автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка конструкции и методики проектирования механизма раскладки бескруточной пневмопрядильной машины

На правах рукописи УДК 677.052.4.001.43

г Го ОД 3 С Ш ¿300

ГЕРАСИМОВА ^ Светлана Фарш-овна

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМА РАСКЛАДКИ БЕСКРУТОЧНОЙ пнЕвмопрадильной МАШИНЫ

Специальность 05.02.13 - Машины и агрегаты (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кострома - 2000

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете.

Научный руководитель:

д.т.н., профессор Проталннский С.Е.

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

д.т.н.,профессор Рудовский П.Н. к.т.н., доцент Суриков В.И. АО "Костромское СКБТМ"

Защита состоится "ЗР мая в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 063.89.01 в Костромском государственном технологическом университете, аудитория 214. Адрес: 156005, г. Кострома, ул. Дзержинского 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан апреля 2000 г.

Отзывы по настоящему автореферату, напечатанные на бланке учреждения, заверенные печатью, в двух экземплярах, просим направлять в адрес КГТУ.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Лустгартен.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Одним из путей повышения производительности прядильного оборудования является разработка и внедрение машин, использующих новые способы получения пряжи. Одним из таких способов является формирование пряжи с нулевой круткой методом ложного кручения при помощи пневмовьюрка. За счет разделения процессов формирования и наматывания пряжи способ позволяет увеличить скорость выпуска в 3-5 раз по сравнению со скоростью кольцепрядильных машин. Однако особенности свойств и строения бескруточной пряжи требуют особого подхода при разработке отдельных конструкций механизмов машины.

Разработанная ранее бескруточная пневмопрядильная машина БПМ-200-Л1 для производства такой пряжи не нашла широкого применения по причине низкого качества выпускаемой продукции, имеющей значительные утолщения и высокий коэффициент вариации по разрывной нагрузке. Проведенные исследования показали, что одной из причин данных дефектов пряжи является нетрадиционная технологическая схема, направленная снизу вверх, в результате чего на торце вьюрка, а также в зоне питающей пары создаются условия для накопления, а затем и проскакивания мелких волокон. Также неблагоприятное влияние на процесс производства бескруточной пряжи оказывает и использование инерционного механизма раскладки, не учитывающего особенностей формирования пряжи.

В результате исследования процесса производства пряжи с нулевой круткой установлено, что при ее выработке до 90% обрывов происходит при подходе нитеводителя к крайним положениям, когда длина нити в зоне веера раскладки достигает максимума.

Заключительным процессом, осуществляемым на прядильной машине, является формирование паковки, выполняемое механизмом наматывания. От правильного выбора конструкции данного механизма, а также параметров его работы будет зависеть качество выпускаемого продукта и эффективность переработки паковки в дальнейшем, на других технологических переходах.

Анализ литературы показал, что большинство раскладывающих механизмов, применяемых на современном прядильном и перемоточном оборудовании, имеет либо перемещающийся (инерционный) нитеводитель, либо раскладывающий барабанчик, которые создают в процессе наматывания пряжи так называемый веер раскладки. Недостатком таких механизмов является сообщение пряже дополнительного удлинения вследствие периодического перемещения нити вдоль оси паковки, что ведет к снижению числа ложных кручений, сообщаемых пряже пневмовьюрком для упрочнения. Снижение прочности пряжи в зоне наматывания приводит к увеличению обрывности в процессе формирования паковки.

Представленные в литературе силовые, кинематические и динамические исследования мотальных механизмов, проводимые различными авторами, не дают возможности проектировщикам ликвидировать эти недостатки. Поэтому исследования и совершенствование механизма наматывания бескруточной пряжи, получаемой мокрым способом прядения, в настоящее время являются актуальными.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью данной работы является разработка и исследование конструкции нового раскладывающего механизма, а также разработка методики проектирования механизма раскладки, учитывающего особенности формирования бескруточной пряжи.

В связи с этим в данной работе решаются следующие задачи:

- анализ существующих конструкций механизмов раскладки, применяемых в прядильном производстве и разработка их классификации;

- разработка и теоретическое исследование новой конструкции раскладывающего механизма;

- кинематическое, силовое и динамическое исследование разрабатываемого механизма;

- разработка закона движения нитеводителя на переходных участках;

- выбор рациональных конструктивных параметров разрабатываемой конструкции.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Теоретические исследования проводились с применением общих положений динамики машин, теории наматывания нити, теоретической механики и теории дифференциальных уравнений.

Решение уравнений проводилось на ЭВМ с использованием современных компьютерных технологий.

Экспериментальные исследования проводились на промышленной прядильной машине и экспериментальных стендах с применением осциллографической и тензометрической аппаратуры.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

- с учетом новейших конструкторских разработок впервые выполнена расширенная классификация механизмов раскладки прядильных и мотальных машин;

- разработаны методы кинематического и динамического анализа механизма раскладки с обращенным способом формирования

паковки; для проведения динамического исследования разработаны динамические модели нового раскладывающего механизма;

- впервые теоретически доказана целесообразность использования для сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка, с целью снижения инерционных нагрузок, возникающих в механизме при смене направления движения паковки, закона модифицированной трапеции;

- разработана методика расчета дополнительного удлинения нити, вызванного ее перемещением вдоль оси паковки, с учетом сил инерции, действующих на нить в период реверса, с использованием дискретной модели нити.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

РАБОТЫ

Данная диссертационная работа выполнялась в рамках республиканской программы МНТК "Русский лен".

