автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение стабильности параметров зоны чесания шляпочных кардочесальных машин

3.1. Производственная методика установки разводок в шляпочном полотне.

3.2. Прочностной расчет регулировочных шпилек для установки разводок в шляпочном полотне.

3.3. Исследования деформаций и напряжений в гибких дугах при регулировке разводок.

3.3.1. Расчет деформаций гибких дуг с помощью уравнения упругой линии.

3.3.2. Расчет статического напряженно-деформированного состояния гибких дуг методом конечных элементов.

3.3.3. Экспериментальная проверка деформаций гибкий дуги.

3.4. Контактная задача в основных сопряжениях шляпочного полотна.

3.4.1. Моделирование контакта опорных платиков шляпки с рабочей поверхностью гибкой дуги.

ЗА.2. Моделирование напряженно-деформированного состояния в шарнире шляпочной цепи.

3.4.3. Определение напряжений в зоне контакта головки колосника с зубом приводной звездочки.

Выводы по главе.

ГЛАВА IV МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

ШЛЯПКА - ВОЛОКНИСТЫЙ ПРОДУКТ".

4.1. Теоретические предпосылки определения динамических свойств волокнистых материалов при чесании.

4.2. Разработка методики и экспериментального стенда для определения вязкоупругих свойств волокна.

4.3. Стендовые экспериментальные исследования и обработка полученных результатов.

4.4. Частная динамическая модель "шляпка - волокнистый продукт".

4.5. Экспериментальная проверка вынужденных колебаний шляпки при взаимодействии с продуктом.

4.6. Моделирование динамики шляпки в пакете ANSYS.

4.6.1 Модальный анализ шляпки.

4 6.2. Моделирование вынужденных колебаний шляпки.

Выводы по главе.

ГЛАВА V РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЗОНЫ ЧЕСАНИЯ.

5.1. Разработка конструкции гибкой дуги, исключающей искажение её рабочей поверхности.

5.2. Обеспечение стабильности параметров зоны чесания шляпочного полотна за счет устранения износа платиков шляпок и гибких дуг.

5.2.1. Разработка направляющего узла качения шляпочного полотна.

5.2.2. Технология сборки, обкатка и проверка работоспособности узла качения.

ВВЕДЕНИЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение. Качество пряжи при одинаковых свойствах сырья, в основном, зависит от качества обработки хлопка в прядении (в первую очередь от очистки хлопка на разрыхлительно-трепальных агрегатах и главным образом от пороков волокна на чесальных машинах). Разрыхлительно-очистительное оборудование, установленное на большинстве хлопчатобумажных предприятий России, не отвечает современным требованиям. Даже после обработки хлопка на современных агрегатах в волокне остается некоторое количество сорных примесей. Задача удаления примесей и пороков осложняется тем, что они находятся в волокнах, соединенных в виде клочков или узелков. Разъединение таких пучков на отдельные волокна необходимо не только для очищения, но и для последующих процессов: утонения продукта, распрямления и параллелизации волокон. В силу этого повышение эффективности технологии чесания является одним из актуальных мероприятий в свете современных требований по улучшению качества пряжи и увеличению производительности труда в прядении.

Для повышения эффективности и надёжности процесса чесания, возможности контроля качества выходного продукта, оптимизации параметров, характеризующих процесс в целом и его отдельные этапы, необходимо стабилизировать техническое состояние (ТС) основного узла чесальной машины - шляпочного полотна, от которого в определяющей степени зависит качество вырабатываемой ленты. Под ТС шляпочного полотна понимают соответствие параметров, определяющих стабильность основной зоны чесания, нормам, установленным технической документацией на этот узел.

Известны различные методы контроля и регистрации ряда настроечных параметров шляпочного полотна. Вместе с тем, задача стабилизации всего перечня параметров основной зоны чесания является многофакторной и требует проведения широкого спектра теоретических и экспериментальных исследований.

В данной работе сделано обобщение и дана классификация параметров зоны чесания шляпочных кардочесальных машин, намечены пути и разработаны методы повышения стабильности этих параметров.

Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались аналитическими и современными экспериментальными методами исследований. В теоретических исследованиях использовались методы математического моделирования на ЭВМ. При решении задач теории упругости и динамики использовались пакеты Ansys, Elcut, Zenit. Для построения геометрии рассчитываемых объектов в полном объеме использовалась САПР AutoCad 14. Методы расчета и их приложение, в первую очередь, направлены на использование компьютерных технологий.

