автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование устройства натяжения основы на ткацком станке

На правах рукописи

Сн><2

СЮЕ ЮН

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА НАТЯЖЕНИЯ ОСНОВЫ НА ТКАЦКОМ СТАНКЕ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2004

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

Научный руководитель д. т. н., доц.

Власов Евгений Иванович

Официальные оппоненты: д.т.н., проф. к.т.н., доц.

Сигачёва Валентина Васильевна Тувин Александр Алексеевич

Ведущая организация:

ООО "Текстильмаш", г. Шуя Ивановской области

Защита состоится: " 16 " сентября 2004 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.061.01 при Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

2005-4

12081 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Активное применение средств автоматизации и микропроцессорной техники для контроля и управления основными функциями станка является перспективным направлением в развитии ткацких станков, благодаря которому можно существенно повысить производительность труда и информируемость о ходе технологического процесса. На производительность в ткачестве большое влияние оказывает уровень обрывности нитей. К причинам, вызывающим обрывность, относится несоблюдение требуемого натяжения основных нитей, являющегося самым важным источником информации о состоянии ткацкого станка и самым главным параметром технологического процесса. Действие батанного и зевообразовательного механизмов вызывает циклически изменяющуюся деформацию основных нитей, а действие товарного регулятора и механизма отпуска - нециклически изменяющуюся деформацию. Для создания необходимых условий формирования ткани необходимо оптимизировать натяжение основы в ткачестве и минимизировать отклонение натяжения основы по углу поворота главного вала за цикл. Это требование является необходимым условием эффективной работы механизма отпуска и натяжения основы.

Таким образом, разработка и исследование устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка путём применения средств автоматизации и микропроцессорной техники является задачей своевременной и актуальной.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка устройства стабилизации натяжения упругой заправки на ткацком станке. Она направлена на создание методов структурно-параметрического проектирования механизма отпуска основы с навоя и оптимизации натяжения ткани в процессе ткачества.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:

- определены методы и средства стабилизации натяжения основы на ткацком станке;

- создана имитационная модель упругой заправки на ткацком станке в одном цикле его работы;

- разработана методика структурно-параметрического проектирования устройств натяжения основы на ткацком станке;

- получена метамодель стационарной работы станка типа АТПР;

- выполнена конструктивная разработка адаптивного цифрового блока натяжения основы.

Методика исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. -- _

1 РОС. НАЦИОНАЛЬНА* I БИБЛИОТЕКА С.п«1

3» оэ

ТЖк

__' ——

В теоретических исследованиях применены методы теории механизмов и машин, дифференциального и интегрального исчисления, теории тканеформирования, теории автоматического управления, основы проектирования микропроцессорной техники, теории математического и имитационного моделирования.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования и тензометрических измерений, при обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:

1. Разработана имитационная модель натяжения основы на пневморапирном ткацком станке в одном цикле его работы.

2. Предложено адаптивное управление упругой заправкой ткацкого

станка.

3. Получена и обоснована метамодель стационарной работы станка типа АТПР.

4. Создан алгоритм стабилизации среднего натяжения основы и минимизации перепада деформации нитей от процесса зевообразования и прибоя.

5. Разработаны методики структурно-параметрического проектирования устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

Практическая ценность. Предложенное устройство адаптивного управления натяжением основы на пневморапирном ткацком станке позволит оптимизировать проектирование и создание совершенного ткацкого оборудования.

Ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных результатов для совершенствования ткацкого оборудования и процесса формирования ткани (пат. 34937 РФ).

Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе и используются в курсах учебных дисциплин при подготовке студентов по направлениям "Автоматизация и управление" (220200), "Технологические машины и оборудование" (551800).

Апробация работы. Основные теоретические положения, выводы и рекомендации диссертационной работы апробированы на опытных образцах в лабораторных условиях. Основные результаты диссертационной работы докладывались:

1) на международной научно - технической конференции 21-24 мая 2001 года в г. Иванове, ИГТА;

2) на межвузовской научно - технической конференции 22 - 24 апреля 2003 года в г. Иванове, ИГТА;

3) на международной научно - технической конференции 21-24

мая 2004 года в г. Иванове, ИГТА;

4) на расширенном заседании кафедры автоматики и радиоэлектроники ИГТА в г. Иванове в 2004г.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены 3 статьями в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», 3 тезисами докладов на научно-технических конференциях и патентом на полезную модель (пат. 34937 РФ).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из 5 глав и заключения. Текст изложен на 140 страницах. В работе имеется 6 таблиц, 46 рисунков, список литературы, включающий 63 наименования, и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа состоит из 5 глав, заключения и списка литературы.

В общей характеристике работы показывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные цели и задачи проведенных исследований, их научная новизна и практическая значимость, приведена апробация результатов работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований устройств натяжения основы на ткацком станке.