Практическая ценность данной работы заключается в разработке конструкции нового механизма раскладки с обращенным способом формирования паковки, учитывающего особенности строения и формирования бескруточной пряжи вьюрковым способом, и методики его кинематического и динамического расчетов.

Разработанная методика расчета использована при проектировании экспериментального стенда бескруточной прядильной машины на ООО "ТМЗ" в г. Костроме, а новая конструкция механизма раскладки заложена в техническое задание на проектирование промышленного модуля бескруточной прядильной машины, разработку которого производит ООО "ТМЗ".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты работы доложены:

- на всероссийском семинаре по теории машин и механизмов Российской академии наук (Костромской филиал), 1999 г.

- на международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности". ИвГТА, Иваново, 1998, 1999 гг.

- на республиканской научно-технической конференции "Лен-99". КГТУ, Кострома 1999 г.

- на расширенном заседании кафедры ТММ и ПТМ, ИвГТА, Иваново, 1999 г.

Публикации. По материалам диссертации имеется 5 публикаций, в том числе 1 статья и 4 тезиса докладов к всероссийским и международным научно-техническим конференциям.

Структура н объем работы. Диссертационная работа содержит 132 страницы машинописного текста, в том числе 28 иллюстраций, 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика темы работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен обзор существующих способов производства льняной пряжи. Выявлено, что одним из путей повышения производительности прядильного оборудования является разработка оборудования с разделенными процессами формирования и наматывания пряжи. Выработка бескруточной пряжи относится к

высокоскоростным способам производства льняной пряжи. Интерес к выработке пряжи с нулевой круткой был проявлен как у нас в стране, так и за рубежом, где был разработан ряд технологий для производства данной пряжи.

Выполнен литературный обзор, посвященный вопросам, исследуемым в дайной диссертационной работе. В частности, проведен анализ существующих конструкций раскладывающих механизмов, на основе которого разработана классификация механизмов раскладки прядильных и мотальных машин. В данной классификации выделена группа раскладывающих механизмов с перемещающейся паковкой, так как данный принцип формирования паковки применен во вновь разрабатываемом механизме раскладки.

Проведен анализ литературы, посвященной исследованию кинематики и кинетостатики мотальных механизмов. Значительный вклад в исследование мотальных механизмов внесли профессора Минаков А.П., Прошков А.Ф., Ефремов Е.Д., Регельман Е.З. и ряд других исследователей.

Практически во всех работах, посвященных исследованию механизмов раскладки нити, отмечается отрицательное влияние на процесс формирования паковки, а также на качество перерабатываемого продукта веера раскладки. Следствием того, что длина нити в зоне наматывания непостоянна за цикл работы механизма, являются значительные колебания скорости и натяжения нити, для снижения которых ряд авторов рекомендуют использование компенсирующего прутка. Однако применение компенсирующего прутка при формировании паковки из бескруточной пряжи отрицательно скажется на эффективности работы оборудования, поскольку пруток будет являться препятствием распространения крутки, что приведет к снижению прочности пряжи в зоне формирования, а, следовательно, приведет к увеличению обрывности.

В других работах рекомендуется увеличивать соотношение между высотой и шириной веера раскладки, что требует или увеличения габаритов оборудования, или снижения высоты паковки.

Анализ существующих конструкций механизмов раскладки показал их отрицательное влияние на процесс формирования применительно к бескруточной пряже.

Во второй главе представлен анализ кинематических параметров механизма раскладки при использовании различных законов сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка. Теоретические исследования показали, что применяемое на машине БПМ-200-Л1 сопряжение переходных участков кулачка, выполненное по радиусу окружности, дает резкий скачок ускорений, а, следовательно, рост усилий, возникающих в механизме при переходе ролика с прямолинейного участка на криволинейный. Часто используемый синусоидальный закон лишен данного недостатка, но амплитуда ускорений значительно больше, чем при использовании первого сопряжения.

Сравнительный анализ данных законов с законом модифицированной трапеции, представляющего собой комбинацию синусоидального и трапецеидального законов, выявил, что наиболее удовлетворительные параметры работы нитеводителя наблюдаются при применении этого закона. Аналог ускорения для закона модифицированной трапеции описывается следующими зависимостями:

-ЛбшСШ/)

- А 5т[ю( ¿- />'с) + 7С/2] где А - амплитудное значение ускорения;

0<Г </с/4 ;с/4 йг<Р1с

р1 С^'р

Л'-г,-У" ,. .о! О

ЧН

Ун - скорость нитеводителя в начале реверса;

/р - время реверса;

и - период синусоиды;

Ь - коэффициент, 6=/п/гР (/п участок постоянного ускорения);

р - коэффициент, р=( 1 +6)/4( I -Ь).

Аналоги скорости и перемещения нитеводителя получаются путем интегрирования выражений (1).

Приводятся результаты экспериментального исследования ускорения нитеводителя при использовании цилиндрического пазового кулачка с сопряжением переходных участков, выполненным по радиусу, и используемого на бескруточной прядильной машине БПМ-200-Л1. Экспериментальные данные подтвердили, что резкий скачок ускорений приводит к возникновению колебаний в механизме.

Проведено исследование закона движения точки наматывания в зависимости от закона движения нитеводителя по методикам, предложенным Прошковым А.Ф. и Ефремовым Е.Д.

