автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение долговечности тормозных дисков шайбовых нитенатяжных приборов

1 ^ ^ ^(хлрсмской ордеш. пудового тснсго зншеш технологический институт

На правах рукописи

Чистяков Сергей Витальевич

Уда 677-2/-8

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТОРМОЗНЫХ дисков ШАЙБОВЫХ ШТЕШШШ ПШБОРОВ

05.02.13 - машины и агрегаты легкой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кострома 1991

ГЬбота выполне® на кафедре технологии конструкционных материалов и ремонта текстильных машин Костромского ордена Труд го Красного Знамени технологического института»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

М. И. Худых

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

С.В.Ягаиков

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

К.М.Пирогов; кандидат технических наук Э.ПДстреин

Ведущая организация - Нэрехтский льнокомбидат "Красная

текстильщица"

. Зашита диссертации состоится " _ _1991 год

в на заседании специализированного совета К 063.89.01.

по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук при Костромском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте (156021, г« Кострома, ул. Дзеряинского,17 ауд. 214).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КТО. Автореферат разослан фб^А^^^Р 1991 года

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор Ю.В.Белов

уальность_темы. Шайбовые натяжные приборы имеют широ-; рост ранение в текстильной промдаленности. Остро стоит

адача повышения долговечности тормозных дисков шайбовых на-яжных приборов (ШНП) - одними из самых массовых нитепроводя-их деталей текстильных машин. Их количество на текстильной ашине составляет от 40 до 1000 штук и более, между тем срок лужбы большей части их мал и составляет от 3 месяцев до I го-а. Наблюдениями, проведенными в МТИ, установлено, что до 4($ сех обрывов при перематывании льняной пряжи на уточно-пере-оточных и мотальных машинах происходит вследствие изнашива-ия тормозных дисков. На замену гоношенных деталей, в том чис-е дисков ШНП, затрачивается до всего баланса времени, по- • оженного на средний ремонт.

Необходимость частой замены изношенных деталей приводит увеличению простоев оборудования, снижению произ водите льнос-и труда.

Попытки повысить долговечность тормозных дисков проводились неоднократно, однако усилия исследователей сосредоточить преимущественно на подборе материалов или покрытий и к юлному решению задачи » привели. Нэобходимо отметить, что |акономерности изнашивания тормозных дисков движущейся нитью и изучались и почти не освепвны в литературе. В частности з литературе нет данных о влиянии форма тормозных дисков на 13нос. Именно из-за отсутствия даучно-обоснованных принципов зыбора даиболее износостойкой конструкции тормозных дисков на иашинах устанавливаются детали, имеющие малый срок службы, что в условиях современного производства недопустимо.

Чкким образом, актуальность данного исследования определяют потребности современного производства, с одной стороны, и существенный пробел в теоретических исследованиях, с другой.

Цгльго_работы является исследование закономерностей изнашивания тормозных дисков шайбовых натяжных приборов, разработка на основе выявленных закономерностей комплексных методов повышения их долговечности.

Для достижения указанных целей предстояло:

I. Разработать математическую модель, связываваг/ю износ тормозных дисков с конструктивными параметрами прибора и со свойствами нити.

2. Разработать новый способ и конструкцию для натяжения дв! жущейся нити применительно к щайбовым натяжным приборам.

3. Получить ыатематичвС10то зависимость, раскрывающую процес изнашивания тормозных дисков.

4. Получить математическую зависимость изнашивания тормозга дисков с учетом неровноты нити по диаметру.

5. Разработать на основании результатов исследования конструкции тормозных дисков, имеющие повышенную износостойкость.

6. Провести опытно-промышленные испытания тормозных дисков повышенной износостойкости.