В работе указаны следующие тенденции в развитии ткацкого оборудования:

во - первых, ведется автоматизация отдельных технологических машин и узлов с целью повышения культуры производства, качества продукции и эффективности использования технологического оборудования. На этом этапе широко используются системы локальной автоматики, например системы автоматической стабилизации натяжения основы, системы программного управления отдельными узлами станков;

во - вторых, развивается централизация контроля и управления производственными процессами на базе диспетчеризации и систем автоматизированного сбора информации. Системы централизованного контроля с использованием вычислительных комплексов выполняют следующие функции: непрерывно проверяют, соответствуют ли параметры допустимым значениям, а если нет, то немедленно сигнализируют об этом оператору; фиксируют время, когда какой-либо из параметров отклонился от допустимых пределов и когда он снова вошел в норму; периодически регистрируют все измеряемые параметры; сигнализируют о наступлении аварийных ситуаций; вычисляют некоторые показатели, характеризуют протекающие процессы;

в - третьих, использование современных методов проектирования и новых технических средств позволяет в любой момент времени

рассчитать оптимальный режим технологического процесса и повысить производительность в ткачестве.

Во второй главе проведено моделирование электромеханических систем управления натяжением основы на пневморапирном ткацком станке. Для этого проведен анализ работы механизма отпуска и натяжения основы на ткацком станке типа АТПР.

Создание модели взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала и навоем позволило определить динамические характеристики системы "основные нити - навой".

Разработанная имитационная модель (в среде 81ши1шк) системы "основные нити - навой" ткацкого станка типа АТПР для ткани "бязь", артикул 262, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Имитационная модель системы "основные нити - навой" ткацкого станка типа АТПР Здесь передаточная функция, описывающая подпружиненное скало и систему рычагов: - _-К--

где

■Р3(5) Г2252 + 7]5 + 1

коэффициент передачи скала и системы рычагов, - постоянные времени скала и системы рычагов.

Т1, Т2

Передаточная функция навоя:

где кц навоя.

ФН{5) Г3252+7'45 + 1 '

коэффициент передачи навоя, Т3,Т4 - постоянные времени

к

Передаточная функция упругой заправки станка:

ку

7*+г

где ку - коэффициент передачи упругой заправки, Т - постоянная времени упругой заправки. Передаточная функция редуктора имеет вид: Жр = -кр,

где кр - коэффициент передачи редуктора.

Передаточная функция внутреннего контура регулирования, пропорциональная радиусу ткацкого навоя: Ж(К ^) = кос,

где кс - коэффициент передачи обратной связи.

Полученные временная характеристика имитационного моделирования одного цикла работы и временная экспериментальная зависимость натяжения в одном цикле работы пневморапирного ткацкого станка представлены на рис. 2.

11Фг--------------"I-Г".....I............."Т"-г*"...............т

Рис. 2. Временная характеристика имитационного моделирования одного цикла работы (кривая 2) и экспериментальная зависимость натяжения в одном цикле работы пневморапирного ткацкого станка (кривая 1)

Адекватность машинного эксперимента определена путем сравнения кривой 1 с кривой 2 по коэффициенту корреляции, который свидетельствует о высокой достоверности разработанной имитационной модели

В третьей главе проведено структурное проектирование цифрового устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

Для создания необходимого натяжения основы при формировании ткани в системе с переменными параметрами предложена микропроцессорная система адаптивного управления натяжением основы на ткацком станке, которая должна обеспечивать:

- стабилизацию среднего натяжения основы между циклами (рис.3) вблизи заданного среднего натяжения основы, независимо от изменения диаметра намотки основы на навое и переменной плотности по утку;

- снижение перепада натяжения основы от процесса зевообразования (рис 3), и обеспечивание необходимого натяжения основы в момент прибоя

Рис. 3. Циклическое среднее натяжение основы и перепад натяжения основы от процесса зевообразования

Разработанная функциональная схема системы натяжения основы для пневморапирного ткацкого станка с микропроцессорным управлением представлена на рис. 4 Здесь 1 - навой; 2 - неподвижное скало; 3 -подвижное скало; 4 - основа; 5 - механизм зевообразования; 6 - механизм батана, 7 - механизм вальяна, 8 - датчик скорости поворота товарного

вала (SE2); 9 - чувствительный элемент (РЕ) датчика натяжения основы; 10 - датчик угла поворота главного вала ткацкого станка (срЕ); 11 -тахогенератор или тахометрический мост (SE(); 12 - микропроцессорный контроллер; 13 - кодирующее устройство (пульт управления); 14 - блок управления двигателем; 15 - двигатель; 16 - редуктор и зубчатая передача.

Рис. 4. Функциональная схема системы натяжения основы

Для управления средним натяжением основы и перепадом натяжения основы от процесса зевообразования угловая скорость двигателя подачи основы контролируется равномерно по углу поворота главного вала К раза за один оборот.