В третьей главе даны результаты исследований дополнительного удлинения нити, вызванного движением нитеводителя вдоль оси паковки, а также силами инерции, возникающими в момент смены нитеводителем направления движения. Проведенный анализ литературных источников, посвященных данному вопросу, позволил сделать вывод, что данная проблема пока не решена. Имеется ряд работ, в которых приводятся выражения, позволяющие вычислить дополнительное удлинение, вызванное перемещением нитеводителя, но не позволяют получить замкнутую картину его изменения за весь цикл раскладки.

В данной главе приводится зависимость, по которой можно определить относительное удлинение нити в любой момент раскладки, причем данная зависимость позволяет учитывать закон сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка.

Суммарное удлинение нити определяется следующим образом:

где еВам - удлинение, обусловленное опережением скоростью выпуска над скоростью наматывания, являющимся обязательным условием при формировании бескруточной пряжи;

£нв - дополнительное удлинение, вызванное перемещение нитеводителя;

£нн - дополнительное удлинение, вызванное силами инерции, возникающими в момент смены нитеводителем направления движения.

Для определения удлинения пряжи в веере раскладки, вызванного инерционными нагрузками, использован дискретный метод моделирования нита. Нить в такой модели представлена в виде конечномерных отрезков, соединенных безразмерными безынерционными шаровыми шарнирами. На длине Ь\ в момент максимального ускорения нитеводителя будем иметь п равных отрезков длиной 1=Ь\1п и массой (р-Ь\!п) каждый в случае ее однородности. Нулевой элемент нити будет иметь ускорение а0 - Зстах, а /-ый дискретный элемент:

еобщ ~ енам + енв +

нв

ин <

(3)

(4)

Сила инерции, действующая на /-ый элемент:

Принимая, что на континуальную нить действуют только силы инерции, уравнение ее поперечных колебаний будет иметь вид:

Р(6)

дг дуг

где р(х) - линейная плотность пряжи; Т- натяжение нити.

Применяя метод кинетостатики, уравнение (6) переходит в уравнение равновесия нити:

Сн«» <7>

Допустим, что на 1-ый элемент, в точке у-г-1, действует сосредоточенная сила /Г, приложенная в центре масс отрезка пряжи, тогда при дискретном представлении нити решение уравнения (11) будет иметь вид:

= (8)

где Щп)=

'•У-00/л

I 1(4-1)/п / = / . (9)

О <,]<П

Если теперь во всех точках будут приложены сосредоточенные силы инерции /), то

;=о

Зная, таким образом, прогиб х1 в точках у1 можно определить длину нити ¿2, как сумму расстояний между /-м и (¡+1)-м центрами дискретных элементов в системе координат Х\ К):

1=1

Максимальное относительное удлинение пряжи от действия сил инерции будет при движении нитеводителя к крайним точкам в момент максимального ускорения:

в

ьин . 1 •

ч.

(12)

На рис. 1 приведены графики изменения еин в зависимости от линейной плотности выпускаемой пряжи Т=20 ...100 текс при скорости выпуска И"вып=80 м/мин при использовании различных законов сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка:

Еин , %

Т, текс

1 - сопряжение, выполненное по радиусу;

2 - сопряжение, выполненное по синусоиде;

3 - сопряжение, выполненное по закону модифицированной трапеции.

Для определения дополнительного удлинения нити е^, вызванного перемещением нитеводителя вдоль оси паковки, использовано уравнение изменения массы нити:

1 + е _|/ 1 + е, (1 + е) '

где / - длина пряжи от точки выхода из вьюрка до точки раскладки;

Т- линейная плотность пряжи;

К-скорость выпуска и наматывания нити;

Е1, б - начальное относительное удлинение нити и удлинение в зоне наматывания.

Из условий работы механизма раскладки бескруточной прядильной машины БПМ-200-Л1, проведен анализ удлинения пряжи при сопряжении прямых участков профиля кулачка по дуге окружности. На рис. 2 показана зависимость дополнительного удлинения нити е«в в зависимости от положения нитеводителя вдоль - оси паковки. Расчеты проводились при следующих параметрах раскладки: угол подъема витков на паковке (3=12°, радиус закругления переходного участка кулачка г=35 мм, средний радиус раскладывающего кулачка /{=97 мм, высота веера раскладки ¿=200 мм для паковок с высотой намотки #=90 мм (кривая 1) и #=140 мм (кривая 2), за "0" принято среднее положение нитеводителя:

Как видно из графиков, при движении нитеводителя от торца бобины к середине, относительное удлинение £„„ приобретает

отрицательную величину, которая, как и нагон пряжи, уходит на создание дополнительной ложной крутки. Натяжение пряжи, при этом, определяется крутильной способностью пневматического вьюрка.

В четвертой главе представлены кинематическое, силовое и динамическое исследования нового механизма раскладки с обращенным способом формирования паковки.

Кинематический анализ данного механизма показал значительное снижение колебаний скорости наматывания за период раскладки благодаря незначительному изменению длины нити на участке вьюрок-точка наматывания только в период смены направления движения паковкой.

Силовое исследование, проведено для нахождения усилий, возникающих в отдельных элементах конструкции механизма, используемых при расчете на прочность, а также для определения ряда характеристик, необходимых при проведении динамических расчетов механизма.

