автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование рапирного механизма прокладывания утка для металлоткацкого станка типа DM

00460

Шляпугин Роман Владимирович

387

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАПИРНОГО МЕХАНИЗМА ПРОКЛАДЫВАНИЯ УТКА ДЛЯ МЕТАЛЛОТКАЦКОГО СТАНКА

ТИПА БМ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

004601387

Шляпугин Роман Владимирович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАПИРНОГО МЕХАНИЗМА ПРОКЛАДЫВАНИЯ УТКА ДЛЯ МЕТАЛЛОТКАЦКОГО СТАНКА

ТИПА БМ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия» (ИГТА).

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Тувин Александр Алексеевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Малафеев Рудольф Матвеевич кандидат технических наук, доцент Краснов Александр Алексеевич

Ведущая организация - государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет».

Защита состоится 13 мая 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.061.01 при ГОУ ВПО «Ивановская государственная текстильная академия» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Текст автореферата размещен на сайте ИГТА: http//wvлvлgta.ru/html/raznoe/avtoref/kandidansk.html.

Автореферат разослан « 12 »апреля 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кулида Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное металлоткацкое производство нуждается в новых разработках, направленных на повышение его эффективности. Развитие таких отраслей экономики, как авиа- и ракетостроение, абразивная, бумажная, горная, легкая, угольная, химическая, пищевая промышленность, порошковая металлургия, сельское хозяйство и др., зависит от используемого оборудования, в состав которого часто входят устройства для классификации частиц по размерам и фильтрации суспензий. Надежность работы этого оборудования зависит от качества применяемых сеток, в том числе и металлотканых. Потребность в сетках за последние годы непрерывно растет. В связи с этим возникает проблема создания нового высокопроизводительного металлоткацкого оборудования для выработки тканых сеток из металлической проволоки, которое сможет удовлетворить потребности ряда отраслей промышленности.

Повышение эффективности производства может быть достигнуто и за счет модернизации уже имеющегося парка станочного оборудования, которая является одним из путей повышения его эксплуатационных качеств, призванных приблизить его к современным требованиям. Производство металлических тканых сеток включает в себя элементы ткачества и металлообработки, и, как видно из сравнения отечественных и зарубежных металлосеток, они вполне сопоставимы, но качество зарубежных сеток несколько выше, а производительность ткацких станков превосходит производительность отечественных в 1,5...2 раза. Это можно объяснить несколькими причинами, в частности, изготовлением и применением более тонкой и равномерной проволоки, более качественной подготовкой навоя (без перехлестывания . проволок) и тем самым более равномерным натяжением основы на ткацком станке, более совершенным ткацким оборудованием. Поэтому работа, направленная на совершенствование металлоткацких станков с целью повышения их производительности и качества вырабатываемой продукции, является весьма актуальной.

Основным направлением в развитии металлоткацкого оборудования является создание современных высокопроизводительных станков с бесчелночными принципами прокладывания утка, использование которых позволяет снизить затраты труда на обслуживание по сравнению с челночными и значительно повысить производительность. На бесчелночных станках ликвидируется процесс перематывания утка на уточные шпули, снижается уровень шума при работе станка.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является модернизация металлоткацкого станка типа БМ-2000 путем замены челночного механизма прокладывания утка на рапирный.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- разработка устройства для прокладывания утка на металлоткацком станке;

- разработка математической модели, алгоритмического и программного обеспечения кинематического исследования механизма прокладывания утка модернизированного металлоткацкого станка БМ-2000-М;

- разработка математической модели, алгоритмического и программного обеспечения кинетостатического исследования механизма прокладывания утка модернизированного металлоткацкого станка БМ-2000-М;

- разработка математической модели, алгоритмического и программного обеспечения динамического исследования механизма прокладывания утка модернизированного металлоткацкого станка БМ-2000-М;

- проведение производственных испытаний разработанного механизма прокладывания утка в составе модернизированного станка.

Методы исследований. В теоретических исследованиях использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, аналитической геометрии, математического моделирования, теории механизмов и машин, теоретической механики. Производственные испытания проводились на опытном образце модернизированного металлоткацкого станка БМ-2000-М в условиях предприятия «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе» (г. Солнечногорск, Московская обл.).

Научная новизна. В процессе выполнения работы впервые получены следующие основные результаты:

- динамическая модель рапиры металлоткацкого станка ВМ-2000-М, отличающаяся тем, что рапира, совершающая возвратно-поступательное движение, рассматривается в виде стержня с распределенной массой на трех опорах с переменной длиной одного из пролетов, находящегося под действием продольной силы;

- математическая модель изгибных колебаний стержня с распределенной массой на трех опорах с переменной длиной одного из пролетов, находящегося под действием продольной силы, позволяющая получить на основании частотного анализа оптимальные для работы механизма размеры поперечного сечения ленты рапиры;

- дифференциальное уравнение изгибных колебаний стержня с распределенной массой, находящегося под воздействием продольной сжимающей силы, и его аналитическое решение.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Создано устройство для прокладывания утка, которое применяется на модернизированном металлоткацком станке БМ-2000-М. Разработаны математические модели кинематического и кинетостатического исследования механизма прокладывания утка, представляющего собой многозвенный рычажный механизм. Разработанные математические модели кинематического, кинетостатического исследований рекомендуются к использованию при проектировании аналогичных исполнительных механизмов. Создан программный продукт, предназначенный для

проведения кинематических и кинетостатических расчетов стержневых механизмов. Результаты работы могут быть использованы для модернизации ткацкого оборудования непосредственно на производстве и в конструкторских организациях, а также в ИГТА при изучении дисциплин «Расчет и конструирование текстильных машин», «Проектирование текстильных машин», «Основы автоматизированного проектирования» по направлениям подготовки 150400 Технологические машины и оборудование.

Разработанный механизм прокладывания утка позволил увеличить производительность станка за счет повышения КПВ, частоты вращения главного вала станка. Промышленное внедрение результатов диссертационной работы, осуществленное на предприятии «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе», свидетельствует о повышении эффективности эксплуатации модернизированного станка, по сравнению с базовым.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены и получили положительную оценку:

- на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2005...2008), г. Иваново;

- межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК - 2006...2008), г. Иваново;

- 58-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», г. Кострома, 2007 г.;

- Всероссийском семинаре по теории механизмов и машин (Костромского филиала РАН РФ) секции текстильного машиноведения, г. Кострома в 2007 г.;

- расширенном заседании кафедры проектирования текстильных машин Ивановской государственной текстильной академии, 2008 г.

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, опубликованы в четырнадцати печатных изданиях, из них две в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», девять в материалах научно-технических конференций, один патент РФ на полезную модель; два свидетельства об отраслевой регистрации разработки программного обеспечения в отраслевом фонде алгоритмов и программ РФ (ОФАП).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из пяти глав, включает выводы и рекомендации, список литературы из 103 наименований. Текст работы изложен на НО страницах, включая приложения, 52 рисунка и 8 таблиц.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса и обозначены задачи исследования. Выполнен аналитический обзор работ в области изучения металлоткацкого оборудования. В частности, указанной тематике посвящены

работы А.И. Киреевой, Г.М. Смирнова, В.А. Сурова, А.Н. Смирнова, А.А. Тувина, А.В. Чумикова, Гао Биня и др. Отмечается, что их по-прежнему недостаточно.

В качестве обоснования выбора рапирного механизма прокладывания утка для модернизации ткацкого оборудования указаны преимущества рапирных ткацких станков по сравнению с челночными. Проведен обзор конструкций механизмов приводов рапир ткацких станков и предложен вариант их классификации по конструкции привода. Отмечено, что для привода рапир применяются различные виды механизмов: пространственные кулачковые и шарнирно-стержневые механизмы, плоские кулачковые и шарнирно-стержневые механизмы с коническими зубчатыми передачами, зубчатыми рейками и винтовыми парами, передачи с плоскозубчатым ремнем. Проведенный анализ механизмов прокладывания утка с гибкими рапирами послужил основой для выбора конструктивной схемы модернизации механизма прокладывания утка.

