологически чистой комбинированной нити: «

- в качестве термостойкого армирующего материала предложено :пользевать стеклянные комплексные нити линейной плотности хмеоо текс с содержание;.: з нити 65-70

- "

- для лбЕыеения адгезионных свойств и уменьшения абразивного износа целессобрагнс использовать хлопковое годскнс в зиле рыхлей некручёней мычки с содержанием з нити 12-13 V.

- содержание прикручиваемого компонента (медной или латунной проволоки) 13-1" %.

2. С учетом требования технологического процесса производства комбинированны;? нитей для бегаебестсзых орикппскных изделий проведён выбер типоразмера проходного веретена для машины ЛКО-ЮО ИЗ - веретено марки ЕПК 32-55-140 с установкой на него дзухфланцезей катушки 17-1 по ТУ 6-05-156.=-??.

- 3.. Технология процесса состоит иг формирования паковки с медной (латунной) проволокой и : установки ее на проходное веретено прядильно-крутильной машины для дальнейшего формирования комбинированной нити.

4. С учё+см свойств медной (латунной) проволоки и условий ее переработки на прядильно-крутильной машине установлено следующее:

4.1. На момент начала работы на проходном веретене не эксплуатировались паковки с медной (латунной) проволокой.

4.2. С ростом давления на слой намотки его жесткость возрастает. Экспериментально установлена зависимое™* значений модуля упругости и плотности слоя намотки от натяжения я шага раскладки.

4.3^ Сформулированы требования к паковке с медной (латунной; проволокой для установки на веретено прядгьльно-крутилькой машины.

4.4. Доказано, что из-за большой жесткости презолока быстро теряет натяжение*, во внутренних слоях, следствием чего является малый уровень давления в паковке.

4.5. По результатам провезенных экспериментов и с учетом математического моделирования напряженного состояния паковки перемоточная машина МП-220 была модернизирована. Услоепя формирования паковки с медной (латунной-' проволокой на модернизированной машине МП-220 приняты следующие:'

1) средняя линейная скорость перематывания 250 - 40 об/мин;

2) шаг раскладки 2,4 мм/об;

3) масса выходкой паковки 0,3 +0,05 кг;

4) форма выходной паковки лзухфланиевая по 1711-1 ТУ 5-0с-1с-77:

5) натяжение проволоки при перематывании SO - ?0 сН.

5. О учётом специфических условий формирования комбинированной нити для беаэзбестсЕых фрикционных накладок на прядильно-кру-тиль ней машине были определены механические характеристики веретена на двух раздельных упругих опорах с изотропной характеристикой жёсткости с неразъёмной опорой (типа ЕПК 32-65-140).

5.1. Для аналитического определения критических скоростей проходного веретена были экспериментально определены жёсткости

верхних и нижних опор веретена ВПК 32-£5-140 - Ка и Кг соответственно, они равны: Ki =480-550 (кт/см), К2=6Э0-Ю50 (кт/см).

5.2. Аналитически определены зоны первой и второй критических скоростей веретена с установленной на нем паковкой. Кригые экспериментально полученных зависимостей первой и второй критических частот веретена от массы паковки проходят через рассчитанные теоретически зоны. Зона рабочих частот определена из известного соотношения:

1.4пКр2 <■ Праб < 0,?Пкр2

3GCQ сб/мин 4 Праб < 7000 об/мин

По технолопмееким соображением (требованием предъявленным к комбинированной нити) рабочая частота веретена принята 3800 (об/мин).

5.3. Экспериментально установлена мощность, потребная для привода веретена во есэм диапазоне рабочих частот. Эта величина составляет от 4 (вт) до 17 (вт). С учётом того, что рабочая час-гота вращения равна 2SG0 (об/мин), сделан вывод о том, чте значительного увел!иенпя энергии, потребной для привода едного веретена не произойдёт.

6. Согласно результатов эксперимента по определению долговеч-гости проходного веретена з производстве комбинированных нитей южно сделать вывод о том, что с вероятностью 81* долговечность сстаЕит 10 ООО часов.