Для проведения динамического исследования разработаны динамические модели для двух конструкций раскладывающих механизмов, осуществляющих формирование паковки по обращенному способу. Первая динамическая модель составлена для механизма раскладки, сконструированного на базе мотального механизма прядильной машины ПМ-88-Л5, представляет собой четырехмассовую колебательную систему, описываемую четырьмя дифференциальными уравнениями, составленными на основании принципа Даламбера. Вторая модель составлена для механизма раскладки модуля бескруточной прядильной машины.

Динамическое исследование механизма раскладки, созданного на базе мотального механизма прядильной машины выявило

следующий недостаток данной конструкции: вследствие наличия в передаче движения паковке цепей, приводит к возникновению высокочастотных низкоамплитудных колебаний. Кроме того, многозвенность конструкции приводит к увеличению суммарного зазора, что приводит к искажению закона наматывания. Преимуществом второй конструкции обращенного механизма раскладки является ее малозвенность. Поэтому данная конструкция раскладывающего механизма рекомендуется для реализации на вновь разрабатываемой машине для производства бескруточной пряжи.

Кроме того, в данной главе приводятся результаты экспериментального исследования натяжения пряжи в зоне наматывания при формировании паковки обращенным способом, которое подтвердило теоретические выводы о снижении колебаний натяжения вследствие постоянства расстояния от точки наматывания до точки выхода пряжи из вьюрка, что благоприятно сказывается на процессе формирования пряжи и качестве выпускаемого продукта.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В результате обзора литературных источников, посвященных темам, исследуемым в данной диссертационной работе, выявлено отрицательное влияние существующих конструкций механизмов раскладки на бескруточную пряжу, а также неприемлемость использования компенсирующих прутков для снижения колебаний скорости и натяжения пряжи за период раскладки.

2. На основе анализа существующих механизмов раскладки прядильных и мотальных машин проведена их классификация.

3. Разработана конструкция и создан экспериментальный стенд нового раскладывающего механизма с обращенным способом

формирования паковки для бескруточной пряжи, получаемой пневмовьюрковым способом для которого:

а) проведен теоретический анализ, который показал значительное снижение колебаний скорости и натяжения нити в процессе формирования паковки в зоне вьюрок-точка наматывания;

б) теоретическое исследование законов сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка, в результате которого, с целью снижения ускорений, возникающих в механизме в момент смены нитеводителем направления движения, а, следовательно, и динамических нагрузок, рекомендуется использование закона модифицированной трапеции;

в) с целью проведения динамического исследования, разработаны динамические модели раскладывающего механизма и их математическая и программная реализация;

г) доказана целесообразность применения механизма раскладки бескруточной пневмопрядильной машины, соответсвующего одномассовой модели.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Герасимова С.Ф., Проталнпскпн С.Е. Особенности проектирования мотальных механизмов вьюрковых прядильных машин для льна. Тезисы к международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях". Кострома, КГТУ, 1998 г., с. 155-156.

2. Герасимова С.Ф., Проталпнскнй С.Е. Механика реверса в мотальных механизмах вьюрковых прядильных машин. Тезисы к международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности". Иваново, ИвГТА, 1998 г., с. 86.

3. Герасимова С.Ф., Папугин ЮЛ. Анализ изменения длины пряжи в веере раскладки при вьюрковом способе прядения. Вестник межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. Тезисы докладов. С.-Петербург, СПГУТД, 1999 г., с. 91.

4. Герасимова С.Ф., .Проталинский С.Е. Динамический расчет механизма раскладки для вьюрковой прядильной машины. Юбилейный сборник трудов механического факультета КГТУ. К 60-летию образования механического факультета. - Кострома, КГТУ, 1999 г., с. 49.

5. Герасимова С.Ф., Пропгалинскнй С.Е. Динамический расчет механизмов раскладки. Актуальные проблемы науки в АПК: Материалы межвузовской научно-технической конференции. В 2 томах. - Кострома: Изд. КГСХА, 2000 г. Том 2. - с. 36

Автореферат Герасимова С.Ф. Подписано в печать 21.04.2000 Заказ №151.Тираж 100. КГТУ

Введение

Актуальность темы

Цель и задачи работы

Научная новизна

Практическая значимость

Глава I. Состояние вопроса и постановка задач

1.1. Механико-технологические особенности получения льняной пряжи

1.2. Новые способы производства пряжи

1.2.1 Производство бескруточной пряжи

1.2.2 Пути совершенствования машины для производства бескруточной пряжи

1.3. Конструкции наматывающих и раскладывающих механизмов

1.3.1. Классификация механизмов раскладки

1.4. Процесс формирования паковки на прядильной машине

1.4.1. Натяжение пряжи при формировании паковки

1.4.2. Деформация пряжи при раскладке

1.5. Реверс в раскладывающих механизмах

1.6. Цель и задачи исследования 49 Выводы по I главе

Глава II. Кинематика механизмов раскладки нити

2.1. Анализ законов движения нитеводителя или паковки

2.2. Анализ движения при сопряжении переходных участков, выполненного по радиусу

2.2.1. Экспериментальное исследование закона ускорений, возникающих в механизме раскладки

2.3. Анализ движения при сопряжении по синусоиде

2.4. Проектирование сопряжения переходных участков по закону модифицированной трапеции

2.5. Сравнительный анализ законов сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка

Выводы по II главе

Глава Ш. Анализ процесса раскладки пряжи на бескруточной пневмопрядильной машине

3.1. Методика определения закона перемещения точки наматывания

3.2. Определение кинематических параметров точки наматывания в период реверса

3.2.1. При мгновенном реверсе и реверсе с выстоем

3.2.2. Определение кинематических параметров точки наматывания при сопряжении переходных участков по радиусу