Вторая глава посвящена разработке методики кинематического исследования модернизированного механизма прокладывания утка новой конструкции, в котором челночный механизм погоняльного типа с нижним боем базового станка был заменен на рапирный с одной гибкой рапирой.

Новый металлоткацкий станок, получивший наименование ОМ-2000-М, предназначен для выработки тканых сеток полотняного переплетения шириной 1500...2000 мм из проволоки диаметром 0,5...1,2 мм из низкоуглеродистой и нержавеющей стали.

Многозвенный механизм привода гибкой рапиры, встроенный в схему батанного механизма станка ВМ-2000-М, представлен на рис. 1. Структурный анализ показывает, что данный рычажный механизм состоит из пяти групп Ассура Н-го класса 1-го вида и замыкающей их пространственной диады (15,16) с подвижной опорой Об, качающейся совместно с батаном.

Прокладывание уточной проволоки осуществляется одной гибкой рапирой с левой стороны станка. Рапира движется в направляющих, закрепленных на брусе батана. На промежуточном валу Ог станка посредством клеммового зажима закреплен трехплечий рычаг 5, одно из плеч которого регулируемой по длине тягой 12 соединено с рычагом 14. Данный рычаг 14 установлен на простудном валу О4 на подшипниках качения и регулируемой по длине тягой 15 связан с проушиной, которая клеммовым зажимом закреплена на рычаге 16. Рычаг 16 закреплен на входном валу Об мультипликатора посредством шпонки и клеммового зажима.

Мультипликатор установлен на брусе батана 9 и движется вместе с ним. Он состоит из разъемного корпуса, в котором установлены вал с сектором вал с шестерней и зубчатьм колесом Х3 и вал-шестерня Ъ^. На конце вала-шестерни Ъц закреплена звездочка Э,. Зубья звездочки входят в перфорацию ленты рапиры.

Рис. 1. Схема модернизированного механизма прокладывания утка металлоткацкого станка БМ-2000-М

Решение задачи кинематического анализа групп Ассура П-го класса

1-го вида может быть осуществлено с помощью вновь разработанных

подпрограмм для ЭВМ. В основу данных элементов САПР заложен метод

векторных контуров проф. В.А. Зиновьева.

Для проведения кинематического исследования пространственного

четырехзвенника 14-15-16 составлена расчетная схема (рис. 2) и получена

аналитическая зависимость угловой координаты (й ) звена 16 от угла

16

поворота звена 1:

(и созу"\ , Ф16 = у + агссоз1-\ + Ы,

где

С/ = 0,5(2?б+4-^25)/А6, а = УА*тЬ + 2лсо5Ь, у = л/^.

Кинематические параметры рапиры определяются следующим образом:

5,я=0,5ф16£/1Д, (1)

где Эр — перемещение рапиры;

D¡ — диаметр основной приводной звездочки (см. рис. 1);

¿7] = — передаточное число мультипликатора. 2425

Здесь Ъ\, 2з, — числа зубьев соответствующих зубчатых колес мультипликатора.

Скорость рапиры определяются путем дифференцирования выражения (1), а ускорение - повторным дифференцированием.

пространственного четырехзвенника

Рис. 3. Зависимости перемещения, скорости и ускорения рапиры от угла поворота главного вала станка

Результаты расчета приведены на рис. 3, на котором представлены зависимости перемещения, скорости и ускорения рапиры от угла поворота звена 1. Они свидетельствуют о том, что выбранные геометрические размеры звеньев модернизированного механизма прокладывания утка обеспечивают требуемое перемещение рапиры и практический выстой рапиры во время прибоя утка.

В третьей главе разработана методика силового исследования рассматриваемого многозвенного модернизированного механизма прокладывания утка с целью определения нагрузок, испытываемых его звеньями.

В качестве сил, действующих на звенья механизма, рассматриваются силы инерции и тяжести, которые раскладываются на соответствующие составляющие по осям системы координат (рис. 4). Силы трения в первом приближении не учитываем, а силами натяжения утка и сопротивления воздушной среды в силу их малости пренебрегаем.

Рис. 4. Расчетная схема кинетостатического анализа пространственного четырехзвенника

В соответствии с принятыми условиями кинетостатического анализа расчетная схема пространственной диады 15-16 примет вид, показанный на рис. 4.

Рассмотрим пространственную группу Ассура 15-16, состоящую из двуплечего рычага 16 и тяги 15 (см. рис. 4). Звено 15 совершает сложное движение, которое можно разложить на переносное, сообщаемое ему точкой А] звена 14, и относительное вращательное движение в трех взаимоперпендикулярных плоскостях вокруг этой точки, так как звенья 15 и 16 соединяются при помощи шарового шарнира.

Для определения реакции Яд1 в шарнире А] составим уравнения моментов относительно точки В! от сил, действующих на звено 15, относительно осей В^ и В^, параллельных осям ОХ и ОУ принятой системы координат, и уравнение моментов относительно точки 06 от всех сил, действующих на группу 15-16, спроецированных на ось ОХ:

=0; 2^=0.

(2)

Определим полную реакцию Лаь решив систему уравнений (2) относительно проекций реакции в шарнире А|.

Для определения реакции Ыв1 в шарнире В| составим уравнение сил, действующих на звено 15, в проекциях на оси системы координат. Для определения реакции Яоб в шарнире Об составим уравнение сил, действующих на звено 16, в проекциях на оси системы координат:

V+ри\5+а<+12в =0

А

яхп +рих16+к =о:

^ (3) 0;

(4)

Значения нагрузок (рис. 5), действующих на кинематические пары звеньев механизма, позволило подобрать параметры сферических шарниров и опор механизма, выбрать материал звеньев механизма, уточнить их геометрические размеры и массовые характеристики, провести проверку полученных механизмов на прочность.

со: С

о>

150

<и *

ее о.

| 100

50

4 I

1 2

60

120

180

240

300 360 •ф1,град

Рис. 5. Напряжения в шарнирах А], Об и В): 1- в шарнире А|; 2- в шарнире 0«; 3- в шарнире В); 4- допустимое напряжение материалов шарниров.

В четвертой главе проводится исследование динамики ленты рапиры, прокладываемой в зеве (рис. 6), с целью получения частот собственных изгибных колебаний рапиры. Для этого осуществлены выбор и обоснование ее динамической модели.

3 И < ввод утка 5- "

—| 5

Ь!—<;

1- приводной шкив,

2- направляющие ролики,

3- лента рапиры,

4- головка рапиры,

5- склиз батана,

6- дугообразная направляющая,

7- уточина

Рис. 6. Схема движения рапиры

Рапира металлоткацкого станка представляет собой трехопорную балку (см. рис.6). При составлении динамической модели будем считать:

- точку контакта рапиры с приводной звездочкой перед ее сходом как шарнирную опору (точка А);

- направляющие ролики как шарнирную опору (точка С);

- кинематическую пару, образованную склизом батана и головкой рапиры, как шарнирную опору (точка В).

Пренебрегая силами трения в кинематических парах и направляющей, примем динамическую модель рапиры в виде стержня, совершающего возвратно-поступательное движение, опирающегося концами на шарнирные опоры. Между опорами А и В расположена опора С, допускающая относительный поворот сечения стержня. При этом исходим из условия, что головка рапиры при своем движении находится в постоянном контакте со склизом батана. Стержень испытывает воздействие продольной силы, складывающейся из силы инерции рапиры (Ы), меняющей свое направление, и силы натяжения утка (Т).

На рис. 7 и рис. 8 показаны динамические модели рапиры.

Ь »1,_Ш-

N Т > » »

Ч^ч В

ч

EJ

XiX2

У1 У2

Рис. 7. Динамическая модель рапиры (фаза разгона на рабочем ходу)

X

-+Н-

S Ш: Щ

Ш.