7. На базе экспериментально-опытного производства Костромско-о государственного технологического университета создан опытный

участок по Еыпуоку комбинированных нитей для безасбестовых фри ционных"накладок объемом до 200 тонн в год.

Апсобация работы. Основные вопросы диссертации докладывали и получили положительную оценку на:

- научных конференциях профессорсксго-г.реподавательскс; коллектива, нзучных сотрудников и аспирантов Костромского гос; дарственного технологического университета а 1989-1991 года;'.;

- всесоюзной конференции молодых учёных и исследователей, i Moeraa, 1S8S г.

- областной научно-практической конференции "Научный поте! -циал молодых учёных и специалистов - производству", г. Костроме -1990,год!

'1- всесоюзной научно-технической конференции "Текстильны материалы технического назначения и опыт их применения в народно хозяйстве", г. Москва, 1991 год;

- российском семинаре по теории машин и механизмов, г. Кост рома, 1995 год.

- конференции по машинам и аппаратам текстильной и легко: промышленности, г. Санкт-Петербург, 19S8 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работt представлено в 11 публикациях.

<.

Основное оодержанле диссертации изложено в работах:

1. A.C. N1730241 СССР, МКЙ D 02 S 3/38. Способ получения армированной нити. /И.Л.Борисова, Б.А.Копнин, Ю.Б.Федоров. (СССР).-Опубл. 30.04. Va.

2. Кспнин 8.А., Борисова К.Л. Зависимость прикдея от вида волокнистого покрытия и его процентного содержания в комбинированной нити для безасбестовых фрикционных накладок. //Тезисы научно-технической конференции "Участие молодых ученых и специалистов а реализации "научно-технических проблем".- Кострома.-1988.- с. 17-19.

3. Копнин В.А., Борисова й.Л. Комбинированные нити для безасбео-товых Фрикционных накладок. //Тезисы Всесоюзной конференции молодых ученых и исследователей.- Москва.- 1989.- с.

4. Копнин 5.А., Дячков ¡O.A. О возможности использования -машины »МП-2£0 зля перематывания проволоки. //Тезисы научно-технической конференции "Научно-технический .потенциал молодых ученых и специалистов производству".- Кострома.- 1989.- с. 50-51.

5. Кспнин В.А., Вор-псова К.Л. О предварительных испытаниях комбинированной нити для безасбестовых фрикционных накладок для легковых автомобилей.-Деп. в ПНИИШ1легпрсм: М.- N ЛИ,- 1990г.

5. Копнин Е.А. О скорости перематывания проволоки на машине перемоточной. //Сборник "Новее з технике и технологии текстильного производства".- Иваново.- с. 37-28.

?. Копнин В.А., Борисова К.Л., Федоров Ю.5., ЕерняеЕ Л.И., Морозов ¡0.2. Армированные нити специального назначения на основе отеклоровингз. //Тезисы всесоюзной научно-технической конференции "Текстильные материалы . технического назначения и опыт их применения в народном хозяйстве".- Москва. - 1991.- с. 50-52.

3. Копнин В.А., Берняева И.Л. Вибрация веретена ВПК-32-65-140 в производстве комбинированных нитей. Ежемесячный библиографический указатель ЕИНИТИ, 1996, N2677 - ЛП.

3. Копнин В.А., Еерняева И.Л. Энергия, потребляемая веретеном ЕПК-32-65-140 при производстве комбинированных нитей. Ежемесячный библиографический указатель ВИНИТИ, 1996, N3578 - ЛП.

10.Кспнин S.A. Долговечность веретена ВПК-32-55-140 э производстве комбинированных нитей. Ежемесячный библиографический указатель ЕИНИТИ, 1966, N2680 - Ш.

11.Копнин В.А., Белков A.M. Жесткость опор проходного веретена ВПК 22-65-140. Конференция по машинам и аппаратам текстильной и депти промышленности, поевещенная 60-летию механического факультета СПГУТД: тезисы докладов/ СПб: изд. СПГУТД, 1953 -1-~9 с.