3.3. Изменение длины пряжи при раскладке

3.3.1. Дополнительное удлинение нити, вызванное перемещением нитеводителя

3.3.2. Удлинение пряжи на участке между линиями раскладки и намотки

3.3.3. Дополнительное удлинение пряжи от сил инерции при реверсе

3.4. Анализ раскладки пряжи при обращенном методе раскладки

Выводы по III главе

Глава IV. Разработка механизма раскладки с обращенным принципом движения

4.1. Конструкция стенда бескруточной пневмопрядильной машины с обращенным механизмом раскладки

4.2. Кинематика процесса раскладки нити 94 4.2.1. Расчет кинематических параметров движения паковки

4.3. Силовое исследование обращенного механизма раскладки

4.4. Исследование динамики механизма раскладки

4.4.1. Динамическая модель механизма с обращенным принципом раскладки

4.4.2. Определение параметров динамической модели

4.4.3. Определение собственной частоты колебаний динамической модели

4.4.4. Динамический расчет механизма раскладки

4.5. Экспериментальное исследование натяжения пряжи при использовании механизма с обращенным принципом раскладки

4.6. Методика расчета механизма обращенного принципа раскладки

Выводы по IV главе

Актуальность работы. Значение промышленности лубяных волокон определяется диапазоном использования ее изделий как в качестве товаров потребления, так и в качестве средств производства в различных отраслях народного хозяйства.

Льняные ткани бытового назначения имеют такие свойства, которые не могут иметь ткани из других волокон. Они гигроскопичны и быстро отдают влагу, прекрасно кипятятся и стираются. Из общего количества льняных тканей бытового назначения большой объем идет на изготовление постельного и столового белья, покрывал, обивочных тканей и т. д. Основная часть продукции отрасли используется в качестве средств производства и предметов домашнего обихода.

Льняная промышленность ориентируется на максимальное увеличение выпуска тканей бытового назначения, в которых особенно полно используются высокие гигиенические и другие потребительски важные свойства льна.

Увеличение объема производства льняной пряжи имеет большое значение для дальнейшего развития отраслей народного хозяйства и наиболее полного удовлетворения растущих потребностей населения, что может быть достигнуто либо благодаря строительству новых производственных площадей и ростом парка оборудования, либо за счет внедрения новых технологий получения льняной пряжи. Перспективным является второй путь повышения объемов выпуска льняной пряжи.

Для выпуска высококачественной продукции и расширения ассортимента льняная промышленность ведет работу по созданию новых высокопроизводительных машин и реконструкции существующих. Вновь создаваемые машины позволяют увеличивать производительность труда и существенно снизить затраты на производство пряжи.

Повышение производительности прядильного оборудования связано с поисками принципиально новых способов прядения, позволяющих увеличить в несколько раз скорость выпуска и увеличить габариты готовой паковки. Одним из таких способов является формирование пряжи с нулевой круткой методом ложного кручения при помощи пневмовьюрка. За счет разделения процессов формирования и наматывания пряжи способ позволяет увеличить скорость выпуска в 3-5 раз по сравнению со скоростью кольцепрядильных машин. Однако особенности свойств и строения бескруточной пряжи требуют особого подхода при разработке отдельных конструкций механизмов машины.

Разработанная ранее бескруточная пневмопрядильная машина БПМ-200-Л1 для производства такой пряжи не нашла широкого применения по причине низкого качества выпускаемой продукции, имеющей значительные утолщения и высокий коэффициент вариации по разрывной нагрузке. Проведенные исследования показали, что одной из причин данных дефектов пряжи является нетрадиционная технологическая схема, направленная снизу вверх, в результате чего на торце вьюрка, а также в зоне питающей пары создаются условия для накопления, а затем и проскакивания мелких волокон. Также неблагоприятное влияние на процесс производства бескруточной пряжи оказывает и использование инерционного механизма раскладки, не учитывающего особенностей формирования пряжи.

Заключительным процессом, осуществляемым на прядильной машине, является формирование паковки, выполняемое механизмом наматывания. От правильного выбора конструкции данного механизма, а также параметров его работы будет зависеть качество выпускаемого продукта и эффективность переработки паковки в дальнейшем, на других технологических переходах.

Анализ литературы показал, что большинство раскладывающих механизмов, применяемых на современном прядильном и перемоточном оборудовании, имеет либо перемещающийся (инерционный) нитеводитель, либо раскладывающий барабанчик, которые создают в процессе наматывания пряжи так называемый веер раскладки. Недостатком таких механизмов является сообщение пряже дополнительного удлинения вследствие периодического перемещения нити вдоль оси паковки, что ведет к снижению числа ложных кручений, сообщаемых пряже пневмовьюрком для упрочнения. Снижение прочности пряжи в зоне наматывания приводит к увеличению обрывности в процессе формирования паковки.

Представленные в литературе силовые, кинематические и динамические исследования мотальных механизмов, проводимые различными авторами, не дают возможности проектировщикам ликвидировать эти недостатки. Поэтому исследования и совершенствование механизма наматывания бескруточной пряжи, получаемой мокрым способом прядения, в настоящее время являются актуальными.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является разработка и исследование конструкции нового раскладывающего механизма, а также разработка методики проектирования механизма раскладки, учитывающего особенности формирования бескруточной пряжи.