ег в;

У1 щ

Рис. 8. Динамическая модель рапиры (фаза торможения на рабочем ходу)

Опираясь на работы O.A. Горошко и Г.Н. Савина, в которых дана оценка влияния скорости стержня на процесс поперечных колебаний через параметр е, движение рапиры в зеве будем считать квазистатическим при соблюдении условия:

г/ I™.

где Vmax - максимальная скорость движения рапиры;

то - удельная масса ленты; Е.1 - жесткость ленты. Для первой динамической модели (см. рис. 7) частотное уравнение стержня будет выглядеть следующим образом:

Х1Г-а2Х"-к*Х = 0, (6)

Ч~1Г'

лг±т 1 - — >

к/

где N - сила инерции рапиры;

Т - сила натяжения утка. Решение уравнения (6) для двух участков стержня имеет вид:

Х\ = С^й^лг) + С2сИ(зхх) + С3 яш^*) + С4 соб(з2х) , Х2 = С55А(51х) + С6сИ(зхх) + С7 эт^х) + С8 соз(я2х),

*1=^Т+к4+0'5а2' ,5а2'

Для второй динамической модели (см. рис. 8):

X17 +а2Х'-к*Х = 0, (7)

X, = С,лА(*2х) + С2сЛ(^2 х) + С3 бш^,*) + С4 соз(^,л:),

Х2 = С55Й(5гх) + С6СА(52Х) + С7 зт(5,х) + С8 соб^,*).

Граничные и краевые условия стержня:

Хх(х = 0) = 0-,Х"(х = 0) = 0;

Хх{хх) = Х2{х2у,Х[{хх) = Х^х2)-

Х2(х = 1<1) = 0-,Х^х = Ь1) = 0-,

В результате динамического исследования получены частоты собственных изгибных колебаний. График первой частоты в зависимости от перемещения рапиры при различных значениях массы головки (рис. 9). На рис. 9 кривая 1 - частота собственных колебаний ленты рапиры при массе головки равной 0,1 кг; 2 - 0,2 кг; 3 - 0,3 кг, 4 - верхняя граница области резонанса рассматриваемой системы (47,1 с"1).

Результаты исследований показывают, что проверка устойчивости работы механизма должна проводиться в положении максимального перемещения рапиры от приводной звездочки. При сравнении частоты собственных изгибных колебаний ленты рапиры с частотой вращения главного вала станка (45 мин"1) установлено, что первая превышает вторую на порядок при толщине ленты, равной 2,4 мм, которая принята в качестве рабочей.

2500

£ 2000 Ё

1500

1000

500

\

А

\\

1 2 3

4 ^^ Г

0,5

1,0

%5 2,1

Вылетрапиры, м

Рис. 9. Частота собственных колебаний ленты при массе головки 0,2 кг в зависимости от толщины ленты на холостом ходу

Для определения критической силы ленты рапиры решено дифференциальное уравнение устойчивости стержня:

А4 сЬс2

(8)

виде:

ЛГ]

где а =

N1 - критическая сила. Решение уравнения (8) для каждого из участков балки представим в

= С] зш(ш:) + С2 соб(ж) + С^х + С4; у2 = С5 з'т(ох) + С6 соб [ах) + С7х + С8. При этом краевые условия стержня выглядят следующим образом:

У,(0) = 0; У,'(0) = 0, У2(2*) = 0; 35(12) = О, У\(х\) = УгЬг): ¥{{х^У{{Х2),

Рис. 10. Продольная критическая сила и силы инерции, действующие на рапиру в зависимости от массы головки (холостой ход)

Рис. 11. Продольная критическая сила и силы инерции, действующие на рапиру в зависимости от массы головки (рабочий ход)

Результаты расчетов продольной критической силы, действующей на рапиру (рис. 10 и рис. 11), доказывают устойчивость первоначальной формы стержня, под действием продольной силы инерции при массе установленной

головки рапиры 0,2 кг. Это подтверждает верность гипотезы о постоянном контакте головки рапиры со склизом батана.

На рис. 10 и 11 приняты следующие обозначения: 1 - критическая сила при толщине ленты 2,0 мм; 2 - при толщине ленты 2,3 мм; 3 - при толщине ленты 2,4 мм; 4 - при толщине ленты 2,5 мм; 5 - сила инерции рапиры при массе головки 0,1 кг; 6 - при массе головки 0,2 кг; 7 - при массе головки 0,3 кг.

В пятой главе изложено описание производственных испытаний опытного образца модернизированного металлоткацкого станка БМ-2000-М. В результате модернизации указанного станка был проведен переход с челночного способа прокладывания утка на рапирный с одной гибкой рапирой. К преимуществам данного способа прокладывания утка можно отнести повышение частоты вращения главного вала, повышение КТО станка и снижение шума, а к недостаткам - появление отрезных кромок.

Производственные испытания проводились на опытном образце модернизированного металлоткацкого станка БМ-2000-М в условиях предприятия «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе». Во время испытаний вырабатывалась фильтровая металлотканая сетка полотняного переплетения по ГОСТ 3826-82 из низкоуглеродистой проволоки диаметром 0,9 мм. Все исполнительные механизмы станка налажены в соответствии с цикловой диаграммой работы станка. В результате проведения производственных испытаний было получено подтверждение теоретических расчетов, показывающих согласованную работу предложенной конструкции механизма привода рапиры с другими исполнительными механизмами, а также зафиксировано улучшение технико-экономических показателей работы станка (табл. 1), что отражено в соответствующих актах о внедрении.

Таблица 1

Технико-экономические показатели модернизированного и базового станков_

№ Показатели Значение показателей

ОМ-2000-М ОМ-2000

1 2 3 4

2 Частота вращения главного вала п, мин'1 45 36

3 Плотность сетки по утку Р„ нитей/см 7,7 7,7

4 Рабочая ширина, мм 2000 2000

5 Мощность главного электродвигателя, кВт 7 7

6 Стоимость модернизации, руб. 225250 -

7 Коэффициент полезного времени 0,71 0,47

8 Тарифная ставка выработки 1 м1 сетки, руб. 1,12518 2,29824

9 Число рабочих смен в сутки 3 3

Годовой экономический эффект от замены базового металлоткацкого станка РМ-2000 металлоткацким станком БМ-2000-М на примере сетки артикула №9 по ГОСТ 3826-82 ожидается в размере 573793 руб.

Основные выводы и рекомендации

1. Существующая конструкция металлоткацких станков ОМ-2000, эксплуатируемых на предприятии «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе» (г. Солнечногорск, Московская обл.,), отличается низкой для сегодняшнего дня эффективностью. Поэтому совместно с ООО «Текстильмаш» (г. Шуя, Ивановская обл.) выполнена модернизация металлоткацкого станка ОМ-2000 по заказу Солнечногорского завода металлических сеток им. Лепсе. Предложена принципиальная схема механизма прокладывания утка, позволяющая перейти от челночного способа прокладывания утка к рапирному на данном станке.

2. Разработаны математическая модель кинематического анализа механизма привода рапиры модернизированного металлоткацкого станка ВМ-2000-М, циклограмма работы механизма, программа кинематического расчета механизма привода рапиры, реализация последней показала, что предложенная конструкция обеспечивает согласованную работу основных исполнительных механизмов и механизма прокладывания утка и требуемое технологическое перемещение рапиры.

3. Разработаны математическая модель кинетостатического анализа механизма привода рапиры модернизированного металлоткацкого станка ОМ-2000-М, программа кинетостатического расчета механизма привода рапиры. Полученные значения нагрузок, действующих на кинематические пары звеньев механизма, позволили совместно с ООО «Текстильмаш» произвести конструкторскую разработку рапирного механизма, выбрать материалы звеньев механизма и условия смазки.

4. Разработана динамическая модель рапиры для фаз ее ускорения и торможения с учетом действия продольной силы, вызванной инерцией рапиры, для которой показано, что при рабочих скоростях движения рапиры влиянием скорости изменения ее длины можно пренебречь и считать процесс перемещения рапиры квазистатическим.

5. Впервые получено дифференциальное уравнение четвертой степени форм собственных поперечных колебаний ленты рапиры металлоткацкого станка, нагруженной сжимающей продольной силой, и его аналитическое решение.