Математический анализ и частные расчеты, а также статистическая обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований проводилась в среде MathCad, Excel. Разработка программной части проводилась на языке Turbo Pascal.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современной тензо и виброизмерительной аппаратуры СИИТ-3, ВИ6-6ТН как на специальных стендах, так и непосредственно на чесальных машинах ЧМ-50, ЧММ-450-4М.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1) разработана подробная классификация параметров, определяющих стабильность зоны чесания, и введено понятие интегрального комплексного параметра стабильности зоны чесания как разности объемов идеального и действительного клина разводок;

2) предложено использовать понятие объема основной зоны чесани в качестве интегрального параметра для оценки технического состояния узла шляпочного полотна кардочесальной машины;

3) произведен расчет деформаций гибких дуг как малогабаритных машин, так и машин нормального габарита, и доказано существенное искажение их рабочей поверхности;

4) экспериментально подтверждено существенное изменение динамических свойств волокна от основных механико-технологических параметров процесса чесания (разводок и скоростей рабочих органов);

5) разработан автоматизированный комплекс на базе тензоизмерительной станции СИИТ-3 - ЭВМ для исследования зоны чесания.

Практическая значимость. Разработана технологичная конструкция гибкой дуги, защищенная патентом РФ №2147326, кл. D 01 G 15/30, исключающая её деформации при установлении клина разводок, пригодная как при изготовлении новых машин, так и при их модернизации в условиях текстильного производства.

Разработан узел качения шляпочного полотна, подтвержденный свидетельством на полезную модель РФ (решение о выдаче № 2001100912/20(000840), кл. D 01 G 15/30), обеспечивающий стабильность зоны чесания за счет устранения износа платиков шляпок и гибких дуг и искажения направляющей рабочей поверхности дуги.

Разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния гибкой дуги машины ЧМ-50, внедренная на заводе-изготовителе ОАО "Ивчес-маш".

Разработан механизм равномерного натяжения холостой ветви шляпочного полотна.

Предложенный способ описания зоны чесания за счет введения параметра объема этой зоны позволяет расширить понятие механико-технологического параметра - разводка.

Разработанная методика определения жесткостных и демпфирующих свойств волокна позволяет оценивать влияние продукта на динамическое поведение рабочих органов на стадии проектирования и эксплуатации чесального оборудования, а также может быть использована при проведении материаловед-ческих сертификационных испытаний комбинированных волокнистых продуктов.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и получили положительную оценку на:

• -заседании технического совета и совета НТО ОАО "Ивчесмаш" и АО "Карда-текс" (г. Иваново) в 2001 г.

• -международной конференции пользователей CAD-FEM GmbH в СНГ (г. Москва) в 2001 г.

• -семинаре по теории механизмов и машин Академии наук Российской Федерации (Костромской филиал) в 2000г.;

• -республиканской научно-технической конференции "ЛЕН-98, 2000", Костромской государственный технологический университет;

• -международной научно-технической конференции "ПРОГРЕСС-99, 2000", Ивановская государственная текстильная академия;

• -заседаниях кафедры ТХОМ и ТС Костромского государственного технологического университета;

Публикации. Основное содержание диссертационной работы представлено в десяти публикациях, в том числе в пяти статьях, в одном патенте, на изобретение Российской Федерации, авторстве на полезную модель и трех тезисах докладов на всероссийских и международных научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и рекомендаций, изложенных на 178 страницах машинописного текста, включающих 113 рисунков, 15 таблиц, 17 приложений на 73 страницах и списка литературы из 82 наименования на 7 страницах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ факторов, оказывающих влияние на стабильность основной зоны чесания шляпочной кардочесальной машины, позволил провести классификацию и определить предельные диапазоны их изменения от различных воздействий.

2. Введенные понятия объема зоны чесания в шляпочном полотне и интегрального параметра стабильности указанной зоны, наиболее полно отражают техническое состояние узла.

3. Полученная обобщенная формула для определения натяжения в рабочей ветви шляпочного полотна позволяет получить предельные значения параметра стабильности зоны чесания с учетом деформации шляпок.

4. Разработанный автоматизированный диагностический стенд и методика определения технического состояния механической части узла шляпочного полотна, позволяет выявить влияние его дифференциальных параметров на изменение интегральных показателей ТС - объема зоны чесания и энергоемкости данного узла.

