автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Обоснование параметров точности нитепрокладчика и технологических методов их достижения в процессе его изготовления

На правах рукописи

/ ( '

Гуляев Евгений Сергеевич

Обоснование параметров точности нитепрокладчика и технологических методов их достижения в процессе его изготовления

Специальность: 05.02.08 — «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

Москва-2013

005537309

005537309

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Мнацаканян Виктория Умедовна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вороненко Вадим Павлович, профессор кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «Станкин»

доктор технических наук, доцент Хостикоев Михаил Заурбекович, доцент кафедры «Стандартизация, сертификация и управление качеством производства нефтегазового оборудования» ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет «МАМИ»

Защита состоится «26» ноября 2013 г. :00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.200.01 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 65, корп.1, ауд. 1137.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Отзыв на автореферат просьба направлять в двух экземплярах по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета Д 212.200.01

Автореферат разослан г.

г

Ученый секретарь диссертационного

совета, к.т.н., доцент

Т.А. Чернова

Общая характеристика работы Актуальность темы. Основной задачей текстильной промышленности — важнейшей отрасли экономики страны — является постоянное удовлетворение растущих потребностей всех слоев населения изделиями массового спроса, выпуск которых возможен на основе широкой механизации и автоматизации текстильного производства. На современных текстильных предприятиях в двух и в трехсменном режиме эксплуатируется сложное технологическое оборудование, включающее широкий спектр

высокопроизводительных станков автоматов и автоматических линий.

Высокое качество выпускаемой текстильной продукции, эффективность работы и конкурентоспособность предприятий во многом зависят от технического состояния и работоспособности применяемого оборудования, от уменьшения количества его отказов и продолжительности простоя.

Станки ткацкие бесчелночные (СТБ) являются современными высокопроизводительными автоматами, широко применяемыми на многих текстильных предприятиях. На таких станках вырабатывают полотна шириной до 3,3 м. как из натуральных, так и синтетических нитей. Важной технологической особенностью этих станков является применение автономных нитепрокладчиков (микрочелноков), осуществляющих захват поперечной нити, проведение ее в створе гребенки открытого зева станка и освобождение нити в конце кромки полотна. Прг] этом нитепрокладчики, количество которых на одном станке составляет 14... 17 штук, согласованно работают в автоматическом цикле, включающем ударное воздействие для пролета со скоростью 25 м/с, гашение скорости, останов и быстрый возврат в исходное положение боевой коробки. Однако, как показывает практика, на станках имеют место отказы, 80% которых связано с механизмами формирования ткани, в которых ключевым элементом является нитепрокладчик. На их устранение затрачивается до 85% времени ремонта, что приводит к потере

з

производительности оборудования. В соответствии с этим работа посвящена решению актуальной задачи — обоснованию параметров точности нитепрокладчика и технологических методов их достижения, что уменьшает отказы и обеспечивает точное автоматическое позиционирование прокладчика на всех переходах рабочего цикла.

Работа выполнена в Московском государственном университете дизайна и технологии на кафедре технологии текстильного машиностроения и конструкционных материалов. Отдельные части диссертации выполнены в соответствии с тематикой госбюджетных научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре в рамках целевых научных программ по заданию Минобрнауки России.

Цель работы - обоснование требований точности нитепрокладчика, его технологичности и выявление технологических решений их достижения в процессе изготовления.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих научных задач:

1. Выявить пространственные размерные связи функционально связанных узлов бесчелночного ткацкого станка.

2. Определить схемы базирования нитепрокладчика на позициях замкнутого рабочего цикла станка.

3. Выявить технологические решения, позволяющие компенсировать позиционные отклонения нитепрокладчика на тканеформирующих переходах.

4. Дать обоснование требованиям точности и технологичности нитепрокладчика из условия безотказности позиционирования на основных переходах рабочего цикла станка.

5. Выявить технологические методы достижения параметров точности прокладчика в процессе его изготовления

Научная новизна работы заключается в решении актуальной научной задачи - раскрытие связей служебного назначения нитепрокладчика с требованиями его точности, технологичности и методами их достижения в процессе изготовления, что имеет важное научное и практическое значение. Основными составляющими научной новизны являются:

1. Обоснование требований точности и технологичности изготовления нитепрокладчика в соответствии с его служебным назначением.

2. Раскрытие пространственных размерных связей функционально связанных узлов бесчелночного ткацкого станка, определяющих точность относительного положения тканеформирующих механизмов.

3. Выявление схем базирования нитепрокладчика на позициях замкнутого рабочего цикла и конструкторско-технологических условий, исключающих заклинивание и недопустимые позиционные отклонения.

4. Разработка конструкторско-технологических решений, обеспечивающих компенсацию позиционных отклонений нитепрокладчика на тканеформирующих и других переходах замкнутого рабочего цикла.

5. Обоснование технологических методов достижения параметров геометрической точности нитепрокладчика в процессе его изготовления.

6. Комплексная многоуровневая оценка технологичности конструкции прокладчика, исходя из требования безотказного автоматического позиционирования на тканеформирующих переходах рабочего цикла станка.

Практическую ценность работы составляют:

1. Методика многоуровневой оценки технологичности конструкции нитепрокладчика на основе требований безотказного автоматического позиционирования при выполнении тканеформирующих и транспортных переходов технологического цикла станка.

2. Методика расчета точности позиционирования прокладчика на тканеформирующих и транспортных переходах цикла работы станка.

3. Конструкторско-технологические решения компенсации позиционных отклонений нитепрокладчика при его перемещении по позициям замкнутого рабочего цикла.

4. Методика выявления требований точности нитепрокладчика, исходя из решения функциональных задач работы нитепрокладчика.

Работа прошла апробацию. По результатам исследования опубликовано 11 работ, из которых 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Результаты работы докладывались на Всероссийских и международных конференциях в МГТУ «СТАНКИН», в МГТУ им. А.Н. Косыгина, в МГУДТ, МГГУ и др.

