автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка механизма наматывания без принудительного привода катушек льняной ровничной машины

, \

На правах рукописи УДК 677.11.052.24.001.5

КОРАБЕЛЬНИКОВ АНДРЕЙ РОСТИСЛАВОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗМА НАМАТЫВАНИЯ БЕЗ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ПРИВОДА КАТУШЕК ЛЬНЯНОЙ РОВНИЧНОЙ МАШИНЫ.

Специальность 05.02.13 — Машины и агрегаты (легкая промышленность).

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Кострома-1998.

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: д.т.н., профессор А.П.Соркин.

Официальные оппоненты: Д.т.н., профессор Ю.В.Павлов,

к.т.н..В.А.Козлов.

Ведущая организация: Костромское специальное конст-

рукторское бюро текстильных машин.

Защита состоится _" ^btCa.it>1998 г. в часов

на заседании диссертационного совета К 063.89.01 в Костромском государственном технологическом университете, аудитория, ИН .

Адрес: 156005, Кострома, ул. Дзержинского 17.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Автореферат разослан " 23" НОЯБРЯ 1998 г.

Отзывы по настоящему реферату, отпечатанные на бланке учреждения, заверенные печатью, в двух экземплярах, просим направлять а-адрес КГТУ.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор технических наук, профессор

А.П.Соркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В настоящее время перед текстильной промышленностью России стоит задача перехода на использование собственного сырья. В стране работает программа по возрождению производства льняных пряж и тканей. Поэтому, очень актуальным вопросом является разработка новых технологий и оборудования в льняном текстильном производстве, позволяющих снизить себестоимость и повысить качество продукта. Продуктом повышенного качества может быть льняная пряжа малой линейной плотности и малой неровноты по массе и разрывной нагрузке. Такая пряжа позволит получать тонкие льняные ткани и льняной трикотаж.

Снижение себестоимости льняной пряжи возможно за счет уменьшения стоимости оборудования, уменьшения амортизационных отчислений, уменьшения времени обслуживания машин, повышения их КПВ, уменьшения количества ремонтов.

Одними из самых сложных машин прядильного производства являются ровничные машины. Эти машины металлоемки, сложны по конструкции, трудоемки в изготовлении и наладке. Сложность конструкции и наладки ровничных машин обусловлена тем, что при наматывании, для поддержания постоянного натяжения ровницы в зоне намотки, необходимо регулировать скорость вращения катушки. Для этого в машине установлены вариатор скорости и дифференциал, механизм передачи движения от дифференциала к катушкам.

Качество ровницы и структура ее намотки на катушку оказывает большое влияние на свойства вырабатываемой из нее льняной пряжи.

Работ, посвященных изучению процесса изменения натяжения ровницы в процессе наработки съема на льняных ровничных машинах, нами не обнаружено. Натяжение и плотность намотки в настоящее время регулируется, путем подбора сменных шестерен.

Как показал анализ работ, посвященных изучению процесса наматывания ровницы на хлопковых ровничных машинах - коноидный вариатор не обеспечивает постоянства натяжения ровницы при наматывании.

Кроме того, существующие механизмы наматывания с принудительным приводом катушек могут обеспечить лишь один вид структуры намотки, а именно, структуру намотки с постоянным шагом укладки витков.

При выработке льняной пряжи мокрым способом прядения, для повышения прядильной способности волокна, применяется химическое облагораживание льняной ровницы. От качества химической обработки льняной ровницы зависит обрывность в прядении, неровнота пряжи по массе и разрывной нагрузке. Качество химической обработки ровницы определяется плотностью намотки ровницы на катушку и распределением плотности по радиусу и образующей катушки. Равномерность платности наметай, зависит от натяжения наматываемой ровницы, а также от структуры намотки ровницы.

Исследования, посвященные изучению влияния вида структуры намотки на качество протекания процессов жидкостной обработки (крашение, отбелка и т.д.) показали, что структура намотки ровницы, формируемая на современных льняных ровничных машинах, не являегся оптимальной с точки зрения обеспечения требуемого качества химической обработки ровницы.

Анализ существующих механизмов наматывания ровницы с принудительным приводом катушек показывает, что все они весьма сложны по кинематике, изготовление и наладка машины с такими механизмами сложна и трудоемка. Кроме того, механизмы с принудительным приводом катушек не могут обеспечить точного выполнения законов наматывания и не позволяют изменять структуру намотки ровницы на катушках. Поэтому вопрос использования механизма наматывания ровничной машины, работающего по другому принципу и лишенного ряда недостатков, присущих механизму с принудительным приводом катушек, актуален.

Данная работа выполнена в рамках научно-технической программы "Русский

лен".

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Целью настоящей работы является анализ процесса наматывания льняной ровницы и разработка механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тормозком для льняных ровничных машин.