Ыетоды_исследования _

Решение поставленных задач осуществлялось с помощью следующих методов: расчетных и экспериментальных методов определения износа при фрикционном взаимодействии нити с тормозным диском, ме тодом математического планирования эксперимента; для изучения поверхности тормозных дисков и износа применялась оптическая микроскопия и профилометрия; статистическая обработка результатов эксп риментов и расчеты с помощью теоретических соотношений осуществля лись на ЭВИ. Выводы, сделанные в работе, были проверены в условия промышленной эксплуатации конструкций тормозных дисков повышенной износостойкости*

Научная новизна и теоретическая ]значим01сть_и_сслед0^ания

Впервые исследовано влияние формы и размеров тормозного дис ка на его износ; выявлены основные факторы, определяющие износ тормозного диска; впервые изучены закономерности изнашивания тор мозных дисков различными вцдами нитей, на- их основе созданы математические зависимости изнашивания тормозного диска. Впервые уста новлено наличие явления зависания груза над прокладкой и соответствующая ему критическая скорость движения нити. Разработан новый способ натяжения движущейся нити (A.C. № 1500602).

Праетиче_ская_ценность £аботы_

Разработаны методы и испытательные стенды для исследования износостойкости тормозных дисков шайбовых натяжных приборов, позволяющие ускорить получение данных. Разработан алгоритм "Расчета оптимальной формы нитеконтаетирующей поверхности тормозных

1Сков шайбовых натяяных приборов".

Предложены такие формы тормозных дисков, благодаря котом повышается износостойкость нитепроводников, которые испытаны »к в лабораторных, так и в производственных условиях.

Экономический эффект от внедрения тормозных дисков новой )рмы составляет 296 рублей на машину ММЛ-2 в год.

£едлиз|1Ция_рмхльтат£В_работы

Тормозные диски шайбовых натяжных приборов повышенной зносостойкости, разработанные на основе проведенного исследо-1ния, прошли испытания в производственных условиях. Тормозные иски в соответствии с рекомендациями по повышению износостой-эсти испытаны и внедрены на Нерехтском льнокомбинате "Красная 5кстилыцица". Разработанный алгоритм расчета оптимальной фора нитеконтактирукхцей поверхности используется при разработке эвых конструкций тормозных дисков шайбовых натяжных приборов Костромском СКБТМ.

Апдо_бгщия £аботы_

Основные положения работы докладывались на научных конфе-внциях КТИ (1988, 1989, 1990 гг.), на научно-практических онференциях молодых ученых и специалистов в Костроме (1988, Э89 гг.), на научных конференциях ИВТИ (1988, 1989 гг.), на остромском филиале семинара АН СССР по теории машин и механиз-ов "(1990г.), на ученых советах ВНШП и СКЕШ (1990 г.).

Ст]Э}тсгщ>а Д объем Цаботы_

Работа состоит из введения, 5 глав, выводов и рекоменда-ий, списка литературы и приложений. Диссертация написана на Об страницах машинописного текста, насчитывает 38 рисунков, I таблиц, список литературы включает 99 наименований.

б

_адтанив работы.

Во__введении обоснована актуальность теш диссертации, определены цель, задачи и методы исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

£Лярвой. _Г£аве_приводится обзор теоретических, экспериментальных: исследований и конструкторских разработок, посвяаенных проблеме повышения долговечности тормозных дисков шайбовых натяжных приборов. Значительный вклад в разработку проблемы внесл! работы, выполненные в Костромском технологическом институте под руководством М.И.Худых • (В.М.Балышом, Г.Р.Петерсом, В.П.Соколовым, М.Б.Хаитом, Г.К.Букаловым) в Калининском политехническом институте Б.И.Забродиным, а также П.Т.Баско и др., зарубежных ученых А.Селвуда, К.Зудзино, Дж.Мавелла и др. Эти работы позволили выявить ряд важных для теории и практики закономерностей, дать рекомендации по повышению износостойкости нитепроводников. В частности был сделен вывод о преимущественно абразивной природе изнашивания нитепроводящих деталей движущейся нитью. Результаты анализа научной литературы показали также, что до после; него времени работы по повышению долговечности нитепроводящих деталей были направлены на подбор более износостойких материал« и методов нанесения покрытий и химико-термической обработки. Меж; тем в создании конструкций тормозных дисков ШНП наиболее совершенной формы кроются немалые резервы повышения износостойкости, которые до сих пор не использовались. Именно этот факт и определил одну из основных задач данных исследований.