Структура и объем работы: работа включает 4 главы и приложение. Общий объем 145 страниц, включая 35 рисунков, 12 таблиц и список литературы в количестве 70 наименований.

В первой главе дается анализ состояния проблемы,

рассматриваются особенности конструкции и работы бесчелночного ткацкого станка. Показано функциональное назначение нитепрокладчика и батанного механизма станка СТБ. Анализируются причины отказов узлов и потери их работоспособности. Приводится анализ технологических задач сокращения простоя станков СТБ, возникающего вследствие потери работоспособности отдельных деталей и узлов.

Рассматривается задача разработки эффективных технологических методов обеспечения безотказности протекания автоматического процесса позиционирования прокладчика на тканеформирующих и транспортных переходах рабочего цикла станка. Обосновываются цель и задачи исследования.

Анализ литературных источников по теме диссертационной работы показал, что значительный вклад в решение технологических задач достижения качества изготовления машин и технологического обеспечения

машиностроительных производств внесли отечественные ученые - профессора Б.С. Балакшин, В.П. Вороненко, В.Я. Кершенбаум, В.М. Кован, И.А. Коганов, B.C. Корсаков, A.M. Кузнецов. A.A. Кутин, A.A. Маталин, В.Г. Митрофонов,

A.Н.Овсеенко, Я.М. Радкевич, А.П.Соколовский, Ю.М. Соломенцев, А.Г. Суслов, В.А. Тимирязев и др.

Технологическим вопросам ремонтного восстановления и модернизации оборудования посвящены работы K.M. Гладкова, Е.И. Глущенко, A.C. Калашникова, A.A. Мизери, JI.K. Сизенова, М.А. Москалева, P.M. Малафеева,

B.У. Мнацаканян, М.С. Островского, А.Г. Схиртладзе, В.И. Терентьева и др.

Во второй главе исследуются пространственные отклонения функционально связанных узлов бесчелночного ткацкого станка. С этой целью на основных базирующих поверхностях корпусных деталей станка строят координатные системы (0XYZ), и определяют их расположение в главной системе координат, связанной с его остовом (см. рис.1).

Точность пространственного положения функционально связанных узлов станка определяется путем выявления связей между координатными системами.

Составляющими звеньями размерных цепей в этом случае являются обобщенные координаты А, = (А, Д Г, Я, Д у), определяющие пространственное положение рабочих поверхностей соответствующего узла (система охуг,) относительно его основных баз (система 0ЛТ7,):

к, =(А.,БпГпХпр.,у)

Л!=(Л!,,Л*,Д*,Д«,Д«,ДВГ) , О)

К = (А"л > А£ > А Г . А "л > А й . А",

[(охуг), (ОХУЩ

где к, - вектор номинальных значений линейных и угловых размеров;

Л® ,Л'; -вектора верхних и нижних предельных отклонений.

Блочная матрица звеньев станка К= [7с,] образуется как совокупность векторов звеньев технологической системы

К= [к,, к2 .... ... к„].

Зная отклонения звеньев системы Ак= [А*/ , Ак2 ... Л/(И]. обусловленные погрешностью геометрической точности базовых деталей, можно рассчитать, используя матричное выражение (2), относительные пространственные отклонения Ад =[Ад],Ад2 ....Ад, ... АДп] функционально связанных узлов станка:

Ад = Я-Ак, (2)

где Я - операторная матрица, обеспечивающая приведение звеньев к главной системе координат станка, связанной с его остовом.

Выражение (2) в развернутой форме записи имеет вид:

1 .Остов АД1 0 м,

2.Коробка.левая АД2 я21 Нг.2 ДА2

3 .Коробка.правая АДЗ «з, 0 #33 д£,

А.Главный.вал АД4 #4, #4.з #4.4 А к4

5 .Батанный.вал ДД5 = #52 #з.з #5 4 #55 Ак5

в.Батан.брус АД6 #6.2 #б.з #6.4 Я6..5 Ак6

1 .Гребенка ЛД7 Я71 #7.2 #7 4 #75 #7.6 #7 7 Ак7

8.Бердо ЛД8 НЪ.1 #8.3 #8.4 #8.5 #8.6 8.7 #88 А кг

Ч.Опора АД9 #9.1 0 0 0 0 0 0 0 ^9.9 Ак9

В выражении (2) функционально связанные узлы станка определены номерами в последовательности их базирования на остове. Это позволяет рассчитать параметры положения узлов станка. Так, например, отклонения направляющей гребенки, обусловленные отклонениями ее базовых узлов, составят:

АД7 = Н7.,-Ак1 + Н7 2 ■ Ак2 + #7.5 Лн + Н74-Аы + н7.у Ак5 + Н76-Ак6 + Н7Г Ак7. На рис. 2. показана схема замкнутого цикла работы нитепрокладчика

Т0

Рис.2. Схема замкнутого цикла работы нитепрокладчика при выполнении тканеформирующих (1-2-3) и транспортных (4-5-6) технологических переходов: 1 - позиция в боевой коробке в ожидании ударного воздействия; 2 - пролет с нитью в створе направляющей гребенки; 3 -останов в приемной коробке; 4 -перемещение на транспортер; 5 - транспортирование; 6 - подъем на исходную позицию в боевой коробке.

Базирование в боевой коробке

„о,..,..