5. Проведенный конечно-элементный расчет деформаций гибких дуг чесальных машин, подтвержденный экспериментальной проверкой, показал, что при выставленных разводках дуги имеют значительные прогибы между точками регулировочных опор, соизмеримые с величиной разводки.

6. Проведенный анализ контактного взаимодействия в сопряжениях: «гибкая дуга - опорные полоски платиков», «шарнир шляпочной цепи», «зуб приводной звездочки - головка шляпки», позволил определить величины и характер распределения контактных напряжений и контактных давлений, что может быть использовано при расчете износостойкости указанных узлов трения.

178

7. Разработанная теоретическая и экспериментальная методика определения вязкоупругих свойств волокна при чесании позволяет оценить его воздействие на рабочие органы машин. Доказано, что волокно является возмущающим фактором и служит дополнительным источником колебаний шляпок.

8. Полученная расчетная методика проведения модального и гармонического анализа в пакете ANSYS, позволяет определить достоверные значения параметров колебательного процесса шляпки.

9. Разработаны конструктивные решения по обеспечению стабильности параметров зоны чесания в пространстве и во времени.

1. Борзунов И.Г. Теория и практика кардочесания хлопка.- М., Легкая индустрия, 1969, 120с.

2. Золотарев Н.Н., Ермилов Г.А. Чесальные машины для хлопчатобумажного производства.-М., Легкая индустрия, 1966, 284с.

3. Пирогов К.М. Надежность малогабаритных чесальных машин. -М., Легкая индустрия, 1976, 208с.

4. Макаров А.И. Расчет и конструирование машин прядильного производства. -М., Машиностроение, 1969, 512с.

5. Борзунов И.Г. Теория и практика кардочесания хлопка.-М., Легкая индустрия, 1971, 176с.

6. Макаров А.И. Основы проектирования текстильных машин. -М., Машиностроение, 1976,416с.

7. Макаров А.И. Расчет и конструирование машин прядильного производства. -М., Машиностроение, 1981, 464с.

8. Текстильное оборудование на ИТМА-95 (обзор). Текстильная промышленность, №1, 1996,12с.

9. Эффективность использования двухбарабанной кардочесальной машины "Марк-4". Текстильная промышленность, №4, 1996, 20с.

10. Жоховский В.В. Технология и оборудование процесса чесания хлопка и химических волокон., -М., Легкая промышленность, т.1.,1975, 101-168с.

11. Новая концепция кардочесальных машин. Текстильная промышленность, №5, 1998, 28с.

12. Задерий Г.Н. О работе шляпочного полотна чесальной машины. Научно-исследовательские труды Ленинградского НИИ текстильной промышленности, сб.З, 1972, 26-33с.

13. Матрозис В.И. Работа шляпочного полотна чесальной машины типа БК-40. Текстильная промышленность, 1956, №6, 37-39с.

14. Патент 52-1013 (Япония). Шляпочное полотно чесальной машины для хлопка. Мариваки Акира., 1977г.

15. Заявка 2741089 (ФРГ). Wanderdeckel Leifeld Pistre W., 1979г.

16. Заявка 2742015 (ФРГ). Wanderdeckel Leifeld Pistre W., 1979г.

17. Патент 3601906 (ФРГ). Установочное устройство разводок, 1988г.

18. Карасев Г.И. Выравнивающее действие чесальной машины, оснащенной цельнометаллической пильчатой лентой. Текстильная промышленность, 1954 г., №3, с.21-24.

19. Kaufmann D. Untersuchungen an der Wanderdeckelkarde. Textile-Praxis, 1962, №8,s.760

20. Singh A., Swani N., Quantitative analysis of the carding action by the flats and doffer in a revolving card, Textile institute, №3, 1973, p. 115-123

21. Джохаридзе Г.В. Рациональное использование шляпок чесальных машин. Текстильная промышленность, 1966, №12, 20с.

22. Борзунов И.Г. О путях производительности чесальной машин. Текстильная промышленность, 1953г., №6 с. 11-15

23. Ганеман Е.К., Юдин В.М., Коряковцева А.И. Влияние скорости шляпочных полотен чесальной машины ЧМД-4 на качество прочеса и обрывность пряжи. В кн. Совершенствование технологий текстильной промышленности, М., 1978г., с.10-14

24. Бычкова Т.Д. Исследование динамических и технологических аспектов узла шляпочного полотна чесальной машины. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л, ЛИТЛП им. Кирова, 1978г.