6. Составлена программа расчета собственных частот изгибных колебаний ленты рапиры, результаты которого показали, что колебания с минимальными частотами возникают при перемещении рапиры на 2,4 м и составляют 47,1с'1, что на порядок превышает частоту вращения главного вала станка.

7. Анализ собственных частот изгибных колебаний рапиры позволил определить толщину ленты рапиры, при которой обеспечивается работа механизма в безопасном с точки зрения резонанса режиме: она не должна быть менее 2,4 мм. Сопоставление критической силы ленты рапиры с силами

инерции показало, что при выбранной толщине ленты и массе головки рапиры обеспечивается устойчивость первоначальной формы ленты при ее движении в зеве.

8. Производственные испытания модернизированного станка показали соответствие выработанной металлотканой сетки технологическим требованиям к ее изготовлению. На практике доказана работоспособность модернизированного механизма прокладывания утка и согласованность его работы с другими исполнительными механизмами станка при частоте вращения главного вала станка, равной 45...54 мин'1, которая для базового станка составляла 32...39 мин'1.

9. Годовой экономический эффект от внедрения модернизированного станка при выработке металлотканой сетки артикула №9 по ГОСТ 3826-82 в условиях предприятия «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе» ожидается в размере 573793 руб.

Основные публикации, отражающие содержание работы.

1. Тувин, A.A. Модернизация металлоткацкого станка типа DM [Текст]/ A.A. Тувин, Р.В. Шляпугин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности,- 2007. - №3с. - С. 105-108.

2. Тувин, A.A. Кинематическое исследование механизма прокладывания утка металлоткацкого станка DM 2000-М [Текст]/

A.A. Тувин, Р.В. Шляпугин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2007. - №2. - С. 92-96.

3. Пат. 54951 Российская Федерация, МПК D 03 D 47/16. Устройство для прокладывания уточной проволоки на металлоткацком станке [Текст]/ Гущин A.B., Тувин A.A., Шляпугин Р.В.; заявитель и патантообладатель Ивановская государственная текстильная академия. - №2006104253; заявл. 13.02.2006; опубл. 27.07.2006, Бюл №21. - 5с.: ил.

4. Свидетельство об отраслевой регистрации программы для ЭВМ № 5219. Программа автоматизированного расчета кинематических параметров стержневых механизмов текстильных машин «АРМТМ» /

B.А. Суров, A.A. Тувин, Р.В. Шляпугин. - Зарегистрировано в Отраслевом фонде алгоритмов и программ 23.09.2005.

5. Свидетельство об отраслевой регистрации программы для ЭВМ №5498. Программа автоматизированного расчета силовых параметров стержневых и кулачково-стержневых механизмов текстильных машин «СРМТМ» в Отраслевом Фонде Алгоритмов и Программ / В.А. Суров, A.A. Тувин, Р.В. Шляпугин. - Зарегистрировано в Отраслевом фонде алгоритмов и программ 12.12.2005.

6. Шляпугин, Р.В. Разработка программного обеспечения для кинематического анализа рычажных механизмов ткацких станков [Текст]/ Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности

(ПРОГРЕСС-2005): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф./ ИГТА. -Иваново, 2005.-С. 52-53.

7. Шляпугин, Р.В. Программа автоматизированного расчета силовых параметров стержневых и кулачково-стержневых механизмов текстильных машин [Текст]/ Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК -2006): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф./ ИГТА. -Иваново, 2006. - С. 273.

8. Шляпугин, Р.В. Разработка стратегии модернизации челночного металлоткацкого станка [Текст]/Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2006): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф./ ИГТА. -Иваново, 2006. - С. 119-120.

9. Шляпугин, Р.В. Разработка методики кинематического анализа пространственного рычажного механизма привода рапиры [Текст]/Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС - 2006): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф./ ИГТА. -Иваново, 2006.-С. 121.

10. Шляпугин, Р.В. Головка рапиры металлоткацкого станка [Текст]/Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК - 2007): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф./ ИГТА. -Иваново, 2007. - С. 243-244.

11. Шляпугин, Р.В. Разработка методики силового анализа пространственного рычажного механизма привода рапиры [Текст]/Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС - 2007): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф./ ИГТА. -Иваново, 2007.-С. 42.

12. Шляпугин, Р.В. Исследование эвольвентного зацепления колеса с рапирой [Текст]/Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин //Студенты и молодые ученые КГТУ - производству: сб. материалов 58-й межвуз. науч.-техн. конф./КГТУ.-Кострома, 2007.-С. 193-194.

13. Шляпугин, Р.В. Исследование динамики гибкой ленты рапирного металлоткацкого станка [Текст]/Р.В. // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК - 2008): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф./ ИГТА. - Иваново, 2008. - С. 216-217.

14. Шляпугин, Р.В. К вопросу о динамической модели рапиры бесчелночного ткацкого станка [Текст]/Р.В. Шляпугин, A.A. Тувин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС - 2008): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф./ ИГТА. -Иваново, 2008. - С. 44-45.

Подписано в печать 09.04.2010. Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать. Усл. печ, Л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,11. Тираж 80 экз. Заказ №3102

Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии

Копировально-множительное бюро 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Обзор работ в области металлоткачества.

1.2 Преимущества рапирных ткацких станков.

1.3 Конструкции и технологические возможности рапирных металлоткацких станков.

1.4 Обзор изобретений, касающихся ткацких станков с гибкими рапирами.

1.5 Классификация ткацких станков с гибкими рапирами.

1.6 Выводы по главе.

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КИНЕМАТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО МЕХАНИЗМА ПРОКЛАДЫВАНИЯ УТКА.

2.1 Задачи и метод кинематического исследования.

2.2 Выбор принципиальной схемы модернизации челночного металлоткацкого станка типа DM.

2.3 Разработка методики кинематического исследования механизма привода рапиры металлоткацкого станка типа DM.

2.4 Результаты кинематического исследования.

2.5 Выводы по главе.

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КИНЕТОСТАТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО МЕХАНИЗМА ПРОКЛАДЫВАНИЯ УТКА

3.1 Задачи кинетостатического исследования.'.

3.2 Разработка методика кинетостатического анализа модернизированного механизма прокладывания утка.

3.2.1 Методика кинетостатического анализа пространственной диады.

3.3 Результаты кинетостатического анализа.

3.4 Выводы по главе.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РАПИРНОГО МЕХАНИЗМА.

4.1. Задача исследования динамики рапирного механизма.

4.2 Определение жесткости перфорированной ленты.

4.3 Экспериментальное определение приведенного момента инерции сечения перфорированной ленты рапиры.

4.3.1 Описание экспериментальной установки.

4.3.2 Описание эксперимента.

4.4. Динамическая модель ленты рапиры.

4.5 Уравнение изгибных колебаний рапиры.,.

4.6 Определение критической силы.

4.7 Результаты исследования динамики ленты рапирного механизма.

4.8 Выводы по главе.

5 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО МЕХАНИЗМА ПРОКЛАДЫВАНИЯ УТКА МОДЕРНИЗИРОВАННОГО МЕТАЛЛОТКАЦКОГО СТАНКА DM-2000-M.

5.1 Обоснование необходимости проведения модернизации станка с челночным способом прокладывания утка.

5.2 Описание устройства и работы механизма прокладывания утка.

5.3 Проверка работоспособности модернизированного механизма прокладывания утка.

5.4 Расчет эффективности работы модернизированного станка.

5.5 Выводы по главе.

Металлоткачество - одна из важнейших отраслей метизного производства, продукция которой используется в авиа— и ракетостроении, химической, радиоэлектронной, пищевой, бумагоделательной промышленности, в порошковой металлургии. Металлотканые сетки предназначены для классификации сыпучих материалов по размерам частиц, фильтрации газов и жидкостей, обезвоживания и сушки влажных материалов, в компьютерной технике, в производстве аккумуляторных батарей нового типа. Металлотканые сетки применяются для изготовления тканей, не пропускающих микроволновое излучение, для выработки преобразователей энергии и в лабораторном деле [1, 2, 3].

