автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование крыльчатого раскладчика нити для наматывания конических бобин

' I '3 ОЛ Санкт-Петербургский Государственный университет технологии и дизайна

На правах рукописи

Аль-Лубани Сулейман

УДК 677:051.128

Разработка и исследование крыльчатого расклаДчика нити для наматывания конических

бобин.

Специальность 05.02.13 - Машины и агрегаты легкой

промышленности.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург ' 1993 г.

Работа выполнена на кафедре проектирования машин текстильной и легкой промышленности Санкт-Петербургского Государственного университета технологии и дизайна.

' Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Регельман Е.З.

кандидат технических наук, доцент Рокотов Н.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вальщиков Н.М.

кандидат технических наук, Мисенко В.Ф.

Ведущее дредприятие: АО "Костромское СКБТМ"

Защита состоится

14 "Ь «4^*1993 г. в /4 час. на заседании специализированного Совета Д 063.67.02 при Санкт-Петербургском Государственном университете технологии и дизайна, аудитория 247.

Адрес: 191065, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 18.

С диссертацией можно ознакомиться в" библиотеке университета.

Автореферат разослан "

1993 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета: доктор технических наук,

профессор Никитина Л.Н.

Общая характеристика работа».

Актуальность работы.

Необходимость роста производства и улучшения качества выпускаемой текстильной продукции требуют совершенствования конструктивных качеств оборудования, разработки новых прогрессивных технологий, повышения • производительности труда и применения • наиболее эффективных методов проектирования, расчета и исследования текстильного оборудования.

В настоящее время, в связи с повышением требований к качеству нитей, расширением области их применения, . стремлением к экономии сырья предъявляются высокие требования к основным параметрам всех узлов намоточных машин. I ■

...Одним из основных узлов машин1 для производства и текстильной переработки химических и натуральных волокон является приемно-намоточный механизм.

Процесс - создания высокоскоростных приемно-намоточных механизмов включает в себя как составной этап разработку и создание высокоскоростных нитераскладчиков, предназначенных для, сообщения нити возвратно* поступательного движения в процессе раскладки и наматывания на паковку со скоростью намотки до 1500-2000 м/мин для натуральных волокон и до-6000-8000 м/мин для' формирования химических волокон. -

В настоящее время на отечественных предприятиях и в мировой практике широкое распространение получили кулачковые нитераскладчики инерционного типа. Однако использование таких нитераскладчиков при высоких скоростях раскладки ведет к увеличению динамических нагрузок На. детали узла нитеводителя, что снижает его надёжность и надежность приемнр'-намоточного механизма в целом, а также вызывает образование уплотнений и нарушение формы по краям наматываемых паковок. Это затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным применение инерционных

нитераскладчиков на высоких скоростях раскладки. Работа таких механизмов создает значительный уровень шума,-

Одним из путей повышения надежности этих узлов является применение раскладчиков безынерционного типа, в которых отсутствуют детали, испытывающие вместе с нитью переменные инерционные нагрузки.

Диссертационная работа посвящена созданию и исследованию высокоскоростного безынерционного

, крыльчатого нитераскладчика, обеспечивающего получение конических ^паковок хорошего качества при высоких скоростях намотки.

Особого рассмотрения требует вопрос создания крыльчатого раскладочного механизма для получения конусной паковки прецизионной' намотки. Получение паковки ■ такой структуры необходимо для проведения последующих технологических операций.

Цель работы состоит в разработке конструкции односекционного крыльчатого нитераскладчика для получения конусной . паковки прецизионной . намотки при высоких скоростях намотки нити.

Задачи исследования: ~

- изучить влияние профилей направляющей планки и крыла на кинематику тачек раскладки и наматывания нити. Для этого исследовать кинематику безынерционного крыльчатого раскладчика для конической намотки;

' - рассмотреть кинематические условия работы и ограничения на параметры крыльчатого нитераскладчика для наматывания конической паковки с длиной раскладки 150 мм.