Составную угловую скорость двигателя подачи основы можно представить следующим образом:

где п - цикличность угла поворота главного вала станка;

к - такт в п-м цикле угла поворота главного вала станка; и0(2т) - составляющая управления средним натяжением основы п-го цикла;

- составляющая управления перепадом натяжения основы в угле поворота главного вала;

и(2яп+^-к) - воздействие управления натяжением основы в

К

2л

(2тогЛ--к) угле поворота главного вала.

Среднее натяжение основы изменяется под влиянием изменения диаметра намотки основы на навое и переменной плотности по утку. Поэтому автоматическое регулирование с незамкнутым контуром используется для управления изменением среднего натяжения основы от переменной плотности по утку, а автоматическое регулирование с замкнутым контуром используется для управления изменением среднего натяжения основы от диаметра намотки основы на навое. Составляющая управления средним натяженим основы рассчитывается по следующим формулам:

,(2 лп)+г

и1г(2тт)=кг С02(2тш), и/ь(2т)~Кр0ей(2т)+~,£е0(2лт)

К

10 т—0

К-1

е0 {2т) = р0 (2ли) - рп0 (2яп), р„0(2т) = р(2т+ ~к),

Л к=0 К

где - составляющая регулирования с замкнутым

контуром в п-м цикле;

м^(2ял) - составляющая регулирования с разомкнутым

контуром в п-м цикле;

к - коэффициент регулирования в разомкнутом контуре;

й?2(21т) - угловая скорость товарного валика в п-м цикле;

- коэффициент пропорциональности в замкнутом

контуре;

- коэффициент интегрирования в замкнутом контуре; е0(2яп) - ошибка между заданным и фактическим средним

натяжением основы в п-м цикле;

- фактическое натяжение основы в

угле поворота главного вала; /7^0 (2/т) - заданное среднее натяжение основы в п-м цикле;

- циклическое среднее натяжение основы в п-м

цикле.

Перепад натяжения основы изменяется под влиянием механизма зевообразования. Чтобы снизить значительный перепад натяжения основы в процессе зевообразования, нужен положительный прирост регулирования в период формирования зева, а также отрицательный прирост регулирования при закрывании зева. Чтобы управление перепадом натяжения основы не имеет влияния на управления средним натяжением основы, нужно уравнять интеграл от положительного прироста регулирования с интегралом от отрицательного прироста регулирования за один цикл, а чтобы обеспечивать необходимое натяжение основы в момент прибоя, положительный прирост регулирования должен действовать только после момента максимального прибоя.

Составляющая управления перепадом натяжения основы рассчитывается по следующим формулам:

ч

где основы;

е,(и) = р(2тт + р(2лп + ~• кЗЗС7уп) ,

положительный прирост от управления перепадом натяжения

Кр1 - коэффициент пропорциональности; К,| — коэффициент интегрирования;

е| (и) - перепад натяжения основы от процесса зевообразования; р(2тт + ~--кмжкв)

натяжение основы в момент максимального

раскрытия зева п-го цикла;

- натяжение основы в момент заступа п-го

К

цикла.

Получена блок-схема математического моделирования механизма натяжения основы на базе микропроцессорного контроллера (рис.5).

На базе функциональной схемы цифровой системы натяжения основы составлена имитационную модель механизма натяжения путём использования пакета Simulink (MATLAB 6.5). Полученная имитационная модель натяжения основы на пневморапирном ткацком станке с микропроцессорным управлением представлена на рис. 6 - 7 . Это многослойная модель (метамодель) и первый слой представлен на рис. 6.

Рис. 5. Блок-схема математического моделирования механизма натяжения основы на базе микропроцессорного контроллера

Метамодель содержит четыре блока: 1) блок объекта (упругая заправка) моделирует натяжение основы, соответствующее деформации нитей; деформация основы определяется циклическими движениями механизмов зевообразования, прибоя и нециклическими движениями механизма подачи основы, а также отвода ткани; 2) блок датчиков, который содержит датчик натяжения основы, датчик угла поворота главного вала и датчик скорости поворота товарного вала; 3) блок микропроцессорного контроллера; 4) блок исполнительного механизма (механизма подачи основы).

Второй слой представлен на рис. 7, он соответствует блоку управления микропроцессорного контроллера. Он содержит блок расчёта натяжения, блок формирования данных натяжения по углу поворота главного вала, блок вывода составляющих управления натяжением по углу поворота главного вала, блок составляющей управления средним натяжением основы и блок составляющей управления перепадом натяжения основы. В блоках формирования данных натяжения и вывода составляющих управления натяжением сигнал преобразуется К раза и соответствует углу поворота главного вала.