Металлическая ткань маркируется в зависимости от расстояния между уточной и основной проволоками (рис. 1.1). Кроме того, должен указываться размер отверстий сита и диаметр проволоки. Приняты следующие международные сокращения [4]. w - ячейка сетки, мм, d - диаметр проволоки, мм, t=w+d - деление, мм, f0 =(w/t) 100 - открытая поверхность сита, %, Mesh= 25,4 мм/t - число делений на английский дюйм. п -> П =)

1

1

1

L ✓ Л- и

Рис. 1.1. Обозначения металлической сетки.

Принятые ширины тканей лежат в диапазоне между 1,0 и 2,0 м (в особых случаях от 0,2 до 11,0 м), которые для дальнейшей обработки разрезаются на полосы на ткацком станке или в последующем рабочем процессе. Принятая длина куска ткани 25 . 30 погонных метров.

Наряду с металлотканью с квадратными ячейками, то есть с одинаковым расстоянием между основными и уточными проволоками, изготавливаются также ткани с прямоугольными ячейками. Прямоугольник может располагаться как в основном, так и в уточном направлении. Если расстояние между основными проволоками больше, чем между уточными, то ячейка называется широкой, если наоборот, то — длинной. При так называемой нулевой ячейке уточная и основная проволоки так близко расположены друг к другу, что ячейка практически не существует. Такая ткань называется сетчатой (фильтровой).

Металлосетки в зависимости от назначения делятся на одинарные, двойные, тройные, крученые, подкладочные, фильтровые и контрольные [5].

В зависимости от требований, предъявляемых к сеткам, существуют более сложные комбинации взаимного расположения нитей в сетке. В двойных сетках нити располагаются по две плотно друг к другу. В тройных — по три. При этом нити основы несколько меньшего диаметра. Такие сетки обладают хорошей гибкостью и имеют более гладкую поверхность по сравнению с обычными. Одинарные сетки изготовляются из проволоки круглого сечения из кислостойкой стали марок 1Х18Н9Т и 1Х18Н10Т по ГОСТ 5632-61, или сплавов оловянно-фосфористой бронзы (основа) и полутомпака (уток). Для изготовления одинарных сеток используются и другие сплавы, например, монель-металл, нержавеющая сталь, латунь некоторые синтетические материалы: полиэфирное и лавсановое моноволокна.

Вторым определяющим показателем ткани является ее структура. Она определяется видом переплетения. Существует три основных вида переплетения для металлотканей: полотняное, саржевое и полусаржевое ( саржа 1/2 или 2/1) [5]. Сетки полусаржевого переплетения имеют высокую износостойкость на истирание. Саржевое переплетение применяют при изготовлении фильтровых сеток высокой плотности. Практическое значение имеют переплетения 1/2 , 2/2. Так как уточные и основные нити перекрещиваются не в каждой паре нитей, ткань, в отличие от полотняного переплетения, не имеет достаточно стабильной формы по диагонали. Устранить этот недостаток (если допускает область применения) можно при помощи так называемого саржевого переплетения нерегулярного характера [4].

Особое место в ассортименте изделий сеточного метизного производства занимают тканные фильтровые сетки, предназначенные для фильтрации жидкостей и газов. Фильтровые сетки характеризуются отсутствием ячеек, имеют значительно меньшую плотность по основе, чем по утку. Таким образом, уточные нити располагаются одна к другой вплотную. Диаметр сечения проволоки основы больше, чем утка. Фильтровые сетки прочны и выдерживают значительные нагрузки. Они изготовляются из одинакового материала по основе и утку, в большинстве случаев из монель-металла, реже — из полутомпака и оловянно-фосфористой бронзы, никеля, нержавеющей стали.

Сетки фильтровые (с нулевыми ячейками) по ГОСТ 3187 - 76 подразделяются на сетки полотняного переплетения, сетки саржевого переплетения односторонние и двухсторонние с максимальной плотностью до 1100 уточных нитей на сантиметр. Все три вида переплетения характеризуются расположением проволок основы на определенном расстоянии друг от друга и расположением уточин вплотную друг к другу [6].

За рубежом (Германия) различают четыре вида сеток с нулевыми ячейками: SPW, RPD - Pz, DTW, ВМТ. В сетках полотняного переплетения типа SPW проволоки основы расположены на определенном расстоянии друг от друга, а более тонкие уточные проволоки вплотную прибиваются друг к другу при максимальной плотности по утку до 160 нитей на сантиметр.

Сетки полотняного переплетения типа RPD - Pz отличаются от отечественных сеток тем, что при выработке данных сеток используется больший по диаметру уток и более тонкие нити основы. Такая конструкция сетки позволяет значительно повысить производительность металлоткацкого оборудования и достичь повышения прочности полотна на ударные воздействия.

Таблица 1.1

Точность металлотканых сеток по ГОСТ 6613-86

N сетки Точность сетки Диаметр проволоки, мм эмннальный размер ты ячейки в свету, мм чьное отклонение го арифметического ia стороны ячейки от ального, мм о н S о К я а к 5 5 « е о ш S 5 в- г. Е « О fc ~ <О л о <L) К Я о о (О к & 5 л р я с; н Я а о s 2 в S 0 к S V О Ш CL, В" и « S § S 5 а. 52 S а ш И 1 3 S § о О X Й 2 га сп •Ч га ^ п.

Номинальный Предельное отклонение X о. о н о g 2 & g S- 5? S I t&aS о С о п. я £ я 3 S Еч s

004 0.030 + 0.004 0.040 ±0.004 + 0.028

016 к Я 0.100 ±0.010 0.160 ±0.014 + 0.091

04 2,5 § S О. О X 0.160 0.500 ±0.010 ± 0.020 0.400 2.500 ±0.029 ±0.150 + 0.180 -+ 0.880 8

004 0.030 ± 0.003 0.040 ±0.004 + 0.021

016 0! 0.100 ± 0.006 0.160 ±0.012 + 0.048

04 Ь! О О 0.160 ± 0.006 0.400 ±0.024 + 0.096 5

2,5 ю 0.500 ±0.015 2.500 ±0.140 + 0.450

004 о 0.030 ± 0.003 0.040 ±0.003 0.012.0.021

016 J3 S л с; 0.100 ± 0.005 0.160 ±0.007 0.026.0.044

04 о е- S 0.160 ± 0.005 0.400 ±0.016 0.047.0.078 5

2,5 0.500 ±0.015 2.500 ±0.090 0.180.0.260

Номер сетки Вид и порядок переплетения

0.04.0.063 0.071.0.14 - 0.16.2,5 Саржевое2/2 Полотняное 1/1 или Саржевое 2/2 Полотняное 1/1

Микрофильтры типа DTW, вырабатываемые по саржевому переплетению 2/2, получили широкое применение в системах фильтрации и гидравлического управления авиационных, ракетных и космических аппаратов. Плотность данных сеток максимальна и достигает 80 основных и 1020 уточных нитей на один сантиметр. При этом фильтр толщиной 100 мкм удерживает примеси размером 7 мкм.

Саржевые сетки с широкой ячейкой типа ВМТ отличаются от сеток DTW, наличием незначительного зазора между проволоками утка, предназначенным для повышения пропускной способности фильтра.

В отличие от сеток фильтровых с нулевыми ячейками ГОСТ 6613 - 86 предусматривает изготовление сеток с квадратными ячейками нормальной и высокой точности, а также контрольных (см. табл. 1.1). Как видно из таблицы, допуски на размеры ячеек довольно жесткие, особенно для контрольных сеток.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное металлоткацкое производство нуждается в новых разработках, направленных на повышение его эффективности. Развитие таких отраслей экономики, как авиа- и ракетостроение, абразивная, бумажная, горная, легкая, угольная, химическая, пищевая промышленность, порошковая металлургия, сельское хозяйство и др., зависит от используемого оборудования, в состав которого часто входят устройства для классификации частиц по размерам и фильтрации суспензий. Надежность работы этого оборудования зависит от качества применяемых сеток, в том числе и< металлотканых. Потребность в сетках за последние годы непрерывно растет. В связи с этим возникает проблема создания нового высокопроизводительного металлоткацкого оборудования для выработки тканых сеток из металлической проволоки, которое сможет удовлетворить потребности ряда отраслей промышленности.