- выбрать конструкцию односекционного крыльчатого нитераскладчика на основании отечественных и зарубежных, изобретений, учитывая их недостатки и выбирая оптимальную конструкцию;

- рассмотреть возможность уменьшения шума за счет модернизации механизма привода крыльев;

- исследовать процесс раскладки нити и процесс наматывания на коническую паковку нитей из натуральных волокон;

спроектировать и изготовить односекционный крыльчатый нитераскладчик, при помощи которого получить конусные паковки прецизионной намотки. Получение паковки такой структуры необходимо для проведения последующих технологических операций;

- изучить влияние параметров крыльчатого ните-раскладочного механизма на процесс наматывания нити на паковку;

- разработать специальное программное обеспечение для. расчета и исследования поставленных задач.

Методика исследований.

При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, основанные на теории наматывания, математические методы оптимального проектирования и моделирования. Расчеты проводились на ЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на кафедре проектирования машин текстильной и легкой промышленности.

Научная иовизпа диссертации подтверждается рассмотрением и решением следующих вопросов, не . затронутых в . процессе -разработки и -исследования . безынерционных крыльчатых нитераскладчиков.

Изучено влияние профиля направляющей планки и' параметров крыла на равномерность скорости раскладки нити. Получены аналитические решения для частных случаев.

Рассмотрены основные кинематические условия работы и ограничения на параметры крыльчатого нитераскладчика.

Исследован характер движения точки раскладки и ' наматывания па коническую паковку прецизионной намотки.

Найдено точное решение уравнения наматывания для цилиндрической паковки.

Результаты приближенного решения оказались близки к результатам точного решения уравнения наматывания.

Точное решение уравнения наматывания для конических паковок выражено через эллиптические! интегралы.

Проведено теоретическое исследование процесса 'намотки на конический патрон при постоянной и переменной скоростях раскладки.

• .Разработана и изготовлена конструкция односекционного крыльчатого нитераскладчика, в котором линия профиля направляющей планки представляет собой дугу окружности.

Практическая ценность работы заключается в том, что создана работоспособная конструкция механизма раскладки для натуральных нитей. Этот механизм позволяет ^наматывать как конические, так цилиндрические паковки из натуральной пряжи различных номеров при длине раскладки k 150 , мм. В процессе испытаний получены паковки' удовлетворительного качества, которые оказались практичны и удобны в процессе наматывания и сматывания. Разработанная конструкция крыльчатого нитераскладчика проста в изготовлении и регулировке, работает с относительно низким уровнем шума.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены специалистами на:

. научно-технической конференции "Совершенствование оборудования для производства химических нитей и волокон" /г.Чернигов, 1992 г./;

заседании кафедры проектирования машин текстильной и легкой промышленности Санкт-Петербургского университета технологии и дизайна /г.Санкг-Петербург, 1992 г./

научно.-техническом совете АО "Костромское СКБТМ" . /г. Кострома, 1993 г./

Публикации. . По результатам выполненных исследований опубликовано три печатные работы, а также получено положительное решение ВНИИГПЭ [4] ' на предложенную конструкцию односекционного крыльчатого нитераскладчика.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, основных выводов, списка литературы и приложений.

Содержание работы

В первой главе диссертационной работы приводится . обзор современного состояния безынерционных крыльчатых намоточных механизмов в текстильной промышленности.

При анализе существующих конструкций было установлено, что наиболее пригодными для высокоскоростной-раскладки химических и натуральных нитей являются крыльчатые нитераскладчики, в которых нить перемещается вдоль оси паковки при помощи вращающихся шпилек, пластин, лопастей, крыльев и т.п.

В настоящее время за рубежом создаются разные конструкции нитераскладчиков этого типа. Известная фирма Вагта§ /Германия/ предлагает современные механизмы различных модификаций.

Основные проблемы, возникающие при'проектировании данных нитераскладчиков, заключаются в уменьшении времени реверса нити и обеспечении постоянной скорости раскладки.