Копнин В.А. Автореферат

Подписано в печать 28.08.98г.Заказ228.КПУ.

Костромской государственный технологический университет

на нравах рукописи УДК 677.052.49(088,8)

КОПНМН ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕРЕТЁН ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ НИТЕЙ,

Специальность - 05.02.13

Машины и агрегаты (лёгкая промышленность).

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Кузнецов Г,К,

Кострома - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

¿.ведение:

6

Глава 1= Комбинированные нити для безасбестовых фрикционных изделий. Постановив цели и задач исследования .

1.1. Существующие способы изготовления фрикционных накладок сцепления. ^

1.2. Тенденция развития фрикционных материалов намотанного типа.

1.3. Классификация способов производства комбинированных нитей.

1.4. Процесс получения комбинированной нити для Фрикционных накладок на прядильно-крутильной машине.

1.5. Анализ состояния вопроса, постановка целей и задач исследований.

15

16

19 22

25 25

28

Глава Подготовка паковок с проволокой для установки на проходном веретене.

2.1. Проходное веретено прядильно-крутильной машины.

2.2. Механические свойства используемой проволоки и характеристика слоя намотки из неё.

2.2.1. Полуцикловые разрывные характеристики медной и латунной проволоки при растяжении. Жесткость проволоки при растяжении.

2.2.2. Механические характеристики слоя намотки проволоки. 3/

2.3. Выбор вида паковки о медной (латунной) прово-

28

локой для производства комбинированных нитей, 2=4= Моделирование напряженного состояния паковки с

медной (латунной) проволокой. 2=5= Оределение характеристик и режимов наматывания паковок с медной (латунной) проволокой.

Глава 3= Формирование паковки с медной (латунной) проволокой в производстве комбинированных нитей= 3=1= Формирование экспериментальных паковок с медной (латунной) проволоки= 3=2= Выбор оборудования для формирования паковок с

медной (латунной) проволокой= 3=3= Определение скорости перематывания медной (латунной) проволоки= 3=4= Стабилизация натяжения в проволоке при формировании паковки о медной (латунной) проволо-■ кой=

3=4=1= Выбор элемента питания намотки= 3=4=2= Выбор натяжных устройств=

Глава 4= Определение механических характеристик и параметров веретённого узла прядильно-крутильной машины ПК-100, в производстве комбинированных нитей для бевасбеотовых фрикционных накладок= 4=1= Определение типоразмера проходного веретена для

паковки о медной (латунной) проволокой= 4=2= Аналитическое определение критических скоростей проходного веретена прядильно-крутильной машины.

43

49

56

56

57

72

79

39

4.2.1. Динамическая модель проходного веретена.

4.2.2. Методика определения критических скоростей проходного веретена типа ВПК.

4.2.3. Определение исходных данных для расчета критических скоростей веретена ВПК-32-65-140,

4.2.4. Аналитическое определение критических скоростей проходного веретена типа ВПК-32-65-140.

4.3, Определение критических частот проходного веретена типа ВПК-32-65-140, о установленной на нем паковкой с медной (латунной) .проволокой, экспериментальным путем,

4.4, Зона рабочих частот веретена ВПК 32-65-140 при выработке комбинированных нитей для безаобео-товых фрикционных материалов,

4.5, Исследование схода проволоки с проходного веретена прядильно- крутильной машины,

4.6, Влияние шага раскладки на обрывность пои переработке.

Глава 5, долговечность, мощность, потребная для привода веретена, модернизация прядильно-крутильной машины для производства комбинированных нитей для безаобестовых фрикционных накладок, НО

5.1, Мощность, потребная для привода веретена ВПК-32-65-140 в производстве комбинированных нитей,

5.2, долговечность опор веретена ВПК-32-65-140 в производстве комбинированных нитей для безас-

92

95

V

Й6

НО

бестовых Фрикционных накладок. Нб

5.3, Модернизация прядильно-крутильной машины ПК-100, Наработка опытных партий,

5.3.1, Разработка шпулярника для установки паковок со стержневыми нитями,

5.3.2, Вытяжной прибор машины ПК-100 МЗ (после модернизации), ^21

5.3.3, Узел питания вытяжного прибора,

5.3.4, Кинематическая схема модернизированной машины ПК-ЮОМЗ,

5.3.5, Краткая техническая характеристика модернизированной машины ПК-100 МЗ.