25. Бычкова Т.Л. Исследование динамических и технологических аспектов узла шляпочного полотна чесальной машины. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л, ЛИТЛП им. Кирова, 1978г

26. Куклина Н.А., Кофман Э.Д., Добровольский П.П. О проектировании равножестких барабанов кардочесальных аппаратов Сб. научных трудов ЛИТЛП им. Кирова. Л., вып. XIX, 1975, с.49-55

27. Столбушкин Н.И. Исследование эксплуатационной надежности шляпок хлопкочесальных машин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Кострома, 1972 г

28. Гусев В.А. Повышение работоспособности шляпочного полотна чесальных машин хлопкопрядильного производства. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Кострома, 1982 г.

29. Данилов В.В. Повышение ремонтопригодности шляпочного полотна и точности его функционирования в хлопкочесальной машине. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Кострома, 1986г.

30. Современный словарь иностранных слов. Санкт-Петербург, Дуэт, 1994г., стр.722.

31. Ашнин Н.М. Кардочесание волокнистых материалов. М., Легпромбытиздат, 1985г.

32. Бойко С.В. Разработка метода контроля зоны чесания валичной чесальной машины, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Кострома, 1998 г.

33. С.Б. Оренбах, Э.Д. Кофман, М.И. Худых Повышение эффективности работы чесальных машин. Москва, Легкая индустрия, 1980, с.42.

34. М.И. Худых Эксплуатационная надежность и долговечность оборудования текстильных предприятий. М., Легкая индустрия, 1980г., с.71.

35. Русакова Н.А., Ашнин Н.М., Кофман Э.Д. Исследование влияния нестабильности разводок на неравноту чесаной ленты.Сб.научных трудов ЛИТЛП им. С.М.Кирова. Л., выпуск XIX, 1975, с.49-55.

36. Добровольский П.П., Бычкова Т.Л. Влияние вибрации на разводку в зоне "главный барабан -шляпки". Оборудование для придильного производства ипроизводства химических волокон. Реферат информ. ЦНИИТЭИлегпищмаш, 1977, № 7, с.3-6.

37. Худых М.И., Столбушкин Н.М., Гусев В.А. Определение нагрузок в сопряжениях шляпочного полотна чесальных машин. Технология текстильной промышленности, 1980, №4, с.79

38. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчесления. М., Государственное из-во технико-теоретической литературы, 1951, с. 863.

39. Климов В.А., Архипов А.В., Сигачева В.В АСУП в текстильной и легкой промышленности. М., Наука, 1986г.

40. Афанасьев Р.А., Гаврилов Е.Б., Контрольно-диагностический комплекс качества сборки, отделки и подналадки станков СТБ. М., Текстильная промышленность, 1987г.

41. Климов В.А., Лавров К.А., Мазин Л.С Техническая диагностика машин текстильной и легкой промышленности. М., Текстильная прмышленность, 1982г.

42. Беляев О.Ю., Гусев В.А. Интегральная диагностика узла шляпочного полотна хлопкочесальных машин с помощью ЭВМ. Иваново, тезисы докладов НТК Прогресс-2000, 2000г., с293.

43. Беляев О.Ю., Гусев В.А. Интегральная диагностика узла шляпочного полотна хлопкочесальных машин с помощью ЭВМ. Иваново, Сборник докладов НТК Прогресс-2000, с. 130.

44. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. -М., Наука, 1969г., стр.313.

45. В.А. Гусев Деформации гибких дуг хлопкочесальных машин при регулировке разводок в шляпочном полотне: Технология текстильной промышленности, №6, 1999г.

46. Иванов М.Н., Детали машин.- М., Высшая школа, 1964г., 64.

47. Борзунов И. Г. Чесальные машины хлопчатобумажной промышленности. -М., Легкая индустрия, 1971г., с. 161

48. Гусев В.А., Волков A.M., Беляев О.Ю. Исследование деформаций и напряжений в гибких дугах чесальных машин. Кострома, Сборник статей к 60-летию Механического факультета, 1999 г.

49. Писаренко Г.С. и др. Справочник по сопротивлению материалов- Киев, Наукова думка, 1988г.

50. А.С. Сахаров, И. Альтенбах Метод конечных элементов в механике твердых тел. Киев, Вища школа, 1982г., с.9

51. Р. Галлагер Метод конечных элементов. Основы. М., Мир, 1984г., с.31

52. Комплекс STT "Зенит ЕС 3.0м, Описание применения. Ленинград, 1991г.53. "ELCUT 3.4" Комплекс программ моделирования двумерных физических полей с помощью метода конечных элементов. Санкт-Петербург, 1995г.