Повышение скорости намотки остается главной целью при дальнейшем усовершенствовании этих механизмов.

Выбор оптимальных параметров нитераскладчика, профилей крыльев и направляющей планки, а также материалов для их изготовления ведет к решению этих проблем.

В литературном обзоре содержатся материалы По расчету, исследованию и конструированию приемно-намоточных механизмов и самого процесса намотки. Это хорошо известные работы в данной области Ефремова Е.Д., Гпрдеева В.А., Якубовского Ю.В., Прошкова А.Ф., Регельмана Е.З. и других ученых.

В работе Кузьмина И.Н. разработан и исследован высокоскоростной безынерционный крыльчатый нитераскладчик.

Вопросам, касающимся прецизионной намотки, посвящено много работ Г.С.Дворницкого, В.А.Гардеева, А.А.Островского, А.Е.Микушева, В.П.Зайцева, К.Н.Ушаковой, И.Н.Панина, Е.Е.Байковой п др.

Основной целью исследования в области наматывания нити является получение паковок удовлетворительного качества для лучшей переработки на последующих технологических операциях.

I Анализ научно-технической литературы свидетельствует о необходимости дальнейшего теоретического и *

практического исследования крыльчатых нитераскладчиков.

Результаты научно-технического и патентного обзора послужили основой для формирования основных задач диссертационной работы.

Во второй главе рассматривается кинематика одно-секционного крыльчатого нитераскладчика [1,3]. Определены зависимости, описывающие функцишо положения, первую и вторую передаточные функции механизма при самых общих предположениях относительно формы и взаимного расположения крыла и направляюще!': планки.

Функция 1(Х) описывает профиль направляющей планки в неподвижной системе координат ZOY (рис.1). Профиль рабочей кромки вращающегося крыла выполнен по кривой Ч^!), жестко связанной с подвижной системой координат Z101Y1. Точка А, являющаяся точкой раскладки, лежит на пересечении кривых и Величина расстояния от

начала координат О до точки Ог вращения крыла выбирается из конструктивных соображений в пределах 'расстояния Ь, являющегося длиной раскладки. Система уравнений для определения координаты Z точки А в общем случае запишется в виде:

где р - угол поворота, подвижной системы координат.

Крыльчатый нитеиодитель с произвольным рабочим профилем.

Рис. 1

Для практического использования полученных зависимостей рассмотрен ряд наиболее важных .частных случаев.

В случае, когда рабочая кромка крыла представляет собой отрезок прямой тт' (рис.2), полученные зависимости принимают вид:

СОБР

Если , функция £СТ=соп81=к, тогда профиль направляющей планки будет прямая и полученная зависимость запишется в виде:

г = а - + к •

соэр г

В зтом случае скорость раскладки будет меняться неравномерно, а также трудно обеспечить передачу нитей с одного крыла к другому в точках реверса.

Наибольший практический интерес представляет случай, когда рабочая кромка крыла выполнена прямолинейной, а профиль направляющей планки описывается функцией

которая представляет собой дугу окружности (рис.2). В этом случае подбор требуемого закона перемещения точки раскладки можно вести за счет изменения величины Р, радиуса окружности, по которой выполнена направляющая планка, и взаимного расположения осей вращения крыльев и направляющей планки. В работе показано, что с увеличением значения Р неравномерность скорости раскладки нити растет, а также растет угол давления 0. Профиль направляющей планки в этом случае выполнен по дуге окружности радиуса 0,15 ч.

Конструкция механизма дает большие возможности изменять первую передаточную функцию в зависимости от параметров Р и функции 1(2).

Крыльчатый нитеводитель с прямолинейным профилем и смещенными осями вращения крыльев.

Рис. 2

Кроме того, можно отметить, что первая передаточная функция меняется в зависимости от величины радиуса К. При увеличении радиуса , К йпачепия передаточной функции увеличиваются, и также увеличивается неравномерность скорости раскладки.