Т*1' = (Аг;, , Аг3 , Ах,, Лх5, Л>>й)(1)

Базирование в створе гребенки . <

7*2) = (Лх1, Лх2 , Лг3 § Лг4 , Лг5 , Луб){

(2)

ШГОИЯЛКЙ

Составляющие погрешности установки

на установочной базе

™[су\су = ; т[с,|с,*0] = 0,015лш ;

1 А

4

/г

4 С*тгк-ятт) * 0] = °'%0; * 0] = °'05%)0

на направляющей базе т[ау\ау =

1 5"

^ шах У тт т[ау\ау Ф ()] = 0,037мм ; т[уу\уу *0] =

100

Позиционные отклонения прокладчика

в направлении координатных осей ех,,е,, при полете в створе гребенки (ось У)

0 0,5 Ь2 - Ц,

Ьг - 0,5Ьх 0

Условия, исключающие удары по гребенкам

еу < Дх = 0,6 мм; ег< Аг= 0,55 мм.

а?"

= +

Л»'"

р(оп)

Гп'Н)

Однозначное математическое описание схем базирования прокладчика матрицами нормальных координат позволило рассчитать погрешность его установки, выявить процесс организованной смены баз и возможность уменьшения неопределенности базирования на позициях замкнутого рабочего цикла станка.

Организованная смена базовых поверхностей определяется выражениями:

701 = (Аг;, Аг2, Аг3 , Лх,, Лх5, Ду5)(1) => 7<2) = (Ах,, Лх2, Аъг , Аг4, Аъ5, Ду6)(2)

Т^з) ^ ^4) ^5) = Ах2, Ах3 :Аг4, Аг5, Дуб)(5) =>7^. 7<6) = (Ах,, А х 2, А х 3 , Аг4, Аг3 , Ау6)(6) => 701> (Аг,, Дг2, Аг3, Дх,, Дх5, Дуй)(1)

Базирование в приемной коробке

Базирование в процессе возврата

В третьей главе излагаются технологические методы обеспечения требуемой точности пространственного положения нитепрокладчика на позициях рабочего цикла станка. Нитепрокладчик, осуществляющий прокладку поперечных нитей со скоростью 20...25м/с, представляет собой многофункциональный автономный механизм массой 40 г, выполняющий свободный пролет в узком коридоре направляющих гребенки на длине 2700... 33 00мм. В замкнутом цикле одновременно работают 14... 17 прокладчиков, различие массы которых не должно превышать 5 г. Точное позиционирование и беспрепятственное прохождение прокладчиков по всем технологическим переходам рабочего цикла станка достигается при их точном изготовлении и правильном базировании на всех проходимых позициях.

При пролете прокладчика удары по пластинам гребенки происходят в результате отклонений, формируемых в направлении осей X и 2 . Для расчета предельных отклонений размеров корпуса прокладчика в направлениях, перпендикулярных траектории его полета (Д^.Д^.) и (а"х,а"1Л, ), получены зависимости:

отклонения по вертикали

отклонения по горизонтали

А,

-Ая Дя

0

"А*, А- 0

'Ш

А"

1А*

о

О -А

К а;

в А"

X К

У + к"

г

■ (3)

.(4)

где х, у, г-размеры, определяющие габариты прокладчика;

к'1, И" - верхние отклонения геометрической формы поверхностей. В соответствии с этим допуски, ограничивающие размеры прокладчика по высоте Т17 и по ширине 7}у, рассчитываемые с учетом трех видов

геометрических отклонении составят: Тьг< 0,03 мм. ( 6,35°-о_оз );

Тис< 0,035 (М0^).

Отклонения прокладчика на траектории его полета определяет вектор погрешности позиционирования:

соп = (ап, 6П, сп, к, Рп, Уп) где (ап, Ьп, сп) - параметры смещения; (л,„ Р„, уп) - параметры поворота координатной системы прокладчика.

Численные значения составляющих вектора соп зависят от точности установки прокладчика на исходной позиции в боевой коробке шп = юу.

Наличие зазора 5 в направляющих боевой коробки приводит к неопределенности базирования прокладчика, при которой составляющие юу изменяются в пределах от верхнего соув до нижнего шун значений:

< = О/, ь;, с/, V: р/, уув), юун =«, V. су", к, рун, уун),

а наиболее вероятными отклонениями являются математические ожидания: т (юу)= («у), т(Ьу), т(су), т(Ху), «(ру), т (уу)].

Рис. 3. Схема позиционных отклонений нитепрокладчика в направляющих гребенки:

1 - контур направляющих;

2 - контур прокладчика

При длине пролета Iу = 3300мм эти смещения составят:

бх<д"} = 0,567 мм, б/'1н) = 0,349 мм.

Это означает, что при соблюдении обоснованных параметров точности прокладчика его корпус на траектории свободного полета не касается внутренних стенок гребенки:

(е х(дн) = 0,567мм ) < (Ах = 0,6мм ); (е/дн)= 0,349 мм) < (Д2 = 0,55мм).

Предложенные конструкторско-технологические решения компенсации позиционных отклонений нитепрокладчика позволяют повысить точность его позиционирования при прокладывании нити от боевой коробки до приемной и существенно уменьшить погрешность установки прокладчика на других позициях рабочего цикла. Следствием этого является уменьшение ударов по пластинам направляющей гребенки, исключение заклинивания и поломок пластин, сохранение геометрической точности нитепрокладчика и рабочих позиций станка.

В четвертой главе рассматриваются вопросы обеспечения требуемой точности нитепрокладчика и технологичности на операциях его изготовления.

Выявлены технологические размерные связи и рассчитаны коэффициенты уточнений, определяющие поэтапное формирование требуемых параметров геометрической точности корпуса нитепрокладчика при выполнении 265-и технологических операций.

Ниже в табл. № 1 приведены данные по точности заготовок и операционных размеров на операциях обработки основания и верхней плоскости прокладчика.