5.4. Наработка опытных партий. Постановка нити на производство.

№

121 12Ъ

П5 /25

127

Общие выводы i30

Список использованной литературы /«53

приложения

т

6

ВВЕДЕНИЕ

механизм оцепления автомобиля предназначен для кратковременного разобщения двигателя от трансмиссии при пуске двигателя, переключения передач и торможения, а также для плавного соединения двигателя о трансмиссией при трогании о места и после переключения передач. Кроме того, оцепление предохраняет трансмиссию от нагрузок, возникающих при неравномерном движении автомобиля по неровностям дороги Ш,

томобиля должны отвечать следующим основным требованиям:

- высокий и по возможности постоянный по величине коэффициент трения;

- стойкость против обугливания при воздействии высоких температур;

- высокая износостойкость;

- нечуотвительноотъ к влиянию смазочных масел и воздействию высоких температур;

- достаточная прочность и способность хорошо прирабатываться;

- высокая стойкость против заедания рзбючих поверхностей;

- высокая теплопроводность, обеспечивающая отвод тепла от трущихся поверхностей.

Следует отметить и такие требования, как хорошая обрабатываемость, малая стоимость и недешицитнооть,

Современные фрикционные материалы являются высоконалолненными композициями, состоящими из связующего компонента, в качестве которого используют каучуки и смолы и армирующего компонента или наполнителя, имеющего волокнистую структуру. Армирующие наполнители, обладая волокнистой структурой, придаст материалу необходи-

мую механическую прочность.

Наиболее распространенным армирующим наполнителем Фрикционных материалов является, на сегодняшний день, асбест. Асбест, представляющий собой монокриоталлический минерал, придает Фрикционному материалу теплостойкость и прочность, при атом сам обладает низкой абразивноотью. Однако, несмотря на относительно высокую термостойкость асбеста, продукты его разложения были обнаружены в продуктах износа тормозных колодок и фрикционных накладок Е2],

материалы и изделия на его основе, из-за высокой канцерогеннооти асбеста,

В настоящее время в связи с повышением требований к защите окружающей среды от применения асбеста (в ряде европейских стран с 1990 года асбест полностью изымается из переработки и запрещается применение асбестовых изделий E2j) изыскиваются новые волокнистые наполнители. Они должны обеспечивать достаточно высокие эксплуатационные показатели Фрикционных материалов и улучшать экологическую обстановку как в производственных помещениях заводов аобеото-технических издели! (ATI), так и в городах с их вое-вовраотающими автотранспортными потоками Ей],

Комбинированная нить, разработанная в Костромском государственном технологическом университете для производства безаобеото-вых фрикционных дисков оцепления, многокомпонентна:

- основной армирующий компонент в виде высокопрочного термостойкого волокна:

- волокнистый компонент из натуральных или химических волокон, обладающих повышенной адгезией к связующему:

- прикручиваемый компонент в виде медной (латуной) проволоки диа-

метром 0,15-0.20 (мм) для улучшения Фрикционных свойств и рассеивания тепла.

Серийный выпуск безаобеотовых Фрикционных накладок на основе комбинированной нити разработанной в КГТУ освоен на АООТ "Егорь-

Актуальнооть настоящей работы заключается в обосновании возможности использования серийно выпускаемого оборудования, проходного веретена грядильно-крутильной машины, в производстве комбинированных нитей для экологических чистых фрикционных изделий,обладающих повышенными техники-экономическими показателями.