Рис. 6. Общая схема имитационной модели натяжения основы с микропроцессорным управлением

«•«Т41ЛМ»«** Г<Н"«Я>" ММ««» |.«»Я«Ч1 мнмм

Рис.7. Модель блока управления натяжением основы

Экспериментальное машинное исследование механизма натяжения основы с цифровым управлением проведено (с учетом прибоя и перепада натяжения основы от процесса зевообразования) для случаев: переменного заданного натяжения основы, переменной массы навоя и переменной плотности по утку путём использования пакета Simulink.

При моделировании исследован случай переменной скорости отвода элемента ткани, что соответствует формированию тканей с переменной плотностью по утку в продольном направлении. Например, для ткани "бязь", артикул 262, принят орнамент узора, сформированный горизонтальными полосами. В качестве горизонтальных выбраны две различные по размерам полосы: D и Е. Плотность расположения нитей утка в полосе D выше, чем в полосе Е. Для обеспечения эффекта переменной плотности полосы узора ткань содержит следующее количество нитей: D - 6 нитей утка и Е - 22 нитей утка. Плотность расположения нитей утка в уплотненной полосе ткани (D), находящейся в заправке ткацкого станка, - 270 нитей/дм; плотность расположения нитей утка в разреженной полосе ткани (Е), находящейся в заправке ткацкого станка,- 135 нитей/дм.

Временные характеристики натяжения основы подобной системы, представлены на рис. 8. Кривые натяжения основы и перепада натяжения основы от процесса зевообразования при постоянном заданном натяжении основы представлены на рис. 8 а. Кривые натяжения основы и среднего натяжения основы при переменном заданном натяжении основы представлены на рис. 8 б. Кривые натяжения основы и среднего натяжения основы при переменной скорости поворота товарного вала представлены на рис. 8 в.

Примечание: перепад натяжения основы от процесса зевообразования и среднее натяжение основы имеет отставание фазы в каждом цикле (см. рис. 8).

В четвертой главе проведена конструктивная разработка устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка.

Выполнена разработка параметрической схемы цифрового блока. Предложена блок-схема микропроцессорного управления натяжением основы (рис. 9).

Проведено обоснование выбора элементной базы. Разработан датчик угла поворота главного вала, который состоит из светодиодов, кодировочного диска и блока фотоприемников.

Разработаны алгоритмы и программы управления исполнительным механизмом натяжения основы. Создан основной алгоритм управления натяжением основы (рис. 10), он содержит основную программу, программу прерывания от INTO и программу прерывания от INT1.

Рис. 8. Временные характеристики натяжения основы

Рис. 9. Блок-схема микропроцессорного управления натяжением основы

В пятой главе проведено экспериментальное исследование цифрового устройства натяжения основы на ткацком станке.

Экспериментальное исследование показало что разработанное устройство стабилизации натяжения основы на ткацком станке удовлетворяет требованиям технологического процесса. Среднее натяжение основы между циклами независимо от изменения диаметра намотки основы на навое и переменной плотности по утку, автоматически поддерживает уровень натяжения вблизи заданного среднего значения. Отклонение среднего натяжения не превышает ± 1 % . Перепад натяжения основы от процесса зевообразования и прибоя может быть снижен путём микропроцессорного управления механизмом подачи основы на 75%. Таким образом, разработанное устройство позволит добиться снижения обрывности основных нитей в процессе формирования ткани и обеспечит расширение ассортиментных возможностей существующего парка ткацких станков АТПР.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана имитационная модель (в среде Simulink) системы "основные нити - навой" ткацкого станка типа АТПР. Модель взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала и навоем позволила определить динамические характеристики системы "основные нити - навой" в одном цикле.

2. Предложено цифровое адаптивное управление натяжением основы на ткацком станке. Разработаны методы и определены средства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

Рис. 10. Основной алгоритм управления натяжением основы

3. Разработана имитационная метамодель устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке, которая позволяет провести структурно-параметрическое проектирование подобных системы.

4. Предложенные методы проектирования позволили установить что изменение цикличности в работе механизма с микропроцессорным блоком не влияет на натяжение основы.

5. Предложенные методы проектирования позволили установить как изменяется упругая заправка при переменном заданном среднем натяжении основы и переменном радиусе намотки основы ткацкого навоя.

6. Предложенные методы проектирования позволили установить поведение упругой заправки ткацкого станка при переменном плотности ткани по утку.

7. Создан алгоритм управления средним натяжением основы и оптимизации перепада натяжения основы от процесса зевообразования.

8. Экспериментальное исследование показало, что разработанное устройство стабилизации натяжения основы на ткацком станке удовлетворяет требованиям к технологическому оборудованию. Таким образом, устройство натяжения основы с адаптивным цифровым блоком позволит добиться снижения обрывности основных нитей в процессе формирования ткани и обеспечит расширение ассортиментных возможностей существующего парка ткацких станков АТПР.

Материалы диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Сюе Юн. Тенденции в развитии ткацкого оборудования текстильного производства // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс -2001): Тез. докл. междунар. научно-техн: конф. - Иваново: ИГТА, 2001.