Таблица №1

Формирование параметров геометрической точности нитепрокладчика при его изготовлении

Операция Размер заготовки Допуск заготовки Размер детали Допуск детали Уточнения Е{ на операциях

Достижение точности нитепрокладчика по высоте

045 Вертикально-фрезерная (чистовое фрезерование) 11мм 0,25(0,-0,25) 7,2 мм 0,1(0,-0,1) 2,5

060 Плоскошлифовальная (предварительное шлифование) 7,2 мм 0,1(0,-0,1) 6,85 мм 0,03(0,-0,03) 3,3

210 Плоскощлифовальная (чистовая) 6,85 мм 0,03(0,-0,03) 6,35 0,03(0,-0,03) 1

Суммарное уточнение размера по высоте 8,25

Суммарное уточнение размера прокладчика по высоте^ определяется как произведение уточнений Е((Ш), Е(0щ , Е(2/0) на выполняемых операциях: = Е(045) Х Е(060) ХЕ(210) = 2,5 Х3,3 х 1 =8,25.

В результате обеспечивается уточнение размера поступающей заготовки 11 "°'°25 до размера готовой детали 6,35 "°'°3: 11 -°'025 — 7,2 - 0'1- 6,85 6,35 -°'03.

В табл. № 2 приведены параметры точности заготовок и операционных размеров на операциях обработки боковых базовых поверхностей прокладчика.

Таблица №2

Формирование параметров геометрической точности нитепрокладчика при его изготовлении

Операция Размер заготовки Допуск заготовки Размер детали Допуск детали Уточнения Е, на операциях

Достижение точности нитепрокладчика по ширине

050 Вертикально-фрезерная (чистовое фрезерование) 19 мм 0,3(0,-0,3) 14,8 мм 0,12(0,-0,12) 2,5

070 Плоско-шлифовальная (черновое шлифование) 14,8 мм 0,12(0,-0,12) 14,52 мм 0,035(0,-0,035) 3,4

220 Плоскощлифовальная (чистовая) 14,52 мм 0,035(0,-0,035) 14,3 0,035(0,-0,035) 1

Суммарное уточнение размера по ширине 8,5

Суммарное уточнение размера прокладчика по ширине Еу определяется как произведение уточнений Е((т) , Е(070) , Е(22о) на выполняемых операциях:

Е-£ = Е(о5о) х Е(07О) хЕ(22О) = 2,5 ><3,4x1 =8,5. В результате выполнения обработки получают уточнение размера поступающей заготовки 19 "°'3 до размера готовой детали 14,3 "0,°35: 19 -0'3 — 14,8 14,4 -°-035 -> 14,3 -0'035.

Требования достижения геометрических параметров корпуса нитепрокладчика по нормам прецизионной точности обусловливает

15

необходимость создания на операциях равномерного припуска. Схемы технологических размерных цепей, определяющих равномерность припуска на операции шлифования верхней плоскости прокладчика, представлены на рис. 4

Рис.4 Размерные цели, определяющие равномерность припуска при шлифовании верхней плоскости прокладчика: о - продольное сечение; б - поперечное сечение.

Неравномерность припуска Л/ возникает при отклонении от параллельности и (Зд поверхности заготовки относительно получаемой поверхности детали:

А2 = 1 + Ш- рд, (5) где £ и Ш соответственно длина и ширина шлифуемой поверхности.

Отклонения от параллельности Яд и рд , формируемое в двух координатных плоскостях, определяется технологическими размерными цепями:

А,д=Л,,+А2 и рд=р,+р2,

где А,], рь , рг — угловые операционные размеры, получаемые на

предшествующей фрезерной и на данной шлифовальной операциях.

Важным требованием является обеспечение равностенности пустотелого корпуса прокладчика. На рис. 5 показаны схемы размерных цепей, определяющих формирование толщины стенки основания Б\ и верхней плоскости КА прокладчика:

БА=-Б, -Б2 + Б3; (6) КА=-К,-К2 + Кз, (7)

где Б К1 - высота внутренней полости; Б3 ; К3 - операционные размеры, получаемые на операции плоского шлифования.

Рис.5. Технологические размерные цепи, определяющие формирование толщины стенки основания БА и верхней плоскости А"д прокладчика

В свою очередь, взяв разность двух выражений (6) и (7) получим величину разностенности верхней и нижней базовых плоскостей:

Ба-Ка =(-Б, -Б2 + Б3) -(-К,-К2 + К3), (8) Учитывая, что Б ; = К , выражение (8) в отклонениях окончательно можно записать:

ДЕ,к= -АБ2 + АБЗ + АК2 - А КЗ . (9) Оценка на современных высокоточных измерительных приборах функционально связанных параметров геометрической точности группы нитепрокладчиков с различной продолжительностью их эксплуатации позволила выявить базовые и ориентирующие поверхности, подверженные интенсивному износу.

Для примера на рис. 6 приведены графики отклонений габаритных размеров (по высоте и ширине) для нового прокладчика № 115 и для прокладчика № 121 продолжительной эксплуатации, измерения выполняли в пяти поперечных сечениях.

В работе предложены технологические решения, позволяющие уменьшить влияние износа базовых поверхностей прокладчика на точность его позиционирования.

В диссертации проведена комплексная многоуровневая оценка технологичности конструкции прокладчика, исходя из требования безотказного автоматического позиционирования на тканеформирующих и транспортных переходах рабочего цикла станка. Такой анализ предусматривает выявление и оценку отдельных функциональных элементов в конструкции прокладчика, которые непосредственно влияют на точность его позиционирования. Каждый такой элемент оценивается двумя показателями: частным показателем надежности позиционирования (ориентации) к\ и коэффициентом экономической эквивалентности К31. К функциональным элементам прокладчика, определяющим надежность его позиционирования, относят: симметричность наружных поверхностей А'с: точность линейных и

угловых размеров базовых поверхностей Кп; углы фасок и уклонов на ориентирующих поверхностях Ку и другие.