Повышение эффективности производства может быть достигнуто и за счет модернизации уже имеющегося парка станочного оборудования, которая является одним из путей повышения его эксплуатационных качеств, призванных приблизить его к современным требованиям. Производство металлических тканых сеток включает в себя элементы ткачества и металлообработки, и, как видно из сравнения отечественных и зарубежных металлосеток, они вполне сопоставимы, но качество зарубежных сеток несколько выше, а производительность ткацких станков превосходит производительность отечественных в 1,5.2 раза. Это можно объяснить несколькими причинами, в частности, изготовлением и применением более тонкой и равномерной проволоки, более качественной подготовкой навоя (без перехлестывания проволок) и тем самым более равномерным натяжением основы на ткацком станке, более совершенным ткацким оборудованием. Поэтому работа, направленная на совершенствование металлоткацких станков с целью повышения их производительности и качества вырабатываемой продукции, является весьма актуальной.

Основным направлением в развитии металлоткацкого оборудования является создание современных высокопроизводительных станков с бесчелночными принципами прокладывания утка, использование которых позволяет снизить затраты труда на обслуживание по сравнению с челночными и значительно повысить производительность. На бесчелночных станках ликвидируется процесс перематывания утка на уточные шпули, снижается уровень шума при работе станка.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является модернизация металлоткацкого станка типа DM-2000 путем замены челночного механизма прокладывания утка на рапирный.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- разработка устройства для прокладывания утка на металлоткацком станке;

- разработка математической модели, алгоритмического и программного обеспечения кинематического исследования механизма прокладывания утка модернизированного металлоткацкого станка DM-2000-M;

- разработка математической модели, алгоритмического и программного обеспечения кинетостатического исследования механизма прокладывания утка модернизированного металлоткацкого станка DM-2000-M;

- разработка математической модели, алгоритмического и программного обеспечения динамического исследования механизма прокладывания утка модернизированного металлоткацкого станка DM-2000-M;

- проведение производственных испытаний разработанного механизма прокладывания утка в составе модернизированного станка.

Методы исследований. В теоретических исследованиях использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, аналитической геометрии, математического моделирования, теории механизмов и машин, теоретической механики. Производственные испытания проводились на опытном образце модернизированного металлоткацкого станка DM-2000-M в условиях предприятия «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе» (г. Солнечногорск, Московская обл.).

Научная новизна. В процессе выполнения работы впервые получены следующие основные результаты:

- динамическая модель рапиры металлоткацкого станка DM-2000-M, отличающаяся тем, что рапира, совершающая возвратно-поступательное движение, рассматривается в виде стержня с распределенной массой на трех опорах с переменной длиной одного из пролетов, находящегося под действием продольной силы;

- математическая модель изгибных колебаний стержня с распределенной массой на трех опорах с переменной длиной одного из пролетов, находящегося под действием продольной силы, позволяющая получить на основании частотного анализа оптимальные для работы механизма размеры поперечного сечения ленты рапиры;

- дифференциальное уравнение изгибных колебаний стержня с распределенной массой, находящегося под воздействием продольной сжимающей силы, и его аналитическое решение.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Создано устройство для прокладывания утка, которое применяется на модернизированном металлоткацком станке DM-2000-M. Разработаны математические модели кинематического и кинетостатического исследования механизма прокладывания утка, представляющего собой многозвенный рычажный механизм. Разработанные математические модели кинематического, кинетостатического исследований рекомендуются к использованию при проектировании аналогичных исполнительных механизмов. Создан программный продукт, предназначенный для проведения кинематических и кинетостатических расчетов стержневых механизмов. Результаты работы могут быть использованы для модернизации ткацкого оборудования непосредственно на производстве и в конструкторских организациях, а также в ГОУ ВПО при изучении дисциплин «Расчет и конструирование текстильных машин», «Проектирование текстильных машин», «Основы автоматизированного проектирования» по направлениям подготовки 150400 Технологические машины и оборудование.

Разработанный механизм прокладывания утка позволил увеличить производительность станка за счет повышения КПВ, частоты вращения главного вала станка. Промышленное внедрение результатов диссертационной работы, осуществленное на предприятии «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе», свидетельствует о повышении эффективности эксплуатации модернизированного станка, по сравнению с базовым.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены и получили положительную оценку:

- на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2005.2008), г. Иваново;

- межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК

- 2006.2008) , г. Иваново;

- 58-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», г. Кострома, 2007 г.;

- Всероссийском семинаре по теории механизмов и машин (Костромского филиала РАН РФ) секции текстильного машиноведения, г. Кострома в 2007 г.;

- расширенном заседании кафедры проектирования текстильных машин Ивановской государственной текстильной академии, 2008 г.

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, опубликованы в четырнадцати печатных изданиях, из них две в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», девять в материалах научно-технических конференций, один патент РФ на полезную модель; два свидетельства об отраслевой регистрации разработки программного обеспечения в отраслевом фонде алгоритмов и программ РФ (ОФАП).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из пяти глав, включает выводы и рекомендации, список литературы из 103 наименований. Текст работы изложен на 110 страницах, включает приложения, 52 рисунка и 8 таблиц.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Основные выводы и рекомендации

1. Существующая конструкция металлоткацких станков DM-2000, эксплуатируемых на предприятии «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе» (г. Солнечногорск, Московская обл.,), отличается низкой для сегодняшнего дня эффективностью. Поэтому совместно с ООО «Текстильмаш» (г. Шуя, Ивановская обл.) выполнена модернизация металлоткацкого станка DM-2000 по заказу Солнечногорского завода металлических сеток им. Лепсе. Предложена принципиальная схема механизма прокладывания утка, позволяющая перейти от челночного способа прокладывания утка к рапирному на данном станке.

2. Разработаны математическая модель кинематического анализа механизма привода рапиры модернизированного металлоткацкого станка DM-2000-M, циклограмма работы механизма, программа кинематического расчета механизма привода рапиры, реализация последней показала, что предложенная конструкция 'Щ обеспечивает согласованную работу основных исполнительных механизмов и механизма прокладывания утка и требуемое технологическое перемещение рапиры.

3. Разработаны математическая модель кинетостатического анализа механизма привода рапиры модернизированного металлоткацкого станка DM-2000-М, программа кинетостатического расчета механизма привода рапиры. Полученные значения нагрузок, действующих на кинематические пары звеньев механизма, позволили совместно с ООО «Текстильмаш» произвести конструкторскую разработку рапирного механизма, выбрать материалы звеньев механизма и условия смазки.

4. Разработана динамическая модель рапиры для фаз ее ускорения и торможения с учетом действия продольной силы, вызванной инерцией рапиры, для которой показано, что при рабочих скоростях движения рапиры влиянием скорости изменения ее длины можно пренебречь и считать процесс перемещения рапиры квазистатическим.

5. Впервые получено дифференциальное уравнение четвертой степени форм собственных поперечных колебаний ленты рапиры металлоткацкого станка, нагруженной сжимающей продольной силой, и его аналитическое решение.

6. Составлена программа расчета собственных частот изгибных колебаний ленты рапиры, результаты которого показали, что колебания с минимальными частотами возникают при перемещении рапиры на 2,4 м и составляют 47,1с"1, что на порядок превышает частоту вращения главного вала станка.

7. Анализ собственных частот изгибных колебаний рапиры позволил определить толщину ленты рапиры, при которой обеспечивается работа механизма в безопасном с точки зрения резонанса режиме: она не должна быть менее 2,4 мм. Сопоставление критической силы ленты рапиры с силами инерции показало, что при выбранной толщине ленты и массе головки рапиры обеспечивается устойчивость первоначальной формы ленты при ее движении в зеве.