2. Сюе Юн, Власов Е.И. Имитационное моделирование механизма натяжения основы на ткацком станке с микропроцессорным контроллером // Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск - 2003): Сборник материалов межвуз. научно-техн. конф. аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2003.

3. Шадрин Э.Ф., Сюе Юн. Анализ динамических нагрузок в кинематических звеньях ткацкого станка АТПР-100 с асинхронным электроприводом // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2003.-№4.

ииш

4. Власов Е.И., Сюе Юн. Имитационное моделирование системы заправки пневморапирного ткацкого станка // Изв. вузов. Технологиятекстильной промышленности. - 2003. - №5.

5. Сюе Юн, Власов Е.И. Исследование динамики системы заправки ткацкого станка с микропроцессорной системой // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2004. - №4.

6. Патент на полезную модель №34937 РФ. Устройство адаптивного управления натяжением основы на ткацком станке /Е.И.Власов, Сюе Юн. - Опубл. 2003. Бюл. №35.

7. Сяо Хуннянь, Чжан Цзяньган, Сидоров Д.В., Сюе Юн. Обьем памяти для приводных импульсов электронного отбора игл при различном типе повторямости раппорта рисунка на жаккардовой кругловязальной машине // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс - 2004): Сборник материалов междунар. научно-техн. конф. Часть 2. - Иваново: ИГТА, 2004.

РНБ Русский фонд

2005-4 12081

Лицензия ИД № 06309 от 19.11.2001. Подписано в печать 30.07.2004. Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать. Уст.печ.л. 1,16. Уч. - изд. л. 1,11. Тираж 80 экз. Заказ № 3639

Редакционно-издательский отдел ИГТА Участок оперативной полиграфии ИГТА 153000 г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 21

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1. Обоснование основных задач, подлежащих разработке.

1.1. Тенденции в развитии ткацкого оборудования.

1.2. Обзор устройств натяжения основы на ткацких станках.

1.3. Выводы по главе 1.

2. Идентификация и исследование устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

2.1. Анализ механизма отпуска и натяжения основы на ткацком станке типа А11 IP.

2.2. Модель взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала и навоем.

2.3. Определение динамических характеристик системы "основные нити - навой" для пневморапирного станка.

2.4. Разработка структурной схемы САУНО.

2.5. Выводы по главе 2.

3. Структурное проектирование устройства натяжения основы на ткацком станке.

3.1. Особенности структуры механизма натяжения основы на ткацком станке.

3.2. Математическое моделирование механизма натяжения основы на базе микропроцессорного контроллера.

3.3. Имитационное моделирование механизма натяжения основы на базе цифрового устройства.

3.4. Экспериментальное машинное исследование метамодели механизма натяжения основы с микропроцессорным блоком.

3.5. Выводы по главе 3.

4. Конструктивная разработка устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка.

4.1. Методы проектирования электромеханических устройств.

4.2. Разработка параметрической схемы цифрового блока.

4.3. Обоснование выбора элементной базы.

4.4. Разработка алгоритма и программы управления исполнительным механизмом натяжения основы.

4.5. Выводы по главе 4.

5. Экспериментальное исследование цифрового устройства натяжения основы на ткацком станке.

5.1. Исследование системы натяжения основы и оценки функционирования цифрового устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка.

5.2. Сравнение функционирования цифрового устройства натяжения основы и результатов моделирования механизма натяжения основы на пневморапирном ткацком станке.

5.3. Выводы по главе 5.

На производительность в ткачестве большое влияние оказывает уровень обрывности нитей. Из-за высокой обрывности ухудшается качество ткани и увеличивается простой оборудования, что приводит к увеличению затрат предприятия, к нарушению работы оборудования, быстрому выходу его из строя. Из-за нестабилизации технологического процесса (ТП) повышается расход материала. Вот почему для успешного функционирования предприятия одной из важнейших задач является необходимость снижения уровня обрывности нитей. Решение этого вопроса позволит уменьшить расход сырья и сократить число браков, увеличить производительность оборудования и срок его службы. В конечном итоге это позволит сэкономить значительную часть денежных средств предприятия и увеличить его доход. Обрывность нитей в основном зависит от пороков пряжи и неправильной подготовки ее к ткачеству. Поэтому решать проблему обрывности нужно еще на этапе подготовки пряжи. Но полностью решить эту задачу не удается, и поэтому приходится заниматься ей и в ткачестве. Одной из причин обрывности является несоблюдение требований технологического процесса. Для создания необходимых условий формирования ткани необходимо поддерживать оптимальное натяжение основы, что достигается с помощью механизма отпуска и натяжения основы. Действия батанного механизма, зевообразовательных механизмов, товарного регулятора, механизма отпуска и натяжения основы вызывают циклически изменяющуюся деформацию. При этом основа испытывает деформацию и истирающее воздействие со стороны поверхностей, о которые соприкасаются нити: поверхность скала, ламели основонаблюдателя, галева ремизок, зубья берда. В конечном итоге два фактора - деформация нитей и число циклов истирания - являются основными критериями, которые определяют уровень обрывности на ткацком станке.