53. Гусев В.А., Беляев О.Ю, Расчет статического напряженно-деформированного состояния гибких дуг хлопкочесальных машин с помощью ПЭВМ. Кострома, Сборник тезисов докладов научной конференции Лен-98, 1998г., с. 183.

54. Романычева Э.Т., Сидорова Т.М., Сидоров С.Ю. AutoCAD 14. М., ДМК, 1997г.

55. Кузнецов Г.К. О моделировании взаимодействия рабочих органов и волокнистого материала. Известия Вузов, Технология текстильной промышленности, №1, 2000г.

56. С.П. Стрелков Введение в теорию колебаний. М, Наука, 1964г.

57. В.А. Гусев, Г.К. Кузнецов, С.Н. Титов, О.Ю. Беляев Экспериментальный стенд для исследований динамических свойств волокнистых материалов при чесании. Кострома, Сборник научных трудов молодых ученых КГТУ, 2001г., с.79.

58. Я.И. Коритысский Динамика упругих систем текстильных машин. М., Легкая и пищевая промышленность, 1982г., с. 11

59. ANSYS. Basic Analysis Procedures Guide. Rel. 5.З./ ANSYS Inc. Houston, 1994.

60. ANSYS. Commands Reference. Rel. 5.З./ ANSYS Inc. Houston, 1994.

61. ANSYS. Elements Reference. Rel. 5.З./ ANSYS Inc. Houston, 1994.

62. ANSYS. Theory Reference. Rel. 5.3. Ed. P. Kothnke / ANSYS Inc. Houston, 1994.

63. Баркова Т.Л. Исследование вынужденных колебаний дуги малогабаритных чесальных машин для хлопка, деп. рук. №2363-ЛИ. Курск, 1987г.

64. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М., Наука, 1975г., с.784

65. Беляев О.Ю, Гусев В.А. Гибкая дуга хлопкочесальной машины. Патент РФ №2147326, кл. D 01 G 15/30, 2000г.

66. Гусев В.А., Худых М.И. Исследование характера износа шляпочных колосников чесальных машин ЧМД-4. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, №1, 1982 г.

67. Инструкция по эксплуатации чесальной машины ЧМД-4.

68. Гусев В.А., Романов В.В. и др. Исследования, разработки и промышленное внедрение эффективных способов повышения эксплуатационной надежности современных высокоскоростных хлопкочесальных машин, диссертации, 1986г.

69. Данилов В.В. и др. Нарушение стабильности разводок в шляпочном полотне вследствие перекосов шляпок. Известия вузов, 1987, № 3,с. 89-91.

70. С.Б. Оренбах Гарнитура чесальных машин. М., Легпромбытиздат, 1987г., с.47.

71. Иванов С.С. Влияние величины разводки между барабаном и шляпками чесальной машины на качество прочеса.-В сб. Научно- исследовательские труды ЦНИХБИ, -Гизлегпром, 1954, с. 65-97

72. Беляев О.Ю., Гусев В.А. Контактная задача в сопряжениях шляпочного полотна хлопкочесальных машин. Кострома, Сборник тезисов докладов НТК Лен-2000г.

73. Александров В.М., Ромалис Б.Л. Контактные задачи в машиностроении. М., Машиностроение, 1986г., с.38

74. Трение изнашивание и смазка: Справочник/ Под редакцией И.В. Крагельского и В.В. Алисина, М., Машиностроение, 1978г., кн. 1-2.

75. Демкин М.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М., Наука, 1970г., с.226

76. Теплый М.И. Контактные задачи для областей с круговыми границами. Львов, Вища школа, 1983г., cl 14

77. Сухарев И.П. Прочность шарнирных узлов машин. М., Машиностроение, 1977, с.168

78. Ковальский Б.С., Сороковенко Ф.Ф. Расчет проушин. Вестник машиностроения, 1969, №10, с.7-10

79. Ромалис Б.Л. К решению контактной задачи о сжатии упругих тел, ограниченных цилиндрическими поверхностями, радиусы которых почти равны -В кн. Труды Челябинского ин-та механизации и электрификации сельск. хоз-ва. Челябинск, №7, с.432

80. Гусев В.А., Беляев О.Ю. Гибкая дуга хлопкочесальной машины. Свидетельство на полезную модель, решение о выдаче №2001100912/20(000840), кл. D01 G15/30, 2001 г.