8. Производственные испытания модернизированного станка показали соответствие выработанной металлотканой сетки технологическим требованиям к ее изготовлению. На практике доказана работоспособность модернизированного механизма прокладывания утка и согласованность его работы с другими , исполнительными механизмами станка при частоте вращения главного вала станка, равной 45.54 мин"1, которая для базового станка составляла 32.39 мин"1.

9. Годовой экономический эффект от внедрения модернизированного станка при выработке металлотканой сетки артикула №9 по ГОСТ 3826-82 в условиях предприятия «Солнечногорский завод металлических сеток им. Лепсе» ожидается в размере 573793 руб.

1. Смирнов, А.Н. Обзор работ в области металлоткачества Текст. / А.Н. Смирнов, А.А. Тувин // Вестник ИГТА. 2001. - №1. с. 122 - 124.

2. Бабаев Ф.А. Разработка технологии выработки металлотканых сеток большой плотности: Диссерт. на соиск. учен, степени докт. техн. наук. Л. 1987.

3. Тувин А.А.: Разработка и исследование механизма прокладывания утка рапирных металлоткацких станков: Диссерт. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Иваново 1983.

4. Moderne Webmaschinen fur die Herstelluag techaischer Gevebe, Z.B. Gevebe aus aichtrosteadea Drathea / Vortrag «Emil Jager», 26 Juli, 1982. Moskou.

5. Гао Бинь. Совершенствование процесса прибоя утка на металлоткацких станках при выработке сеток полотняного переплетения: Диссерт. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Иваново 2003.

6. Чумиков А.В. Исследование и оптимизация механизма прибоя ткацких станков типа СТР для выработки металлических сеток: Диссерт. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Иваново 1997.

7. Киреева, А.И. Металлоткачество Текст. / А.И. Киреева, В.Ф. Перескокова, Г.П. Спиридонов. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1957. - 143 с.

8. Смирнов Г.М. Исследование основных исполнительных механизмов металлоткацких полуавтоматов: Диссерт. на соиск. учен, степени докт. техн. наук. -Л.: 1973. (ЛИТЛП).

9. Смирнов А.Н. Разработка и исследование механизма прибоя рапирных металлоткацких станков: Диссерт. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. — Иваново 1983.

10. Суров, В.А. Динамика упругих систем батанных механизмов металлоткацких станков Текст. / В.А. Суров, А.А. Тувин. Иваново: ИГТА, 2004. - 188 с.

11. Рапира и устройство прокладки уточной нити для рапирного ткацкого станка. Заявка DE 29808997.1 от 03. 08.2003

12. Алексеев, С. П. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении Текст. / С. П. Алексеев, А. М.Казаков, Н. Н. Колотилов. М.: Машиностроение, 1970. - 208с.

13. Захват подающей рапиры к бесчелночному ткацкому станку /А/с СССР №1664912 Опубл. 23.07.91 Бюл. №27.

14. Малафеев, P.M. Ткацкие машины: механика прокладывания утка Текст. / P.M. Малафеев. М.: МГФ «Знание», 2004. - 352 с.

15. Опыт работы по снижению шума и повышению надежности при создании и эксплуатации технологического оборудования Текст. / Тезисы докладов к научно-техническому семинару, Пенза 1989 г.

16. Материалы международной выставки «Инлегмаш-2006».

17. Оников, Э.А. Технология, оборудование и рентабельность ткацкого производства Текст. / Оников Э.А. Практическое пособие-справочник. - М.: Издательство «Текстильная промышленность», 2003. —309 с.

18. Оников, Э.А. Проектирование ткацких фабрик Текст. / Оников Э.А. -Учебник для вузов. М.: Информ-Знание, 2005. - 423 с.

19. Игла для подачи уточной нити в зев основы на бесчелночном ткацком станке /Патент СССР №502611 Опубл. 05.02.76 Бюл. №5.

20. Захват подающей рапиры к бесчелночному ткацкому станку /А/с СССР №1664912 Опубл. 23.07.91 Бюл. №27.

21. Поболь, О. Н. Шум в текстильной промышленности и методы его снижения Текст./ О. Н. Поболь. М.: Легпромбытиздат, 1987. - 144с.

22. Устройство для прокладывания уточной нити на ткацком станке / А/с №996555 Опубл. 15.02.83 Бюл. №6.

23. Устройство для прокладывания уточной нити к бесчелночному ткацкому станку / А/с №1608260 Опубл. 23.11.90 Бюл. №43.

24. Рапира и устройство прокладки уточной нити для рапирного ткацкого станка. Заявка DE 29808997.1 от 03. 08.2003

25. Бесчастный, И.В. Механизмы прокладывания утка на рапирных ткацких станках Текст. / И.В. Бесчастный, А. А. Середкина.: Обзор. М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1971. -71 с.

26. Зажимное приспособление рапиры для ткацкого станка Заявка IT 93004990/12 от 27.08.1997 г.

27. Борьба с шумом на производстве Текст. / Под ред. Е. Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985. — 400 с.

28. Привод гибкой перфорированной рапиры ткацкого станка / А/с №70602 Опубл. 02.03.71 Бюл. №10

29. Онников, Э.А. Ткацкие станки фирмы "Нуово-Пиньоне" Текст. / Э.А. Онников. Текстильная пром-ть. 1993, №10 С. 28-30

30. Привод рапиры ткацкого станка / А/с №757614 Опубл. 23.08.80 Бюл. №31

31. Айзенштейн, Э.М. "Инлегмаш-2004" Текст. / Э.М. Айзенштейн Текстильная пром-ть. 2004, №7,8 С. 16-22

32. Устройства привода рапиры к ткацкому станку / А/с №1509442 Опубл. 23.09.89 Бюл. №35

33. Гинзбург, JI.H. Направление развития ткацких станков Текст./ JI.H. Гинзбург Текстильная пром-ть. 1993, №7 С. 44-45

34. Патент № 2438697; кл D03D 47/27, 47/18, Заявл. 9.10.79; № 7925081, Опубл. 9.05.80, Франция.

35. Материалы выставки АТМЕ-2001, США, г. Гринвиль в 2001 г.

36. Заявка № 2619832, Франция, заявл. 23.08.88, № 881134, опубл. 3.03.89, МКИ D03D 47/27

37. Пустыльник, Я. Мировой рынок ткацких станков Текст. / Я. Пустыльник. В мире оборудования. 2005, №1. С. 12-13

38. Заявка № 4233636, ФРГ, заявл. 6.10.92, № 4233636.8, МКИ D03D 47/12

39. Малафеев, P.M. Машины текстильного производства Текст. /P.M. Малафеев, Ф.Ф. Светик. М.:МГФ "Знание". 2002.-490 С., ил.

40. Патент № 639149, Швейцария, заявл. 06.08.79, № 7188/79, опубл. 31.10.81, МКИ D03D 47/27, F16H21/52.

41. Иванов, B.C. Влияние диаметра проволоки для металлосетки на ее механические характеристики Текст. / B.C. Иванов, В.А Суров // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 2005, №6. С 124-126.

42. Заявка № 2584425, Франция, заявл. 04.07.85, № 8510684, опубл. 9.01.87, МКИ D03D 47/18

43. Материалы международной специализированной выставки «WIRE—94», Дюссельдорф (ФРГ).

44. Патент № 368200, Австрия, заявл. 28.05.80, № 2820/80, опубл. 27.09.82, МКИ D03D 47/12

45. Патент № 2415681; Заявл. 24.01.79; № 7901760, Опубл. 24.08.79, кл D03D 47/12, 49/46, Франция

46. Привод рапир ткацкого станка. Патент №662024 от 10.03.76. Опубл. 05.05.79. Бюл. № 17

47. Привод рапир ткацкого станка. Патент №274989 от 28.03. 69. Опубл. 25.08.76. Бюл. № 31

48. Механизм для прокладки утка в зев основы бесчелночного ткацкого станка. Патент №373341 от 26.03.71. Опубл. 12.03.73. Бюл. № 14

49. Зажимное приспособление рапиры для ткацкого станка Заявка IT 93004990/12 от 27. 08.1997

50. Барышников, В.Н. Ткацкие станки с гибкими рапирами фирмы «Зульцер-Рюти» Текст. / Барышников В.Н. М.: Легпром. Издат, 1991. - 24 с.