Механизм основного регулятора оказывает существенное влияние на его силовое взаимодействие с упругой заправкой станка. Его воздействие на нити основы при неправильном подборе технологических параметров может оказаться разрушающим и привести к невозможности выработки определенного артикула ткани на конкретном станке. Чтобы процесс ткачества протекал оптимально, необходимо стабилизировать величину натяжения заправки в пределах упругой деформации основы. Исходная заправка (натяжение всех нитей в момент начала работы станка) является статической составляющей натяжения основы. Кроме статического натяжения на основу в процессе тканеобразования действует еще и динамическая составляющая. На нее влияет подвижная система скала и механизм навоя. В процессе работы ткацкого станка отпуск основы с навоя должен быть на величину уработки больше длины нарабатываемой ткани. Для выполнения этого условия необходимо поддерживать постоянство статической составляющей натяжения основы при равномерном сходе ее с навоя за весь период работы станка [1].

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Активное применение средств автоматизации и микропроцессорной техники для контроля и управления основными функциями станка является перспективным направлением в развитии ткацких станков, благодаря которому можно существенно повысить производительность труда и информируемость о ходе технологического процесса. На производительность в ткачестве большое влияние оказывает уровень обрывности нитей. Для успешного функционирования фабрик одной из важнейших задач в ткачестве является необходимость снижения уровня обрывности нитей. К причинам, вызывающим обрывность, относится несоблюдение требуемого натяжения основных нитей, являющегося самым важным источником информации о состоянии ткацкого станка и самым главным параметром технологического процесса. Действие батанного зевообразовательного механизма вызывает циклически изменяющуюся деформацию, а действие товарного регулятора и механизма отпуска -нециклически изменяющуюся деформацию основы. Для создания необходимых условий формирования ткани необходимо оптимизировать натяжение основы в ткачестве и минимизировать отклонение натяжения основы по углу поворота главного вала за цикл. Эти условия являются требуемой функцией устройства механизма отпуска и натяжения основы [2].

Таким образом, разработка и исследование устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка путём применения средств автоматизации и микропроцессорной техники является задачей своевременной и актуальной.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка устройства стабилизации упругой заправки на ткацком станке. Она направлена на создание методов структурно-параметрического проектирования механизма отпуска основы с навоя и оптимизации натяжения ткани в процессе ткачества.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:

- определены методы и средства стабилизации натяжения основы на ткацком станке;

- создана имитационная модель упругой заправки на ткацком станке в одном цикле его работы;

- разработана методика структурно-параметрического проектирования устройств натяжения основы на ткацком станке;

- получена метамодель стационарной работы станка типа A l l IP;

- выполнена конструктивная разработка адаптивного цифрового блока натяжения основы.

Методика исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования.

В теоретических исследованиях применены методы теории механизмов и машин, механики нити, дифференциального и интегрального исчисления, теории тканеформирования, теории автоматического управления, основы проектирования микропроцессорной техники, теории математического и имитационного моделирования.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования и тензометрических измерений, при обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:

1. Разработана имитационная модель натяжения основы на пневморапирном ткацком станке в одном цикле его работы.

2. Предложено адаптивное управление упругой заправной ткацкого станка.

3. Получена и обоснована метамодель стационарной работы станка типа ЛТП Р.

4. Создан алгоритм стабилизации среднего натяжения основы и минимизации перепада деформации нитей от процесса зевообразования и прибоя.

5. Разработаны методики структурно-параметрического проектирования устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

Практическая ценность. Предложенное устройство адаптивного управления натяжением основы на пневморапирном ткацком станке позволит оптимизировать проектирование и создание совершенного ткацкого оборудования.

Ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных результатов для совершенствования ткацкого оборудования и процесса формирования ткани в поле упругой заправки (пат. 34937 РФ).

Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе и используются в курсах учебных дисциплин при подготовке студентов по направлениям "Автоматизация и управление" (220200), "Технологические машины и оборудование" (551800).

Апробация работы. Основные теоретические положения, выводы и рекомендации диссертационной работы апробированы на опытных образцах в лабораторных условиях. Основные результаты диссертационной работы докладывались:

1) на международной научно - технической конференции 21-24 мая 2001 года в г. Иванове, ИГТА;

2) на межвузовской научно - технической конференции 22 - 24 апреля

2003 года в г. Иванове, ИГТА;

3) на международной научно - технической конференции 21-24 мая

2004 года в г. Иванове, ИГТА;

4) на расширенном заседании кафедры автоматики и радиоэлектроники ИГТА в г. Иванове в 2004г.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены 2 статьями в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», 3 тезисами докладов на научно-технических конференциях и патентом на полезную модель (пат. 34937 РФ).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из 5 глав и заключения. Текст изложен на 140 страницах. В работе имеется 6 таблиц, 46 рисунки, список литературы, включающий 63 наименование, и 4 приложения.