В связи с этим в данной работе решаются следующие задачи:

- анализ существующих конструкций механизмов раскладки, применяемых в прядильном производстве и разработка их классификации;

- разработка и теоретическое исследование новой конструкции раскладывающего механизма;

- кинематическое, силовое и динамическое исследование разрабатываемого механизма;

- разработка закона движения нитеводителя на переходных участках;

- выбор рациональных конструктивных параметров разрабатываемой конструкции.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с применением общих положений динамики машин, теории наматывания нити, теоретической механики и теории дифференциальных уравнений.

Решение уравнений проводилось на ЭВМ с использованием современных компьютерных технологий.

Экспериментальные исследования проводились на промышленной прядильной машине и экспериментальных стендах с применением осциллографической и тензометрической аппаратуры.

Научная новизна:

- с учетом новейших конструкторских разработок впервые выполнена расширенная классификация механизмов раскладки прядильных и мотальных машин;

- разработаны методы кинематического и динамического анализа механизма раскладки с использованием обращенного способа формирования паковки; для проведения динамического исследования разработаны динамические модели нового раскладывающего механизма;

- впервые теоретически доказана целесообразность использования для сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка, с целью снижения инерционных нагрузок, возникающих в механизме при смене направления движения паковки, закона модифицированной трапеции;

- разработана методика расчета для определения дополнительного удлинения нити, вызванного перемещением нити вдоль оси паковки, а также силами инерции, действующими на нить в период реверса с использованием дискретной модели нити. 9

Практическая ценность данной работы заключается в разработке конструкции нового механизма раскладки с обращенным способом формирования паковки, учитывающего особенности строения и формирования бескруточной пряжи вьюрковым способом, и методики его кинематического и динамического расчетов.

Разработанная методика расчета использована при проектировании экспериментального стенда бескруточной прядильной машины на ООО "ТМЗ" в г. Костроме, а новая конструкция механизма раскладки заложена в техническое задание на проектирование промышленного модуля бескруточной прядильной машины, разработку которого производит ООО "ТМЗ".

Общие выводы и рекомендации

1. В результате обзора литературных источников, посвященных темам, исследуемым в данной диссертационной работе, выявлено отрицательное влияние существующих конструкций механизмов раскладки на бескруточную пряжу, а также неприемлемость использования компенсирующих прутков для снижения колебаний скорости и натяжения пряжи за период раскладки.

2. На основе анализа существующих механизмов раскладки прядильных и мотальных машин проведена их классификация.

3. Разработана конструкция и создан экспериментальный стенд нового раскладывающего механизма с обращенным способом формирования паковки для бескруточной пряжи, получаемой пневмовьюрковым способом для которого: а) проведен теоретический анализ, который показал значительное снижение колебаний скорости и натяжения нити в процессе формирования паковки в зоне вьюрок-точка наматывания; б) теоретическое исследование законов сопряжения переходных участков раскладывающего кулачка, в результате которого, с целью снижения ускорений, возникающих в механизме в момент смены нитеводителем направления движения, а, следовательно, и динамических нагрузок, рекомендуется использование закона модифицированной трапеции; в) с целью проведения динамического исследования, разработаны динамические модели раскладывающего механизма и их математическая и программная реализация; г) доказана целесообразность применения механизма раскладки бескруточной пневмопрядильной машины, соответсвующего одномассовой модели.

1. Александров С.А., Кленов В.Б. Формирование ткацких паковок. М.: Легкая индустрия, 1976. - 120 с.

2. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988. -640 с.

3. Балясников Е.А., Регельман Х.З. Определение деформаций и усилий в нити, вызываемых движением раскладчика. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1973, №6, с. 123-128.

4. Безверетенное и безбегунковое прядение и кручение. М.: ЦИНТИ, 1964. -124 с.

5. Безденежных А.Г. Обоснование и разработка устройства формирования паковки под крашение при прецизионном способе наматывания. Дис. канд. техн. наук. Кострома, 1998. 225 с.

6. Беляева А.К., Ефремов Е.Д. Деформация нити в зоне наматывания пневмопрядилъной машины БД—200-М69. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1974, №5, с. 107-110.

7. Блюер В.А. Сравнение плотности намотки крестомотальных машин разных систем. //Научн. иссл. труды. ИвТА, Гизлегпром, 1947. с. 59-69.

8. Васильев В.В. Параметры формирования паковок из льняной пряжи мокрого прядения с ложной круткой. Дис. канд. техн. наук. Кострома, 1984.211 с.

9. Васильев В.В. Натяжение нити при формировании паковки из льняной пряжи, вырабатываемой методом пневмовьюркового прядения. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1982., №4, с. 35-38.

10. Ю.Васильев В.В., Комаров В.Г. Зависимость механических свойств льняной пряжи от параметров ее формирования. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1982, №6, с. 108-110.

11. П.Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. Л.: Машиностроение, 1976. - 328 с.

12. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия. -JL: Машиностроение, 1990. 309 с.

13. Гаврилова А.Б. Исследование влияния параметров вытяжного прибора на качество бескруточной пряжи. Дис. канд. техн. наук. Кострома, 1981.

14. Гинзбург Л.Н. Динамика основных процессов прядения, ч. 3. М.: Легкая индустрия, 1976. - 224 с.

15. Гинзбург Л.Н. Центрифугальное прядение лубяных волокон. М.: Легкая индустрия, 1965. -232 с.

16. Гинзбург Л.Н., Дверницкий И.М. Прядение лубяных волокон и производство крученых изделий. -М.: Гизлегпром., 1959. 590 с.