Диссертационная работа выполнена в соответствии о планом научно-исследовательских работ ВНИИАТИ (г,Ярославль) в рамках постановления СМ Сии? от 13,03,89 г, (ГР 01860045129, ГР 01890084559, ГР 01900053302), о планом научно-технического развития Егорьевского завода АХИ на 1992 год (тема Ю-Ня-92), инновационного проекта "Армированная нитьп шифр 10.05,} 1992-1994 г,г., иновационного научно-технического проекта " -

N 5.19.1 1995-1996 г,.г.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка условий для обеспечение стабильной и долговечной рабо-

Для достижения указанных целей в работе поставлены задали; 1, Выбрать типоразмер и определить механические характеристики проходного веретена в производстве комбинированных нитей ;

- жесткость опор проходного веретена;

- зону рабочих частот;

- долговечность опор;

9

- мощность, потребную для привода проходного веретена,, о установленной на нём поковкой о медной (латунной) проволокой:

Выбрать екд и обосновать параметры формирования паковки о медной (латунной) проволокой в производстве комбинированных нитей для безасбестовых Фрикционных изделий,

3, Выбрать, и при необходимости, модернизировать оборудование для Формирования паковки о медной (латунной) поволокой,

4, Исследовать процесс схода медной (латунной) проволоки о проходного веретена прядильно-крутильной машины.

Методы исследования, В работе использовались основные положения теории упругости, теоретической механики, прикладной математики,, методы математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились о использованием оригинальных и серийных текстильных испытательных приборов.

Расчёты поводились на ЭВМ о использованием специальных и стандартных программ.

Научная новизна, В диссертации приведён теоретический анализ динамики веретен типа ВПК о полой втулкой о учётом значительного изменения массы паковки,

Доказана возможность использования проходного --г- _ -32-65-140 с масой паковки, увеличенной в три раза, без уменьшения долговечности.

Впервые для веретена типа ВПК на двух разделённых упругих опорах о изотропной характеристикой жёсткости, (в нераземнм корпусе), определена жёсткость опор. Полученные результаты позволили сделать вывод о равнопрочнооти гнезда и необходимы для теоретических расчётов.

Впервые исследован процесс? охода медной (латунной) проволоки с проходного веретена прядильно-крутильном машины, разработана конструкция баллоноограничитетеля

Практическая ценность работы и --_ : ~~ - В ре-

зультате проведенных исследований:

- обоснованы параметры Формирования и переработки паковки о медной (латунной) проволокой в производстве комбинированных нитей для беваобеотовых Фрикционных изделий;

- модернизирована машина перемоточная МП-220 для формирования паковки с медной (латунной) проволокой;

- создан опытно-промышленный образец машины ПКФ-100 МЗ для производства комбинированной нити для безаобеотовых Фрикционных накладок;

- разработаны и внедрены технологические режимы производства комбинированной нити для безабеотовых фрикционных накладок;

- разработаны и утверждены в установленном порядке технические условия на комбинированную нить для безабеотовых Фрикционных накладок;

- на базе опытно-экспериментального производства КГТУ организован опытный участок по выпуску комбинированной нити для безаобеотовых Фрикционных накладок объемом до 200 тоне в год;

- в объеме 70,5 тонн поставлялась на Егорь-

евский завод АТИ для выпуска фрикционных накладок для дисков оцепления к автомобилям ВАЗ 2108, 2109} 2106, 21010 (объем выпуска изделий свыше 1100 тысяч штук), Опытная партия нити поставлялась на АО "Фритекои (завод АТИ г„Ярославль), Ленинградский завод ATI, Тамбовский завод АТИ,

Апробация работы. Основные вопросы диссертации докладывались и получили положительную оценку на:

- научных конференциях профессорского-преподавательского коллектива, научных сотрудников и аспирантов Костромского государственного технологического университета в 1988-1991 годах;

- всесоюзной конференции молодых учёных и исследователей, г, Москва, 1989 г.

- областной научно-практической конференции "Научный потенциал молодых учёных и специалистов - производству15, г, Кострома, 1990 год;

- всесоюзной научно-технической конференции "Текстильные материалы технического назначения и опыт их применения в народном хозяйстве55, г, Москва, 1991 год;

- российском семинаре по теории машин и механизмов, г, Кострома, 1995 год,

- конференции по машинам и аппаратам текстильной и лёгкой промышленности, г.. Санкт-Петербург, 1998 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы представлено в 11 публикациях,

Отруктура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, описка использованных источников и приложения. Общий объём работы 150 страниц. Основное содержание работы 142 страницы машинописного текста, 45 риоункоа, 12 таблиц и описок использованных источников на 8 страницах, включающих 9? налменованией, Приложение содержит 9 страниц.