5.4. Общие выводы и рекомендации

1. Разработана имитационная модель (в среде Simulink) системы автоматического управления натяжением основы. Модель взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала и навоем позволила определить динамические характеристики системы "основные нити - навой" в одном цикле.

2. Предложено цифровое адаптивное управление натяжением основы на ткацком станке. Разработаны методы и определены средства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

3. Разработана имитационная метамодель устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке, которая позволяет провести структурно-параметрическое проектирование подобных системы. Предложенные методы проектирования позволили установить: - изменение цикличности в работе механизма с микропроцессорным блоком не влияет на натяжение основы; - как изменяется упругая заправка при переменном заданном среднем натяжении основы и переменном радиусе намотки основы ткацкого навоя; - поведение упругой заправки ткацкого станка при переменном плотности ткани по утку.

4. Создан алгоритм управления средним натяжением основы и оптимизации перепада натяжения основы от процесса зевообразования.

5. Экспериментальное исследование показало, что разработанное устройство стабилизации натяжения основы на ткацком станке удовлетворяет требованиям технологического процесса. Среднее натяжение основы между циклами независимо от изменения диаметра намотки основы на навое и переменной плотности по утку, автоматически поддерживает уровень натяжения вблизи заданного среднего значения. Перепад натяжения основы от процесса зевообразования снижается путём управления механизмом подачи основы, а также обеспечивает необходимое натяжение основы в момент прибоя.

1. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество: Учебник для вузов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, - 400 с.

2. Малафеев P.M. и др. Перспективые развития Российского машиностроения для текстильной и легкой промышленности // Текстильная промышленность. 1999. - №9-10.

3. Степанов Г.В., Быкадоров Р.В. Станки СТБ: устройство и наладка. -М.: Легпромбытиздат, 1985.

4. Степанов Г.В., Панкратов М.А., Бакула В.В. Опыт работы на станках ATI IP. М.: Легкая индустрия, 1979. - 169с.

5. Расторгуев А.К., Власов Е.И., Артемьев И.А. Автоматизация контроля технологических процессов ткацкого производства: Учебное пособие. Иваново: ИХТИ, 1982. - 100 с.

6. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 2000. - №12.

7. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1992. -№11.

8. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1999. -№1.

9. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1991. -№2.

10. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1992. - №8.

11. Проектирование датчиков для измерения механических величин Под ред.Е.П.Осадчего. -М.: Машиностроение, 1979.

12. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. Л.: Энергоатомиздат, 1985.

13. Расторгуев А.К., Власов Е.И. Теория и расчет первичных преобразователей для текстильной промышленности: Учебное пособие. -Иваново: ИВТИ, 1991. 100 с.

14. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. -М.: Высшая школа, 1988.

15. Косулин В.Д., Михайлов Г.Б. Омельченко В.В., Путников В.В. Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов.- JL: Энергоатомиздат, 1988.

16. Шадрин Э.Ф. Исследование динамики привода ткацкого станка с внешним ротором // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2002,- №6. -С.94.98.

17. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов: Учебник для вузов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 360 с.

18. Власов Е.И. Анализ и синтез САУ технологических процессов методами концептуального программирования: Учебное пособие. Иваново: ИвТИ, 1990.

19. Гультяев А.К. MatLafc 6.1. йритационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. CnifCOPOHA принт, 2001 . — 400 с.

20. Чэнь Гэ. Иследование и разработка системы натяжения основы ткацкого станка: Дис. канд. техн. наук. Шанхай: Китайский текстильный университет, 2001.

21. Власов Е.И., Расторгуев А.К. Лабораторный практикум по автоматизации ТП отрасли. Часть I : Учебное пособие. Иваново: ИГТА, 1997.-116 с.

22. Патент на полезную модель №34937 РФ. Устройство адаптивного управления натяжением основы на ткацком станке /Власов Е.И., Сюе Юн. -Опубл. 2003. Бюл. №35.

23. Власов Е.И., Сюе Юн. Имитационное моделирование системы заправки пневморапирного ткацкого станка // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2003. - №5.

24. Степанов Г.В. Станки ATI IF: устройство и расчёт параметров, -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. -192 с.

25. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. -М.: Энергоатомиздат, 1990 224с.

26. Шадрин Э.Ф., Сюе Юн. Анализ динамических нагрузок в кинематических звеньях ткацкого станка ATI IP-100 с асинхронным электроприводом // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2003,-№4.

27. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями /Под общ. ред. М.Г.Чиликина. М.: Энергия, 1971. - 624с.

28. Малйфеев P.M., Светик Ф.Ф. Машины текстильного производства,

29. М.: Машиностроение, МГФ «Знание», 2002. 496с.