В первой главе отмечается, что в настоящее время известны сотни конструкций ШНП и они продолжают совершенствоваться. Исследованию ШНП посвящено большое количество работ как у нас в стране, так и за рубежом, это работы Э.А.Оникова, Я.И.Коритысского, Е.Д.Ефремова, З.И.Кубайтиса, П.Л.Гефтера и др. Из анализа работ по исследованию конструкций ШНП следует, во-первых, что в литературе не освещены вопросы снижения изнашивания тормозных дисков в комплексе, учитывающие конструктивные параметры прибора и свойства перерабатываемой нити, а именно шага ее неровноты, во-вторых, - данные о стабилизации натяжения нити даны в отрыве от ее свойств. Решение этой задачи и составило второе направление исследований.

Вторая_глава_ посвящена исследованию изнашивания тормозных исков ШНП методом машинного эксперимента. Для этого была созда-:а математическая модель для определения интенсивности изнашива-ия тормозных дисков в зависимости от конструктивных параметров .вухзонного ШНП и свойств перематываемой нити.

В модели приняты следующие основные допущения: I) нить меет неровности по толщине, изменяющиеся по гармоническому загону, 2) вычисление выходных параметров модели, таких как выход-юе натяжение, сила нормального давления в первой и во второй ¡онах ШНП, интенсивность изнашивания дисков в первой и во второй юнах . ШНП идет на базе случайной величины шага дефекта нити А;.

где: тГ У

р- - выходное натяжение,Н, Рв - начальное натяжение, н, р - коэффициент трения,

- масса груза, кГ, жесткость прокладки, н/м,

^ - ускорение силы тяжести, м/с,

о! в - минимальный диаметр нити, и, ^

и) - вынужденная круговая частота колебания груза, с,

- текущее время, с

Ж А * (2)

- сила нормального давления, н

У - фаза колебаний груза 1П , она определяется

л/.

■ где:

- интенсивность изнашивания дисков,

й - наружный диаметр тормозного.диска, м ,

- ширина тормозного контура диска, м,

И - коэффициент износа тормозных дисков, м*/н .

На основании соотношений (1-3) был создан алгоритм "Расчета интенсивности изнашивания тормозных дисков двухзо: ных ШНП". Данный алгоритм был использован для исследования влияния конст-

руктивньк параметров ШНП, которыэ в свою очередь являются вхо; ними величидами одноименной-математической модели, на интенси! ность изнашивания тормозных диское.

Созданный алгоритм позволяет определить: I) численные знг чения интенсивности изнашивания дисков, 2) обрывность пряжи при перематывании, 3) величину зазора между грузом и прокладке возникающего вследствие отрыва груза.

В результате проведенных исследований получен ряд зависимостей, анализируя которые можно сделать следующие выводы:

1) наиболее существенно оказывает влияние на интенсивное! изнашивания дисков масса грузовых шайб,

2) следующий параметр по градации, оказывавший влияние на интенсивность изнашивания дисков, - жесткость прокладок,

3) третий параметр, влияющий на интенсивность изнашивания дисков, - расстояние между зонами ШНП,

4) варьирование параметрами массы груза и жесткости прок; док не всегда возможно и поэтому особый интерес в снижении иь тенсивности изнашивания дисков представляет параметр, определ? ший расстояние между зонами ШНП.

В третьей главе был разработан новый способ натяжения дв» жушейся нити и устройство для его осуществления. Необходимое^ данной разработки была обусловлена тем, что при перематывании пряжи с неровнотой по диаметру с использованием ШНП наблюдаете явление отрыва груза от прокладки, натяжение при этом не соответствует технологически заданному, возможно прохождение через прибор слабых мест нити, которые впоследствие приводят к обры! ности пряжи на последующих переходах. Предложенный способ позволяет предотвратить вышеуказанные явления, тем самым добитьс* стабильности выходного натяжения и снижения интенсивности изне шивания дисков. Способ дает возможность сформулировать основнь требования к созданию новой конструкции ШНП:

1) Число зон выбирают да произвольно, а с учетом числа явно выраженных шагов дефекта пряжи.