Численные значения коэффициентов надежности позиционирования К{ и соответствующие им коэффициенты экономической эквивалентности К^ находятся в пределах:

0<Ъ<1; 0<К3{<1,

а их суммарное значение соответственно равно единице:

1-1 1=1 В результате комплексный многоуровневой показатель технологичности прокладчика К, рассчитывается по формуле:

1=9

Кт — —

"эо ........... "э ' "ЭУ

= ^_...............+ку-кэу+кс-кх

т я .........+К+К+К ' (10)

=1

Расчеты показывают, что сложный по геометрии многофункциональный корпус нитепрокладчика, параметры точности которого соответствуют прецизионному уровню, является достаточно трудоемким и при изготовлении требует значительных производственных затрат. Однако эти затраты следует считать целесообразными и оправданными при стабильном выполнении нитепрокладчиком своего служебного назначения, при его безотказном автоматическом позиционирование на всех переходах рабочего цикла станка.

В результате проведенных исследований выявлены основные причины, вызывающие снижение качества работы и потерю работоспособности нитепрокладчика. На основе этого разработаны и предложены эффективные технологические решения, обеспечивающие ремонтное восстановление точности и работоспособности нитепрокладчика.

Анализ технико-экономической эффективности полученных результатов показывает, что внедрение результатов исследований позволяет на (30 — 40)%

уменьшить количество отказов по причинам возникновения разладок в тканеформирующих механизмах и системе транспортирования

нитепрокладчика станка СТБ. Обеспечение надежного, безотказного позиционирования прокладчиков позволяет на (10-15) % сократить число непроизводственных простоев оборудования. Согласно расчетам годовой экономический эффект на одном станке СТБ составляет в среднем 14,5 тыс. рублей, а на участке цеха, включающем 25 станков, он составляет 3,6 млн. руб.

Результаты исследований внедрены также в учебный процесс вуза, они используются при изложении курсов «Технология текстильного машиностроения» и «Технология ремонта текстильных машин».

Заключение и общие выводы

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований в работе дано решение актуальной научной задачи - раскрытие функциональных связей служебного назначения нитепрокладчика с требованиями его точности, технологичности и методами их достижения в процессе изготовления, что имеет важное научное и практическое значение.

1. Исследование механики формирования пространственных отклонений нитепрокладчика на позициях замкнутого рабочего цикла позволило выявить и обосновать требования точности и технологичности изготовления нитепрокладчика в соответствии с его функциональным назначением.

2. Раскрытие пространственных размерных связей функционально связанных узлов бесчелночного ткацкого станка позволило рассчитать точность относительного положения тканеформирующих механизмов станка и выявить конструкторско-технологические факторы, вызывающие эти отклонения.

3. Идентификация и математическое описание схем базирования нитепрокладчика на позициях замкнутого рабочего цикла позволили выявить и рассчитать конструкторско-технологические условия и ограничения,

исключающие возникновение недопустимых позиционных отклонений, заклинивание прокладчика и аварийный останов станка.

4. На основе исследования и анализа причин возникновения позиционных отклонений разработаны конструкторско-технологические решения, обеспечивающие компенсацию недопустимых позиционных отклонений нитепрокладчика на тканеформирующих и других транспортных переходах цикла работы станка.

5. Разработанная методика комплексной многоуровневой оценки технологичности конструкции прокладчика ориентирована на достижение безотказности автоматического позиционирования прокладчика на основных переходах рабочего цикла. Она учитывает элементы, оценивающие показатели надежности позиционирования и коэффициенты их экономической эквивалентности, что позволяет комплексно оценить технологичность прокладчика и выявить пути ее совершенствования.

6. В результате исследования и анализа технологического процесса изготовления корпуса прокладчика выявлены технологические размерные связи, определяющие достигаемые параметры точности, равномерность припуска и толщины стенок прокладчика. Обоснованы методы достижения точности и рассчитаны коэффициенты уточнений, определяющие поэтапное формирование параметров точности нитепрокладчика при выполнении 265-и технологических операций.

7. Внедрение результатов исследований позволяет на (30 - 40)% уменьшить количество отказов по причинам возникновения разладок в тканеформирующих механизмах станка СТБ и обеспечить надежное, безотказное позиционирование прокладчиков, что позволяет на (10-15)% сократить число непроизводственных простоев оборудования. Согласно расчетам годовой экономический эффект на одном станке СТБ составляет в

среднем 14,5 тыс. рублей, а на участке цеха, включающем 25 станков — 3,6 млн.руб.

Результаты исследований внедрены также в учебный процесс вуза, они используются при изложении курсов «Технология текстильного машиностроения» и «Технология ремонта текстильных машин».

Основные публикации по теме диссертации В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мнацаканян В.У., Гуляев Е.С., Королев П.А. Обеспечение точности относительного положения тканеформирующих механизмов бесчелночного ткацкого станка. «Прогрессивные технологии машиностроительных производств» Приложение ГИАБ-2011, № 12. М.: Изд. «Горная книга» с. 57-60.

2. Гуляев Е.С., Прокопенко А.К. Возможные решения проблемы износа деталей механических систем и исполнительных органов оборудования текстильного производства. Известия высших учебных заведений «Технология текстильной промышленности» № 1, 2012 г. с. 108-110.

3. Гуляев Е.С. Задачи обеспечения точности нитепрокладчика.

//Горный информационно-аналитический бюллетень. М., 2013 г., № 9. с. 386-387.

Публикации в других изданиях

4. Гуляев Е.С., Мнацаканян В.У. Оценка параметров точности нитепрокладчика. Труды XV научной конференции «Математическое моделирование и информатика». МГТУ «Станкин», М. 2013. с. 117-121.

5. Гуляев Е.С., Мирсаяпов Н.И. Применение виброустойчивых легких сплавов в автоматических ткацких машинах. Тезисы докладов «Всероссийской научной конференции молодых ученых», СПб. 2012 г. с. 17-18.