30. Бондарев Н,И-, и др. Электромеханические системы контроля и управления натяжением ленточных материалов. -М.: Энергия, 1980. 96с.

31. Богорад Г.З., Киблицкий В.А. Цифровые регуляторы и измерители скорости, -М.: Энергия, 1966. 120с.

32. Пневморапирные ткацкие станки /Под ред. Ю.П. Сидорова. М., Легкая индустрия, 1974. - 248с.

33. Быкадоров Р.В. Развитие теоретических основ процесса ткачества и их практическая реализация в промышленности: Дис. д-ра техн. наук. Иваново, 1999.

34. Лапшин В.В., Ломэгин В.Н. Датчик натяжения основы на ткацком станке // Текстильная промышленность. 1995. - №12. - С.26.27.

35. Юхин С.С. и др. Анализ работы измененного основного регулятора ткацкого станка // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2001. - №5.

36. Кузнецова С.М. и др. Линейная деформация основых нитей в процессе зевообразования при изготовлении узорчатой ткани // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2001. - №5.

37. Воронин С.Ю. и др. Основный регулятор ткацкого станка // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2001. - №2.

38. Вакс Е.Э. Измерение натяжения нитей. М., 1966.

39. Николаев С.Д. и др. Теория процессов, технология и оборудование ткацкого производства-М.: Легпромбытиздат, 1995.

40. Сташин В.В. и др. Примеры проектирования устройств и систем на основе однокристального микроконтроллера, М.: Заочный институт повышения квалификации ИТР ЦП ВНТО им. С.И. Вавилова, 1989.

41. Солодовников В.В. и др. Микропроцессорные автоматические системы регулирования: Основы теории и элементы: Учеб. пособие для техн.вузов по спец. «Автоматика и управление в техн. системах». М.: Высш. шк., 1991.-254с.

42. Созонник Г.Д. и др. Цифровые системы управления. Киев: Тэхника, 1991. - 190с.

43. Бохан Н.И., Фурунжиев Р.И. Основы автоматики и микропроцессорной техники. Миск: Ураджай, 1987. -375с.

44. Александров А.Т. и др. Справочник по теории автоматического управления М: Наука, 1987. - 711с.

45. Чиликин М.Г. и др. Теория автоматизированного электропривода.-М.: Энергия, 1979.

46. Пат. 2061808 РФ. Устройство для регулирования натяжения основы и ткани на ткацком станке /В.А. Фетисов и др. Опубл. 1996.

47. Инструкция по эксплуатации станков ТНЕМА- II.

48. Программируемые контроллеры семейства МИКРОКОНТ-Р2, НПО "СИСТЕМОТЕХНИКА" Руководство.

49. М. Beitelschmidt, Sulzer Innotec AG, Winterthur (Switzerland), Simulation of warp and cloth forces in weaving machines // Information of international textile,- 2000, №1 (на китайском языке).

50. Xue Yuan, Gao zhendong, et al, Study on warp tension wave and microcomputer control electronic let-off system in new loom //Journal of QinDao University, 1995, №1 (на китайском языке).

51. Hu Xiangsheng, Warp let-off device and take-in device on Picanol-Delta air-jet loom //Cotton textile technology, 1994, №8 (на китайском языке).

52. Feng Ling, Zhang Changsheng, Principle and characteristic of non-shuttle machine let-off system //Journal of Suzhou institute of silk textile technology, 1999, №3 (на китайском языке).

53. Feng Zhihua, Dynamic parameter identification of the let-off motion in a high-speed loom //Mechanical design and manufacture, 2001, №6 (на китайском языке).

54. Gao Weidong, et al Continuous let-off motion of PAT-A-280 air-jet loom //Cotton textile technology, 1994, №7 (на китайском языке).

55. Yan Hequn, Dai Jiguang, Principle and application of air-jet loom, Beijing: Textile industry, 1996 (на китайском языке).

56. Oldrich Talavasek and Viadimir Svaty, Shuttleless weaving machines, New York, Elsevier scientific publishing company, 1981.

57. Пат. 89104643.7 КНР. Метод регулирования натяжения основы на ткацком станке /Rudolf Vogel (Швейцария) и др. Опубл. 1987 (на китайскомязыке).

58. Пат. 95102014.5 КНР. Устройство измерения натяжения основы на ткацком станке /Lucero Koran (Italy) и др. Опубл. 1996 (на китайском языке).

59. Орлов Г.А., Власов Е.И. Тенденции развития текстильного машиностроения в XXI веке //Сборник научно-исследовательских работ ИГТА. Иваново: ИГТА, 2001 . -С.48.53.

60. Власов Е.И. Исследование системы регулирования линейной плотности ленты на вытяжном приборе: Методические указания к лабораторной работе по курсу "Автоматизация технологических процессов отрасли". Иваново: ИвТИ, 1994 .