17. Гинзбург Н.Л. Разработка и исследование способов формирования льняной пряжи с помощью аэродинамических крутильных устройств. Дис. канд. техн. наук. М., 1983. 155 с.

18. Гладких Н.Я. Исследование мотальных механизмов с гидравлическим приводом машин для производства химических волокон. Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1964.

19. Гольдберг B.C., Хитрова Н.С., Будрик Т.Г. Основные направления в создании принципиально новых прядильных машин. М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш., 1975. - 28 с.

20. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.-488 с.

21. Дицкий A.B., Малафеев Р.В., Терентьев В.И., Туваева A.A. Основы проектирования машин ткацкого производства. М.: Машиностроение, 1983.-320 с.

22. Ефремов Е.Д. О возможности проектирования мотального механизма по параметром намотки нити на цилиндрическую бобину. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1962, №6, с. 78-88.

23. Ефремов Е.Д. О движении точки наматывания по образующей цилиндрической бобины. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1962, №3, с. 87-99.

24. Ефремов Е.Д. Дифференциальное уравнение движения точки наматывания. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. I960. №2, с. 86-90.

25. Ефремов Е.Д., Беляева А.К. Об одной возможности выравнивания натяжения нити на машине БД-200-М69. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1976, №4, с. 44-47.

26. Ефремов Е.Д., Ефремов Б.Д. Основы теории наматывания нити на паковку: Моногр. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 144 с.

27. Ефремов Е.Д., Плужников Т.С. Деформация нити в зоне наматывания пневмопрядильной машины БД-200. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1984, №4, с. 17-20.

28. Иориш Ю.И. Виброметрия. -М.: Машиностроение, 1963. 772 с.

29. Канаи Хироюки. Патент 57-4727, Япония. Заявлен. 07.03. 73. № 4827478.

30. Карякин Л.Б. Новые технологические процессы и оборудование в льнопрядении. М.: ЦНИИТЭИлегпром., 1982. - 52 с.

31. Кожевников С.Н. Динамика нестационарных процессов в машинах. -Киев: Наук. Думка, 1986. 288 с.

32. Комаров М.С. Динамика механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1969.-296 с.

33. Коритысский Я.И. Динамика упругих систем текстильных машин. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 272 с.

34. Коритысский Я.И. Колебания в текстильных машинах. М.: Машиностроение, 1973. - 320 с.

35. Кулагина М.И. Новые способы прядения шерстяных и химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1974. - 144 с.

36. Лустгартен Н.В., Борисова Е.А. Льноткачество. Теория и технология процесса перематывания нитей: Учебное пособие. Кострома.: Изд-во КГТУ, 1998.-71 с.

37. Машина прядильная ПМ-88-Л8. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.

38. Макаров А.И. Расчет и конструирование машин прядильного производства. М.: Машиностроение, 1968. - 512 с.

39. Макаров А.И. Основы проектирования текстильных машин. М.: Машиностроение, 1984.-216 с.

40. Мигушов И.И. Механика текстильной нити и ткани. М.: Легкая индустрия, 1980. - 160 с.

41. Мигу шов И.И. Натяжение нити в зоне наматывания на пневмомеханических прядильных машинах и прядильно крутильных машинах. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1981, №4, с. 23-26.

42. Мигушов И.И., Зетюков E.H. Анализ конструкции и экспериментальные исследования компенсаторов неравномерности скорости и натяжения нити в мотальных механизмах. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1986, №5, с. 23-26.

43. Мигушов И.И., Зетюков E.H. Расчет компенсатора неравномерности скорости и натяжения нити для мотального механизма пневмомеханической прядильной машины типа БД. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1986, №6, с. 97-100.

44. Микушев А.Е., Регельман Х.З. К расчету и проектированию кулачкового механизма раскладки нити. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1975, №5, с. 141-145.

45. Минаков А.П. Основы теории наматывания и сматывания нити. //Текстильная промышленность. 1944, №10, с. 11-12.

46. Мовшович П.М. Самокруточное прядение. М.: Легпромбытиздат,1985.-248 с.

47. Моисеев Г.К. Влияние конструктивных параметров наматывающих механизмов на характер расположения нитей на паковках. //Химические волокна. 1973, №2, с.52-56.

48. Моисеев Г.К. Деформация и натяжение в нити, наматываемой на цилиндрическую паковку крестовой мотки при принудительной подаче ее в намотку. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1976, №4, с. 61-65.

49. Моисеев Г.К. Исследование крестовой намотки на цилиндрическую бобину на машинах непрерывного процесса получения вискозного волокна. Автореф. дис. канд. .техн. наук. М., 1958.

50. Муницин А.И. Нелинейные колебания нити в веере раскладки. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1997 г., №4, с. 80-84.

51. Муравьева Л.Ф. Разработка технологии для высокоскоростного пневмовьюркового способа прядения льна. Дис. канд. техн. наук. М.,1986. 262 с.

52. Мурзин О.В. Исследование технологических параметров формирования льняной пряжи самокруточным способом. Дис. канд. техн. наук. Кострома., 1988 г. 189 с.

53. Незеленов C.B., Ильин JI.C., Баталова М.Ф., Кузнецова Л.И. . Пути развития бескруточного (вьюркового) прядения льна мокрым способом. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1989, №5, с. 33-35.

54. Носков М.П. Исследование и разработка механизма для формирования паковки на бескруточных прядильных машинах. Дис. канд. техн. наук. Кострома, 1986. 160 с.