1. Комбинированные нити для безасбестовых фрикционных изделий. Постановка цели и задач исследования

1.1. Сушэствующие способы изготовления фрикционных накладок сцепления.

По конструкции и технологии изготовления фрикционные накладки оцепления делятся на формованные, навитые или намотанного типа, фрикционные накладки из бумаги на основе асбеста и металлокерами-ческие фрикционные материалы.

Металдокерамические фрикционные материалы используют в работе тяжелонагруженных узлов, где в процессе эксплуатации развиваются высокие температуры порядка 800-1000 °0 и выше. Такие материалы получают методами порошковой металлургии.

Процесс изготовления накладок из бумаги очень экономичен и производителен. Однако., данные накладки могут работать при удельной мощности трения 1%/<80 вт/см2' и объемной температуре 1.у<1Ш°0, что практически исключает возможность их использования в автомобильных сцеплениях ЕЗЗ. Кроме того, как оказано выше, для изготовления указанных накладок используют канцерогенный асбест.

Наиболее широко в технике, в настоящее время, применяют формованные фрикционные материалы. Технология изготовления формованных фрикционных накладок позволяет использовать очень широкий ассортимент различных компонентов и создать материалы, отвечающие требованиям современной техники Е4]. Формованные фрикционные материалы изготавливаются двумя способами: без растворителя (сухим) и с использованием растворителя (совмещенным). Общим недостатком [51 фрикционных накладок изготовленных формованным способом явля-

ется их низкая механическая прочность, особенно от действия центробежных сил.

Анализ зарубежной и отечественной литературы показывает, что в настоящее время наибольшее применение находят фрикционные накладки намотанного типа [6]. По способу изготовления их можно разделить на две группы:

1. Фрикционные накладки, изготовленные из тканой ленты.

2, Фрикционные накладки, изготовленные из армированной нити. Отличительной особенностью первой группы изделий является

предварительное изготовление тканой ленты, например, из асбестовых нитей, армированных латунной проволокой. Накладки сцепления из тканой ленты тлеют более высокие эксплуатационные показатели по сравнению с формованными накладками. Тканые накладки могут работать при удельной мощности %<128 вт/'ом?:, объемной температуре 1\/<20и °С и средней поверхностной температуре 1С<350 °С. Некоторые материалы фирмы "Феррадо" (Англия) могут выдерживать 1с до 540 °С. Однако указанный способ изготовления фрикционных накладок имеет ряд серьезных недостатков;

- ширина тканой ленты должна быть близка ширине фрикционной накладки, изготавливаемой из нее, то есть на каждый типоразмер накладок необходимо ткать свою тканую заготовку;

- для изготовления накладок используют тканую ленту, являющуюся готовой продукцией, что увеличивает трудоемкость подготовки сырья для производства накладок и ее стоимость.

Вторая группа фрикционных накладок намотанного типа характеризуется тем, что заготовки для накладок получают методом навивки специальных комбинированных нитей, пропитанных связующим составом, е кольцевую форму.

К комбинированным нитям для фрикционных материалов предъявля-

ют следующие требования:

- они должны быть многокомпонентными, имеющими в своём составе термостойкие выоокопрчные нити в качестве основного армирующего материала, волокнистый компонент из натуральных или химических волокон, обладающих повышеной адгезией к связующему,и металичео-кую нить для улучшения теплоотвода и повышения коэффицента трения. В качестве металической нити традиционно применяют в промыш-лености медную или латунную проволоку диаметром 0,15-0,20 мм [53. Накладки обладают хорошими износостойкими и фрикционными свойствами и механической прочностью. За рубежом известны накладки практически всех типоразмеров: фирм "Феррадо", "По