При смещении осей вращения крыльев (рис.2) появляется неравномерность скоростей раскладки. При этом, для сохранения рабочего угла 90° необходимо, чтобы центр вращения крыла перемещался но дуге радиусом 0,Г>Ь.

Для обеспечения надежного перехвата нити в точках реверса можно переместить оси вращения крыльев на расстояние около 5 мм влево для крыла, вращающегося по часовой стрелке, и вправо для крыла, вращающегося против часовой стрелки.

Во втором разделе этой главы рассматривается кинематика точки наматывания па основе уравнения наматывания. Найдено точное решение уравнения наматывания для цилиндрической паковки. Результаты расчета приближенного решения оказались очень близки к результатам точного решения. Точное решение уравнения наматывания для конической паковки выражено через эллиптические интегралы.

На основе полученных зависимостей написана программа на языке Фортран 77, в которой определяются координаты, точки наматывания, углы наматывания, скорость наматывания, а также скорость раскладки вдоль оси паковки.

В третьей. главе диссертационный работы рассматриваются вопросы, связанные с особенностями наматывания нити на коническую паковку. Вследствие различия окружной скорости паковки на большом и малом краях конуса, скорости наматывания там будут отличаться.

В первом разделе главы рассматривается процесс наматывания нити при постоянной скорости раскладки. Вследствие изменения угла наматывания нити до нуля на краях паковки, длина паковки оказывается меньше, чем ход точки раскладки. Причем, это отличие зависит как от соотношения между окружной скоростью паковки и скоростью

раскладки нити, так и от расстояния между точками раскладки и наматывании Па основании разработанной математической модели подобраны кинематические - и' конструктивные параметры механизма раскладки для получения паковок заданной длины.

Изменение окружной скорости паковки вследствие ее конусности приводит к существенному отличию скорости наматывания нити, что вызывает рывки натяжения и повышает обрывность.

Во втором разделе главы сделана попытка скомпенсировать изменение окружной скорости за ' счет изменения скорости раскладки нити. Конструкция нитераскладчика позволяет за счет подбора параметров конструктивных элементов (крыло и направляющая планка), а также, за счет изменения их взаимного расположения, обеспечить плавное изменение скорости раскладки при движении нити из одного крайнего положения в другое.

Проведенные расчеты с использованием разработанной математической модели показали, что компенсировать неравномерность скоростей намотки можно лишь на 8% за счет изменения параметра крыла. Добиться полной компенсации неравномерности скоростей невозможно.

13 четвертой главе проводились теоретические исследования плотности вдоль оси паковки как • для цилиндрических, так и для конических бобин. Плотность в точках реверса увеличена по сравнению с плотностью в середине паковки. Отношение максимальной плотности в , точках реверса к плотности в середине паковки характеризует неравномерность распределения волокна в паковке в осевом направлении. Анализ плотности основывается на тим фате, что если угол наматывания (5 изменяется незначительно, величина ц(г) пропорциональна выражению:

J_____1__

sin [Hz)n|> sin [Hz)„C[, '

где:

fi(z) - плотность паковки в сечении z,

.|}(2)пр,"р(г)обр - углы наматывания нити при прямом и обратном ходе.

Далее, в этой главе приводятся результаты исследования процесса раскладки и наматывания нити на конический патрон с использованием односекционного крыльчатого нитераскладчика.

Анализ результатов моделирования показал, что структура .намотки зависит от передаточного отношения между веретеном бобинодержателя и нитеводителем, а также от длины раскладки, видов и размеров нитей, натяжения при намотке и так далее.

А также в этой главе рассмотрены зависимости плотности и структуры намотки от передаточного отношения между нитераскладчиком и бобинодержателем. Исследование структуры получаемых паковок проведено как теоретически, так экспериментально, с использованием экспериментального стенда. Результаты расчета оказались близки к полученным экспериментально (погрешность не более 2-3%).