6. Е.С. Гуляев, В.У. Мнацаканян. Исследования технологий упрочнения и восстановления работоспособности нитеконтактирующих деталей текстильного оборудования. Межвузовская научно-техническая конференция аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой

промышленности (ПОИСК-2012)», 23-25 апреля 2012 г. Сборник материалов, часть 2, Иваново 2012 г. с. 150-152.

7. Гуляев Е.С., Прокопенко А.К. Применение металлоплакирования в трикотажном производстве. «Инновационные технологии для текстильной и легкой промышленности», М: ИИЦ МГУДТ, 2010 г. с. 14-16.

8. Гуляев Е.С., Прокопенко А.К. Металлоплакирование - современный метод повышения износостойкости нитеконтактирующих деталей. Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». Труды МНТК МГТУ им. А.Н. Косыгина «Текстиль -2011». М. 2011. С. 212-213.

9. Мнацаканян В.У., Альпеисов А.Т., Гуляев Е.С. Выявление причин формирования отклонений пространственного положения рабочих органов чесальных машин. Тезисы трудов Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии, оборудование и материалы в машиностроении» 1-2 ноября 2012 г. Сб. тезисов Международной научно-практической конференции. - Алматы, 2012 г. с. 81-86.

10. Мнацаканян В.У., Гуляев Е.С., Габдуллина А.З. Выявление и анализ статистических данных по причине отказа узлов текстильных машин. Тезисы трудов Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии, оборудование и материалы в машиностроении» 1-2 ноября 2012 г. Сб. тезисов Международной научно-практической конференции. Алматы, 2012 г. с. 378-382.

11. Гуляев. Е.С., Мнацаканян. В.У. Устройство автоматической ориентации нитепрокладчика. Заявка № 2013146424 (072096) от 18.10.2013 о выдаче патента.

Научное издание

Гуляев Евгений Сергеевич

Обоснование параметров точности нитепрокладчика и технологических методов их достижения в процессе его изготовления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 23.10.2013 Формат 60* 90 1/16. Бумага 80 г. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 189.

Отпечатано в Издательском центре ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет <<СТАНКИН» 127055, Москва, Вадковский пер., За Тел.: 8(499) 973-31-93

«Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

На правах рукописи

0420136400?

Гуляев Евгений Сергеевич

Обоснование параметров точности нитепрокладчика и технологических методов их достижения в процессе его изготовления

Специальность: 05.02.08 - «Технология машиностроения»

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

д. т. н., профессор Мнацаканян В. У.

Москва-2013

Содержание

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

Глава 1. Задача обеспечения точности и безотказной работы нитепрокладчика бесчелночного ткацкого станка.........................7

1.1. Функциональное назначение нитепрокладчика и зевообразовательного механизма бесчелночного ткацкого станка.........................................7

1.2. Потеря работоспособности и отказы узлов станков СТБ...................14

1.3. Цель и задачи исследования........................................................22

Глава 2. Исследование пространственных отклонений нитепрокладчика бесчелночного ткацкого станка.....................................................26

2.1. Координатные системы функционально связанных узлов бесчелночного ткацкого станка.........................................................26

2.2. Пространственные размерные связи функционально связанных узлов бесчелночного ткацкого станка.........................................................31

2.3. Базирование нитепрокладчика на позициях замкнутого рабочего цикла станка.........................................................................................42

2.4. Выводы.................................................................................50

Глава 3. Технологические методы обеспечения требуемой точности пространственного положения нитепрокладчика на позициях рабочего цикла станка...............................................................................53

3.1. Задачи обеспечения точности и работоспособности батанного механизма бесчелночного ткацкого станка..........................................53

3.2. Формирование пространственных отклонений прокладчика на позициях рабочего цикла..............................................................66

3.3. Требования к параметрам геометрической точности нитепрокладчика, функциональная и количественная связь параметров точности................76

3.4. Обеспечение точности позиционирования прокладчика на позициях рабочего цикла.............................................................................................81

3.5. Выводы.................................................................................91

Глава 4. Обеспечение требуемой точности нитепрокладчика на операциях его изготовления. Технико-экономическая эффективность

результатов исследований.............................................................93

4.1. Управление технологическими связями, определяющими достижение требуемой точности нитепрокладчика при его изготовлении...................93

4.2. Аттестация функционально связанных параметров геометрической точности нитепрокладчика..............................................................103

4.3. Выявление требований технологичности прокладчика из условия безотказности позиционирования на позициях рабочего цикла...............113

4.4. Внедрение результатов исследования и их технико-экономическая эффективность............................................................................119

4.5. Выводы.................................................................................125

Заключение и общие выводы..........................................128

Список литературы.................................................................130

Приложения........................................................................137

Приложение №1. Параметры точности нитепрокладчика достигаемые на

операциях механообработки.............................................................137

Приложение №2. Акты внедрения......................................................146

Введение

Актуальность темы. Основной задачей текстильной отрасли является постоянное удовлетворение населения страны изделиями массового спроса. Поэтому текстильная промышленность представляет собой важнейшую отрасль хозяйства страны. Выпуск изделий массового спроса возможен на основе широкой автоматизации и механизации. В соответствии с этим текстильная промышленность является одной из механизированных отраслей. Высокое качество выпускаемой продукции, эффективность работы и конкурентоспособность предприятий во многом зависят от технического состояния и работоспособности оборудования, от уменьшения количества его отказов и продолжительности простоя.