2) Зоны трения располагают не произвольно, а на определе! ных расстояниях от первой зоны трения, определяемых неровното! самой пряжи.

3) Инерционные элементы, жесткости прокладок (материал, размеры зон тренкя) должны быть одинаковы.

Зоны трения в свою очередь выполнены с возможностью перемещения и фиксации на заданных расстояниях друг от друга.

В третьей главе был исследован процесс колебания груза на прокладке. Для этого была разработай и изготовлена, лабораторная установка. На основании экспериментов впервые было установлено, что при достижении резонансной скорости перематывания нити происходит зависание груза. Были определены критические скорости перематывания нити.

Результаты экспериментов показали, что скорость перематывания пряжи с ярко выраженным шагом нзровноты нэобходимо выбирать в докритическом диапазоне. Но в реальных производственных условиях процесс перематывания пряжи нередко идет в закритичес-ких областях скоростей и в связи с этим было рекомендовано одно из средств борьбы с явлениями зависания - подбор формы дисков.

Четвертая глава посвяшена. исследованию влияния конструкций тормозных дисков ШЕЛ на изнашивание при их контакте с движущейся нитью.

Износ тормозных дисков обычно происходит в трех видах:

1) Износ в виде истирания всех нитеконтактируюшей поверхности.

2) Круговой износ.

3) Мзстный, канавочный износ.

Шиболее опасным является- местный, канавочный износ, так именно глубина канавки оказывает определяющее влияние да. обрывность.

В данной главе был рассмотрен вопрос, связанный с выбором износостойких, малоповреждаюших пряжу конструкций тормозных дисков в зависимости от свойств неровноты контактирующей с ними нити. Было определено, что поверхность диска, имеющей максимальную износостойкость, будет поверхность, износ которой во всех точках постоянен, так как в противном случае на нитеконтактируюшей поверхности будут участки, износ которых больше соседних, а диск отбраковывается тогда, когда износ в какой-то точке превышает предельный. Обычно величина предельного износа равна толшинэ защитного покрытия диска.

Теоретическое исследование изнашивания проводилось в два

этапа. На первом этапе была разработана математическая зависимость издашивания тормозных'дисков.идеально-ровной нитью. На втором этапе исследований была разработана математическая зав] симость изнашивания тормозных дисков нитью с неровнотой по диг метру. Полученные математические зависимости по определению изнашивания тормозных дисков явились основой для создания май матической модели расчета параметров изнашивания на ЭВМ. Программа, реализующая указанную модель, позволяет расчитать и выбрать наиболее износостойкий профиль диска. В четвертой главе доказана правомочность применения формулы для абразивного изнг шиваняя в расчете износа тормозных дисков ШНП.

В пятой главе приводятся результаты опытно-промышленных испытаний тормозных дисков ШНП предлагаемых форм и расчет эк( номической эффективности от их внедрения, а также данные об и< пользовании алгоритма расчета оптимальной формы нитеконтакти-руюшей поверхности тормозных дисков ШНП.

(кидаемый экономический эффект от внедрения новой констр: ции тормозных дисков составляет 296 руб. на одну машину ММЛ-2, Во ВНИИЛПе было принято решение о использовании полученных результатов в научной работе института. Разработанный алгоритм "Расчета оптимальной формы нитеконтактируюшей поверхности тормозных дисков ШНП" используется при проектировании новых ш струкций тормозных дисков ШНП в Костромском 'СКБШ.

вывода и еексмевдцдои

1. №. основании анализа отечественного и зарубежного лит> ратурного материала выявлено, что наиболее перспективными и н достаточно разработанными являются следующие направления повы шения долговечности тормозных дисков шайбовых натяжных приборов II) усовершенствование конструкции двухзонных шайбовых на тяжных приборов с целью стабилизации выходного натяжения нити снижения интенсивности издашивания дисков, 2) создание рацион ных профилей дисков оптимально износостойких форм.

2. Разработанная математическая модель устанавливает взаимосвязь между конструктивными параметрами двухзонного шай бового натяжного прибора и свойствами перематываемой нити, с одной с*ороны, с интенсивностью изнашивания дисков, с другой.