В пятой главе, на основании патентного обзора и теоретических исследований, был разработан и изготовлен экспериментальный односекционный крыльчатый. ните-раскладчик [2,4] на базе стенда для намотки конических .прецизионных паковок. На этом стенде ■ проводились, исследования по. намотки паковок из натуральных и химических волокон.

. В процессе проведения испытаний и экспериментальных исследований была проведена доработка стенда, уточнение значения конструктивных параметров нитераскладчика для обеспечения надежного ведения и перехвата нити. Выбран вариант компоновки нитераскладчика в намоточном механизме, обеспечивающий получение хорошей паковки, Подобран диаметр прикатывающего ролика, что привело к устранению хорд при намотке. При этом оказалось, что использование прикатывающего ролика с малым радиусом даёт возможность сократить расстояние от профиля рабочего

крыла до паковки. С целью уменьшения обрывности нити применялся глазок для нити с гибким элементом.

В результате проведенных работ были намотаны паковки ' хорошего качества из натурального хлопка и лавсана.

Выводы:

1. Вопросы, касающиеся процесса раскладки и наматывания нити при помощи крыльчатых нитераскладчиков требуют дальнейшего исследования.

2 Кинематические исследования движения точки раскладки показали, что скорость раскладки нелинейна и существенно зависит от формы направляющей планки и параметров крыла. Полученные зависимости позволяют определить первую и вторую передаточные функции точки раскладки.

3. Получено точное решение уравнения наматывания для цилиндрической паковки. Результаты расчета приближенного решения уравнения наматывания для цилиндрической паковки оказались очень близки к результатам точного решения.

4. Получено решение уравнения наматывания для конической паковки, выраженное через эллиптические интегралы..

5. Для получения паковок с длиной намотки 0,15 м наиболее приемлемы односекционные крыльчатые нитераскладчики.

6. Прикатывающий ролик с малым диаметром оказался более подходящим для формирования, хорошей паковки,, чел прикатывающий ролик с большим диаметром. .

7. Спроектирован механизм для раскладки нитей, позволяющий намотать бобины, хорошего качества и работать е относительно низким уровнем шума.

B. Решена проблема снижения уровня шума и упрощения конструкции за счет модернизации механизма привода

. крыльев,

9. На испытательном стенде были намотаны разные паковки . Хорошего качества из натуральной пряжи разных номеров.

■ 10. Разаботанное программное обеспечение позволило ^ определить:

— значение параметров крыльчатого нитераскладчика;

первую-'' и вторую передаточные функции точки раскладки;

координаты точки наматывания; пропорциональную плотность вдоль оси паковки.

Опу&ликованные работы по теме диссертаций.

1. Регельман Е.З., Рокотов Н.В., Аль-Лубани С.И. Разработка и Исследование крыльчатого раскладчика для наматывания конических бобин.,.ЛЙТЛП - Л., 1991 - 14 с. Деп. в ЦНИИТЭИ легпром 06.11.91 №3413-ЛП. '

2. Рокотов Н.В., Регельман Е.З., Астреин ЭЛ., Аль-Лубани С.И. • О крыльчатых нитераскладчйках. Моделирование оистем организации и контроля технических процессов текстильной и легкой промышленности : Межвуз. сб. науч.'тр. /С.'-ПбИТЛП - ' •

C.-П6., 1992 - 106 е.,-с 83-86. ,

3. Аль-Лубани Сулейман Илаян. Теоретическое исследование крыльчатого раскладчика нити для наматывания конических бобин. /Тез. ■ докл. Научно-технической конференции, 13-15 октября 1992 г. - Чернигов, 1992 г.-с. 86-87.

4. Решение о выдаче A.c. от. 30.10.91 по заявке'№4889184/12: (СССР). Устройство для раскладки нити. /Регельман Е.З., Рокотов Н.В., Астреин Э.П., Аль-Лубани С.И.

M-jt^ ■