51. Зажимное устройство рапиры для ткацкого станка Заявка IT 95113125/12 от 10. 10.1998

52. Дицкий А.В., Малафеев P.M., Терентьев В.И., Туваева А.Л. Основы проектирования машин ткацкого производства. Под общей редакцией А.В. Дицкого. м.: Машиностроение, 1983. - 320 е., ил.

53. Устройство для прокладывания уточной нити на бесчелночном ткацком станке / А/с №939612 Опубл. 30.06.82 Бюл. №24.

54. Принимающая рапира для ткацкого станка. Заявка IT 93047026/12 от 12. 10.1996

55. Канатников, А.Н. Аналитическая геометрия. Текст. / А.Н. Канатников, А.П. Крищенко. 3-е изд. под ред. д-ра техн. наук, проф. B.C. Зарубина и д-ра физ.-мат. наук, проф. А.П. Крищенко. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, с. 383.

56. Талавашек, О. Бесчелночные ткацкие станки Текст. / О. Талавашек, В. Сватый, пер. с чеш. М.: Легпромбытиздат, 1985. - 335 с.

57. Орнатская, В.А. Проектирование и модернизация ткацких машин Текст. / В.А. Орнатская, С.С. Кивилис. 1986.

58. Гернет, М.М. Курс теоретической механики. Текст. / М.М. Гернет. Учебник для немашиностроительных специальностей вузов, изд. 2-е, перераб. и доп. М.: «Высшая школа», 1970. — 440 е., ил.

59. Суров, В.А. Продольные колебания гибкой ленты механизма привода рапир Текст. / В.А Суров, И.С. Баталин, А.С. Буравлев // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 2000, №4. С 119. 121.

60. Тувин, А.А. Модернизация металлоткацкого станка типа DM Текст./ А.А. Тувин, Р.В. Шляпугин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-2007.- №3с. С. 105-108.

61. Зиновьев, Вяч. А. Курс теории механизмов и машин / Вяч. А. Зиновьев. М.: Наука, 1972.- 384 с.

62. Шляпугин, Р.В. Исследование эвольвентного зацепления колеса с рапирой Текст./Р.В. Шляпугин, А.А. Тувин //Студенты и молодые ученые КГТУ — производству: сб. материалов 58-й межвуз. науч.-техн. конф./КГТУ.- Кострома, 2007.-С. 193-194.

63. Тувин, А.А. Кинематические параметры механизма прокладывания утка металлоткацкого станка Текст. / А.А. Тувин, А.Н. Смирнов, В.М. Андриянов.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности,- 1984. №4. С. 94 - 99.

64. Бессчастный, И.В. Текст. / И.В. Бессчастный. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 1985. №4. С. 96 - 99.

65. Тувин, А.А. Кинематическое исследование механизма прокладывания утка металлоткацкого станка DM 2000-М Текст./А.А. Тувин, Р.В. Шляпугин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2007. - №2. - С. 92-96.

66. Суров, В.А. Использование метода инверсии при согласовании движения берда и нитепрокладчика Текст. / В.А. Суров, В.Г. Чумиков, В.М. Андриянов, А.А. Тувин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности,- 1990, №4. С 79-81.

67. Фаворин, М.В. Моменты инерции тел текст. / М.В. Фаворин. Справочник — изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1977. — 511 с.

68. Елфимов, В.М. Проектирование полимерного композита для гибкой перфорированной ленты текст. / В.М. Елфимов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 2005. №1. С. 107- 111.

69. Суслов, Г.К. Теоретическая механика текст. / Г.К. Суслов JL: Гостехиздат, 1946.-655 с.

70. Шляпугин, Р.В. Головка рапиры металлоткацкого станка Текст./Р.В. Шляпугин, А.А. Тувин // Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК 2007): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф./ ИГТА. - Иваново, 2007. - С. 243-244.

71. Шляпугин, Р.В. Исследование динамики гибкой ленты рапирного металлоткацкого станка Текст./Р.В. // Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК - 2008): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф./ИГТА. - Иваново, 2008. - С. 216-217.

72. Шляпугин, Р.В. К вопросу о динамической модели рапиры бесчелночного ткацкого станка Текст./Р.В. Шляпугин, А.А. Тувин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности

73. ПРОГРЕСС 2008): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф./ ИГТА. — Иваново, 2008. - С. 44-45.

74. Артоболевский, И.И. Теория механизмов Текст. / И.И. Артоболевский. М.: Наука, 1967. - 720 с.

75. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя Текст. / В.И. Анурьев. Т2 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. — 559 е., ил.

76. Э.А. Оников, Б.Ф. Артеменко Анализ и оценка современных ткацких станков передовых зарубежных фирм /Текстильная промышленность № 6-7, 2007.

77. Вульфсон, И. И. Динамические расчеты цикловых механизмов Текст./ И. И. Вульфсон. Л.: Машиностроение, 1976. - 328с.

78. Вульфсон, И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия Текст. / И.И. Вульфсон. Л.: Машиностроение, 1990. - 309 с.

79. Чернилевский, Д.В. Техническая механика Текст. / Д.В. Чернилевский.— М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. 544 с.

80. Бабаков, И.М. Теория колебаний Текст. / И.М.Бабаков. М.: Наука, 1968. -559с.

81. Я. Г. Пановко, И.И. Губанова/ Устойчивость и колебания упругих систем. М.:изд. Наука, 1967, 420 с.

82. Вибрации в технике: Справочник Текст.: в 6-ти т. Т.6. М.: Машиностроение, 1981. — 456с.

83. Коритысский, Я. И. Вибрация и шум в текстильной и легкой промышленности Текст. / Я. И. Коритысский, И. В. Корнев, Л. Ф. Лагунов, О. Н. Поболь, Р. И. Сучкова, М. И. Худых. М.: Легкая индустрия, 1974. -328с.

84. Пановко, Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара Текст. Л.: Машиностроение, 1976. - 320с.

85. Вибрации в технике: Справочник Текст.: в 6-ти т. Т.1. М.: Машиностроение, 1978. - 352с.

86. Пискунов, Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисления: Учебное пособие для втузов Текст. / В 2-х т. Т.2. М.: Интеграл-Пресс, 2001. -544с.

87. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике Текст. / И. Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. М.: Наука, 1965. - 608с.

88. Тихомиров, В. Б. Планирование и анализ эксперимента Текст. / В. Б. Тихомиров. -М.: «Легкая индустрия», 1974. -262с.

89. Гордеев, В.А. Ткачество Текст. / Гордеев В.А., П.В Волков. Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. — 488 с.

90. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов Текст. / Н.М. Беляев 15-е изд. перераб. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1976, с. 608.

91. Афанасьев, A.M. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов Текст. / A.M. Афанасьев, В.А. Марьин, издание 2-е перераб. и доп. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука». 1975. — 243 с.

92. Горошко, О.А. Введение в механику одномерных тел переменной длины Текст. / О.А. Горошко, Н.Г. Савин. Киев.: Наукова думка, 1971. - 224 е., ил.

93. Пановко, Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара Текст. / Пановко Я.Г. — 4-е изд., перераб. и доп. Л.: Политехника. 1990. — 272 е.: ил. — IBS N5 - 7325 - 0096 - 0.

94. Коритысский, Я. И. Колебания в текстильных машинах Текст. / Я. И. Коритысский М.: Машиностроение, 1969. - 295 с.

95. Тимошенко, С.П. Колебания в инженерном деле Текст. / С.П. Тимошенко. -М.: Наука, 1967.-444 с.

96. Бидерман, В. Л. Теория механических колебаний Текст./ В. Л.Бидерман. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1980. - 408 с.