3. Исследование влияния конструктивных параметров шайбо-эго натяжного прибора, на интенсивность изнашивания тормозных «ков показало:

1) наиболее существенно влияет на интенсивность изнашиваяя дисков масса грузовых шайб,

2) следующий параметр по градации, оказывающей влияние I интенсивность изнашивания дисков, - жесткость прокладок,

3) третий параметр, влияющий на интенсивность изнашивает тормозных дисков,- расстояние между зонами ШНП.

4. 1^зработанный новый способ натяжения движущейся нити созданное на его основе устройство двухзонного ШНП позво-геи стабилизировать натяжение нити и уменьшить износ тормозах дисков.

5. Экспериментальным путем на лабораторной установке, уставлено наличие явления зависания груза над прокладкой и соот-)тствуюшая ему критическая скорость движения нити.

6. Экспериментально выявлено, что износ тормозных дисков ■Щ находит проявление в трех видах: I) износ в виде истирания зей нитеконтактируюшей поверхности, 2) круговой износ, 3) мест-лй, канавочный износ.

7. Экспериментально доказана правомочность применения форели для абразигного изнашивания в расчете износа тормозных чеков, а именно:

а) с увеличением ширины тормозного контура диска износо-гойкость его линейно увеличивается

б) с увеличением внутреннего диаметра тормозного контура иска износостойкость его линейно увеличивается

в) с увеличением массы грузовых шайб прибора износостой-:сть тормозного диска уменьшается.

8. Полученные математические зависимости по определению

знашивания тормозных дисков ШНП заложены в программу расчета а ЭВМ; позволяют использовать их при выборе наиболее износо-гойких профилей.

9. Производственные испытания новых форм тормозных дис-

ов ШНП подтверждают выводы, вытекающие из проведенных исследо-аний.

10. Внедрение в производство тормозных дисков рекомендо-анных форм дает значительный экономический эффект.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Чистяков C.B., Ямщиков C.B., Худых М.И., Букалов Г.К. Экспериментальный метод определения критической скорости перематывания пряжи в шайбовых натяжных грузовых приборах // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности.-1989. - № 3. - с. 102-103.

2. Букалов Г.К., Чистяков C.B., Худых М.К. Разработка модели изнашивания нитепроводников на основе адализа контакта нити с нитепроводяшими деталями // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. - 1990. - № 5. - с. 95-98.

3. А.с. 150(3602. Способ натяжения движущейся нити/ Ямщиков C.B. Чистяков C.B. (СССР). - Приоритет 22 декабря 1987 г. Опублик 15 апреля 1989 г.

4. Чистяков C.B., Ямщиков С.В.'Применение имитационно-статистических методов для моделирования натяжения в натяжных приборах с позиционным силовым взаимодействием. Рукопись депонирована в ЦШИТЗИлегпром 19.05.89 за № 2475-лп, № I (207),

с. 123.

5. Чистяков C.B., Ямщиков C.B. Исследование динамической жесткости поролоновых прокладок шайбовых нитенатяжных грузовых приборов // Тезисы докладов областной научно-технической конференции "Новые технические и технологические разработки и их внедрение в текстильной и легкой промышленности" Иваново, 1989. - с. 81.

6. Чистяков C.B., Ямщиков C.B. Имитационно-статистическая модель натяжения нити в многозонном шайбовом натяжном устрой-, стве // Тезисы докладов областной жучно-технической конференции "Научным разработкам - широкое внедрение" Иваново, 1988, - с. 53.

7. Чистяков C.B., Букалов Г.'К. Исследование ширины контакта нити с нитепроводником // ТЬзисы докладов областной научно-технической кон^ренции "Участие молодых ученых и специалистов в реализации научно-технических проблем". - Кострома, 1988. - с. 25.

8. Чистяков C.B. Нитенятяжитель. // Тезисы докладов областной научно-практической код&еренции молодах ученых и специалистов "Научно-технический потенциал молодых ученых и специалистов - производству". Кострома, 1989. ч. 3-е. 64.