Станки ткацкие бесчелночные (СТБ) являются современными высокопроизводительными автоматами, широко применяемыми на многих заводах отрасли. Они обеспечивают создание ткацкого полотна шириной до 3,3м. как на хлопчатобумажной, так и на синтетической основе. Основной особенностью станков является применение автономных нитепрокладчиков (челноков), осуществляющих захват нити, проведение ее в створе гребенок и освобождение нити в конце кромки полотна. При этом челноки, количество которых на одном станке составляет 14... 17 штук, синхронно работают в автоматическом цикле, включающем ударное воздействие для пролета со скоростью 25 м/с, гашение скорости, останов и быстрый возврат в исходное положение боевой коробки. Однако, как показывает практика, на станках имеют место отказы, 80% которых связано с механизмами формирования ткани, в которых ключевым элементом является нитепрокладчик. На их устранение затрачивается до 85% времени ремонта, что приводит к потере производительности оборудования. В соответствии с этим работа посвящена решению актуальной задачи - обоснованию параметров точности нитепрокладчика и технологических методов их достижения, что уменьшает отказы и обеспечивает точное автоматическое позиционирование прокладчика на позициях рабочего цикла.

Работа выполнена в МГТУ им. А.Н. Косыгина на кафедре технологии текстильного машиностроения и конструкционных материалов. Отдельные разделы выполнены в соответствии с работами, проводимыми на кафедре в рамках целевых научных программ по заданию Минобрнауки России.

Целью работы является обоснование требований точности нитепрокладчика, его технологичности и выявление технологических решений их достижения в процессе изготовления. Для достижения поставленной цели требуется решение научных задач: 1. Выявить пространственные размерные связи функционально-связанных узлов бесчелночного ткацкого станка.

2. Определить схемы базирования нитепрокладчика на позициях замкнутого рабочего цикла.

3. Выявить технологические решения, позволяющие компенсировать позиционные отклонения нитепрокладчика на тканеформирующих переходах.

4. Дать обоснование требованиям точности и технологичности нитепрокладчика из условия безотказности позиционирования на позициях рабочего цикла.

5. Выявить технологические методы достижения параметров точности прокладчика в процессе его изготовления

Научная новизна работы заключается в решении актуальной научной задачи - раскрытие связей служебного назначения нитепрокладчика с требованиями его точности, технологичности и методами их достижения в процессе изготовления, что имеет важное научное и практическое значение. Основными составляющими научной новизны являются:

1. Обоснование требований точности и технологичности изготовления нитепрокладчика в соответствии с его служебным назначением.

2. Раскрытие пространственных размерных связей функционально связанных узлов бесчелночного ткацкого станка, определяющих точность относительного положения тканеформирующих механизмов.

3. Выявление схемы базирования нитепрокладчика на позициях замкнутого рабочего цикла и конструкторско - технологических условий, исключающих их заклинивание и недопустимые позиционные отклонения.

4. Разработка конструкторско - технологических решений, обеспечивающих компенсацию позиционных отклонений нитепрокладчика на тканеформирующих и других позициях замкнутого рабочего цикла.

5. Обоснование технологических методов достижения параметров геометрической точности прокладчика в процессе его изготовления.

6. Комплексная многоуровневая оценка технологичности конструкции прокладчика исходя из требования безотказного автоматического позиционирования на позициях рабочего цикла.

Практическую ценность работы составляют:

1. Методика многоуровневой оценки технологичности конструкции прокладчика на основе требований безотказного автоматического позиционирования при прохождении позиций технологического цикла.

2. Методика расчета точности позиционирования прокладчика на тканеформирующих и транспортных позициях цикла работы станка.

3. Конструкторско - технологические решения компенсации позиционных отклонений нитепрокладчика при его перемещении по позициям замкнутого рабочего цикла.

4. Методика выявления требований точности прокладчика исходя из решения функциональных задач работы нитепрокладчика.

Работа прошла апробацию. По результатам исследования опубликовано 10 работ, в числе которых 3 работы относятся к перечню изданий, рекомендованных ВАК РФ. Результаты работы докладывались на Всероссийских и международных конференциях в МГТУ «МАТИ им. К.Э. Циолковского», МГТУ «СТАНКИН», в МГТУ им. А.Н. Косыгина, в МГУДТ.

Структура и объем работы: работа включает 4 главы и приложение. Общий объем 145 страниц, включая 33 рисунка, 12 таблиц и список литературы в количестве 70 наименований.

Глава 1. Задача обеспечения точности и безотказности работы нитепрокладчика бесчелночного ткацкого станка 1.1. Функциональное назначение нитепрокладчика и зевообразовательного механизма бесчелночного ткацкого станка

Станки ткацкие бесчелночные (СТБ) являются наиболее универсальными и совершенными бесчелночными ткацкими станками, которые широко применяются в различных отраслях текстильной промышленности. Применение станков СТБ вместо челночных, например, в шерстяной отрасли позволяет повысить производительность оборудования в 1,7-3,5 раза, а производительность труда в 2 - 2,5 раза. Однако опыт эксплуатации станков СТБ показал недостаточную надежность и долговечность отдельных его деталей и узлов. Это приводит к увеличению простоев из-за разладок, к увеличению затрат времени на техническое обслуживание и ремонт. Все это в итоге приводит к снижению качества вырабатываемой ткани. Проведенные исследования показывают, что 80 % отказов в станках СТБ происходят в механизмах прокладывания утка. При этом на их восстановление затрачивается 88 % времени ремонта. Наибольшие отказы имеют место в механизмах нитепрокладчика (нитедержателя, возвратчика) и в механизмах смены цвета утка [ 25,35, 42,]

Требуемое переплетение нитей основы и утка обеспечивает зевообразовательный механизм, который осуществляет подъем и опускание ремизок с расположенными в них нитями основы. На станках СТБ в основном применяют зевообразовательный механизм кулачкового типа, схема которого представлена на рис. 1.1.

Эксцентриковый зевообразовательнй механизм является одним из наименее надежных механизмов станка СТБ. Детали этого механизма имеют более короткий срок службы по сравнению с деталями других механизмов. Это находит свое проявление, в первую очередь, в

интенсивном износе шарнирных соединений в ремизных тягах, в образовании повышенных зазоров, что приводит к возрастанию динамических инерционных нагрузок и как следствие к разрыву шарнирных соединений ремизных тяг, к ослаблению крепления эксцентриков. В результате срок службы механизма значительно уменьшается.