55. Озеров Б.В. Ленточные и ровничные машины гребенного прядения шерсти. М.: Легкая индустрия. 1979. - 287 с.

56. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Политехника. 1990. - 272 с.

57. Попов H.H. Расчет и проектирование кулачковых механизмов. М.: Машиностроение, 1965. - 304 с.

58. Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. М.: Машиностроение, 1974. - 472 с.

59. Прошков А.Ф. Механизмы раскладки нити (вопросы проектирования).- М.: Легкопромбытиздат, 1986. 248 с.

60. Прошков А.Ф. Исследование и проектирование мотальных механизмов.- М.: Машгиз, 1963. 315 с.

61. Прошков А.Ф. Профиль кулачка на участках реверса. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1981, №2, с. 95-99.

62. Прядение льна и химических волокон: Справочник/ Под ред. Якарякина Л.Б. и Гинзбурга Л.Н. М.: Легпромбытиздат, 1991. - 544 с.

63. Прядильная пневмовьюрковая машина марки БПМ-200-Л1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Кострома, 1987.

64. Регельман Х.З., Жданов A.C. Усовершенствование цепного раскладчика нити. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1975, №4, с. 117-121.

65. Решетов JI.H. Кулачковые механизмы. М.: Машгиз, 1948. - 284 с.

66. Розанов Ф.М., Власов П.В., Павлова М.И. и др. Технология ткачества.- М.: Легкая индустрия, 1966. в 2-х томах.

67. Романов М.Ф. Изменение натяжения в зависимости от линейной скорости намотки в бесфрикционных наматывающих механизмах. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1989, №2, с. 77-79.

68. Светик Ф.Ф. Проектирование механизмов раскладки нити. М.: Машиностроение, 1984. - 216 с.

69. Симон JI., Хюбнер М. Технология подготовки пряжи к ткачеству и трикотажному производству. М.: Легкпромбытиздат, 1989. - 272 с.

70. Современная технология и оборудование для мокрого прядения льна. -М.: Легкпромбытиздат, 1985. 176 с.

71. Стерин В.Л. Новые способы прядения без разрыва продукта. М.: ЦНИИТЭИлегпром., 1973. - 28 с.

72. Сурнина НФ., Мартынова A.A. Технология и оборудование ткацкого производства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-231 с.

73. Танака Ицоу, Табата Сюнъити, Сэкия Осаму, Томида Ясунори; Юнитика к. к. Заявка 58-4833, Япония. Заявл. 23.06.81, № 56-97842, опубл. 12.01.83. МКИ D 01 H 11/00.

74. Тарасов C.B. Прядение льна и других лубяных волокон. М.: Легкая индустрия, 1980.-408 с.

75. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. -M.: Машиностроение, 1985. 472 с.

76. Тимошенко С., Юнг Д. Инженерная механика. -М.: Машгиз, 1960. -508 с.

77. Титов С.Н. Комплексный анализ и усовершенствование мотального механизма ПСК-225-ЛО. Дис. канд. техн. наук. Кострома, 1994, 120 с.

78. Труевцев H.H., Бахар М.И. . О наматывании пряжи на машинах БД-200, ПК-100. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.1982, №4, с. 33-35.

79. Труевцев H.H., Штут И.И., Задерни Г.Н. Современные способы получения пряжи. Конспект лекций. Л.: ЛИТЛП им. С. М. Кирова,1983.-64 с.

80. Федоренко H.A., Москаева Т.Б. Исследование процесса прокладывания пневмовьюрковой пряжи на станке СТБ. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1989, №2, с. 51-55.

81. Якубицкая И.А., Чугин В.В. Взаимодействие нити с канавкой мотального барабанчика. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1997, №4, с. 37-40.

82. Якубицкая И.А., Чугин В.В., Щербань В.Ю. Динамический анализ условий раскладки на торцевых участках канавки мотального барабанчика. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1997, №5, с. 33-37.

83. Chabert J., Viallier P., Meisel N. Sechage par micro-ondes de meches et fils encolles sans torsion dans rindustrie textile. "Rev. gen. elec.", 1981, с 823825 (франц.).

84. Davidson Jon V. Jr. Yarn spinning has a new twist (less). "Textile World", 1981, 131, № 10, c. 75-76, 78 (англ.).

85. GiIhaus Konrad F. Adhäsive Verfestigung von Fasergarnen. "Melliand Textilberichte International", 1982, 63, № 2, c. 103-108 (нем.).

86. Harghel Livia, Pascu Adrian, Mustata Adriane. "Industria Usoara. Textele, tricotage, confec. textile", 1983, № 2, с. 59-65. (рум.)

87. Jacobsen А. N. Progress in development of ANYAY Orbital spinning machine. "Textile Journal of Australia", 1981, № 3, c. 7-8 (англ.).

88. Leitner J. DREF-Friktionsspinnsysteme fur die Heimtextilindustrie." Chemifasern/Textilindustrie ", 1983, № 9, c. 580-582 (нем.).

89. Mathcad 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95./Перевод с англ. М.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 1996.-712 с.

90. Rotating ring spinning frame. "Canadian Textile Journal", 1983, № 5, c. 50-53 (англ.).

91. Stalder H. Possibilities for increasing the productivity of the ping spinning frame. "Text. Mach.: Invest. Future Pap. 66th Annu. Conf., Lucerne, Sept. 914th, 1982." Manchester, 1982, c. 1-33 (англ.).131