Рис. 1.1 Схема зевообразовательного механизма станка СТБ 216: 1 - секции ремизок; 2,3,10 - базовые оси; 3,4,9 - опорные втулки; 6,7- треугольные рычаги; 8-тяга.

Исследования зевообразовательного механизма показывают, что удельные нагрузки в шарнирных соединениях ремизных тяг достигают 8,5 МПа. Для уменьшения таких нагрузок рекомендуется в конструкции механизма увеличивать на 35.. .40% диаметры шарнирных втулок.

В работе [33] предложено в шарнирных соединениях ремизных тяг использовать обратные пары трения. Для этого антифрикционный слой бронзы напыляют на стальные базовые оси, а дорогостоящие бронзовые втулки заменяют дешевыми чугунными.

На точность выполнения требуемого закона относительного движения ремизок оказывают влияние как зазоры в кинематической паре кулачок-ролик, так и зазоры в шарнирных соединениях рычажного привода,

обеспечивающего связь с ремизками. При этом конструктивно величина зазора в паре кулачок-ролик значительно больше, чем в шарнирных соединениях.

Исследования показывают, что зазор между кулачком и роликом по длине профиля не одинаков и колеблется в значительных пределах от 0,35 до 1мм. Это объясняется различной величиной износа контактируемых поверхностей .и качеством изготовления кинематической пары. В соответствии с этим установка рекомендуемого зазора 0,5мм между кулачком и роликом в одном положении (например, в начале при первом заступе) не обеспечивает требуемой величины зазора, а следовательно и качественной работы механизма в других положениях. Искажение требуемых кинематических связей механизма влечет за собой нарушение взаимодействия рабочих органов, траекторий их относительного движения, что приводит к увеличению обрывности нити.

Ввод уточной нити в зев осуществляет прокладчик утка. Схема

конструкции прокладчика представлена на рис. 1.2.

-______________________________ 99 ... ___

/ з

/

* ( г.

X

/| .,/и-1„

® фп-

а б

Рис. 1.2. Нитепрокладчик: а - схема конструкции; б - корпус прокладчика 1 - захваты (губки); 2 - продольный паз; 3 - отверстие для раскрывателя; 4 - пружина; 5 - корпус; 6 - клепки.

Конструкция представляет стальной полый корпус 5, внутри которого помещена пружина 4, закрепленная двумя клепками 6.

Корпус прокладчика оканчивается в передней части заостренным мыском, обеспечивающим требуемое центрирование при пролете прокладчика вдоль оси направляющей гребенки от боевой коробки до приемной. Губки должны смыкаться усилием 17 -19 Н, а отклонение линии сомкнутых губок от оси прокладчика не должно превышать 0,1 — 0,15 мм.

При выработке на станках СТБ технических тканей из тяжелых синтетических нитей плоские зажимающие поверхности губок пружины могут не удерживать нить. Поэтому во время прокладки нить может выскальзывать, т.е. прокладчик теряет нить. Для надежного удержания нити прокладчиком у одной из губок выпиливают угловой паз, а у другой -соответствующий угловой выступ.

Масса прокладчика - 40 г, габаритные размеры: длина - 90 мм, ширина - 14 мм, высота - 6 мм. Скорость перемещения (полета) прокладчика на современных станках составляет около 20-25 м/с, при этом, корпус прокладчика интенсивно изнашивается по наружным профилям, несмотря на то, что при его изготовлении поверхность корпуса прокладчика утка подвергается азотированию. Количество

нитепрокладчиков на одном станке обычно составляет от 13 до 17 шт.

Наиболее распространенным дефектом прокладчика является возникновение усталостных трещин в корпусе в результате циклических нагрузок. Трещина в корпусе вызывает смещение губок пружины относительно оси прокладчика, из-за чего уток передается не в середину захватов пружины. В результате в ткани возникают пороки.

Из-за трения прокладчика о направляющие изнашивается мысок прокладчика. Вследствие этого прокладчик утка нечетко фиксируется в приемной коробке, а это в свою очередь вызывает бахрому кромок вырабатываемой ткани.

Направление движения прокладчика в зеве в процессе

прокладывания уточной нити корректируют несущие зубья гребенки.

Схема конструкции и расположение зубьев гребенки в батанном механизме представлена на рис. 1.3.

а б

Рис. 1.3. Схема конструкции и расположение зубьев гребенки:

а - расположение зубьев; б - зуб гребенки 1- брус батана; 2 - зажимная планка; 3 - направляющая планка; 4 - бердо; 5 -несущие зубья гребенки; 6 - винты крепления; 7 - гребенка; 8 - крепление бруса батана; 9 - лопасть; 10 - подбатанный вал.

Гребенки 7 закреплены на брусе 1, который совершает в процессе работы станка возвратно - качательное движение, поступающее от подбатанного вала 10 через лопасть 9. На каждой гребенке расположено шесть зубьев 5. В средней части зуба имеется окно для движения прокладчика, в верхней части расположена прорезь - для выхода уточной нити.

Вследствие непрерывного пролета прокладчиков внутренняя поверхность зубьев гребенки подвергается интенсивному износу; количество таких деталей на одном станке доходит до 100 шт. Для изготовления зубьев применяют ленту из стали 20. После механической обработки зубья подвергают нитроцементации, закалке с последующим

отпуском. Для повышения износостойкости зубья подвергают хромированию.

Кулачковый вал батанного механизма конструктивно выполняется в виде двух - трех раздельных секций, каждая из которых смонтирована в отдельной коробке. Базирование каждой коробки осуществляется на общей раме по схеме с использованием двойной опорной базы. Три секции кулачкового подбатанного вала имеют общий привод и соединяются в единую линию посредством фрикционных муфт. В соответствии с этим одной из важных технологических задач первонач