В работе были поставлены и решены следующие задачи:

- проанализированы существ;/ющие механизмы наматывания ровницы;

- разработан механизм наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком, позволяющий получать паковки с различной структурой намо тки;

- проведен теоретический ангшиз процесса'наматывания ровницы на льняных ровничных машинах с использованием предлагаемого механизма наматывания;

- определены законы изменения силы тока в обмотке тормозка, необходимые для поддержания постоянного нгтяжения ровницы в зоне намотки, при наработке съема, и обеспечения синхронного останова катушки и рогульки при останове машины;

- разработана адаптивная система управления торможением ровничной катушки, обеспечивающая необходимое изменение силы тока в обмотке индукционного тормозка как в процессе наработки съема, так и в процессе останова машины;

- разработана методика определения уровня натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах;

- проведен сравнительный анализ характера изменения натяжения ровницы при ее наматывании как с применением обычного механизма наматывания, так и с использованием механизма наматывания без принудительного привода катушек;

- проведены сравнительные испытания ровницы, полученной при использовании обычного и предлагаемого механизмов наматывания и пряжи из нее, подтвердившие работоспособность предлагаемого механизма;

- проведен сравнительный анализ себестоимости ров яичных машин с обычными и предлагаемыми механизмами наматывания.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования.

Теоретические исследования проводились с применением общих методов теоретической механики, прикладной математики, теории устойчивости, теории дифференциальных уравнений.

Решение и анализ уравнений проводился аналитическим путем и численными методами с использованием ЭВМ (пакет МаЛСАР).

При экспериментальных исследованиях использовались методы тензометрии. Для исследования характера изменения натяжения ровницы в процессе наматывания разработано специальное тензометрическое измерительное устройство.

При испытании полученных волокнистых продуктов на предмет определения их качества, использовались стандартные методы и программно-аппаратный комплекс КЛА-2.

Для определения качества химической обработки льняной ровницы использовалась специальная методика.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

- разработана математическая модель процесса намотки льняной ровницы с использованием механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тормозком и определены законы изменения силы тока в обмотке индукционного тормозка, необходимые для обеспечения псстогппгсго натяжения ровницы в процессе наматывания;

- разработана методика определения уровня натяжгния льняной ровницы в процессе ее наматывания.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

В результате выполненных исследований:

- разработан новый механизм наматывания льняной ровницы, позволивший наматывать ровницу с постоянным иатяжениём и формировать крестовую структуру

намотки ровницы, способствующую лучшему протеканию-процесса химической обработки;

- даны рекомендации по модернизации льняных ровничных машин, которые могут быть использованы конструкторскими бюро при проектировании новых ровничных машин;

- разработана адаптивная система управления силой тока в обмотке индукционного тормозка;

- разработано устройство для измерения натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах;

- результаты работы приняты к использованию в разработках Костромским СКБТМ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные результаты работы были доложены и получили положительную оценку:

- на всероссийской научно-технической конференции "Текстиль-97","Текстиль-98" МГТА, Москва 1997-98ГГ.

- на международной научно-практической конференции " Комплексное использование волокнистого сырья при производстве товаров широкого потребления", Ташкент 1997-98гг.

- на конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве (Прогресс - 97)", Иваново 1997г.

- на всероссийской конференции молодых исследователей, МГТА, Москва 1996г.

- на международной научно-технической конференции "Лен - 96","Лен - 98", Кострома 1996-98гт.

- на всероссийском семинаре по теории машин и механизмов Российской академии наук (Костромской филиал) 1997г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературных источников, приложений. Диссертационная работа изложена на tc*' страницах машинописного текста, содержит Зо рисунков и II таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведен анализ литературные источников, посвященных механизмам наматывания ровничных машин, процессу наматывания ровницы, методам, позволяющим исследовать характер изменения натяжения ровницы при наматывании.

Для выработки ровницы использовалось и используется множество различных способов. Самый распространенный способ - выработка крученой ровницы на рогульчатых ровничных машинах. Кроме рогульчатых ровничных машин, существуют машины, упрочнение ровницы на которых производится сучильными рукавами ( машины FM-3, SFC, SSP-2 фирм Slumberger, Sanio, Sant Andrea Novara). В нашей стране была создана ровничная машина РСК-Ш с пневматическим крутильно-формирукнцим устройством, в которой использовало: принцип самоскручивания. Машины с сучильными рукавами и машина РСК-Ш предназначались для выработки ровницы из шерсти и ее смеси с химическими волокнами. В нашей стране и за рубежом проводились эксперименты по получению ровницы из льна и хлопка на самокруточных машинах, а также льняной ровницы с использованием кольцевого способа формирования продукта. Однако, эти способы получения ровницы не нашли широкого применения в промышленности и, боль ней частью, остались на стадии экспериментов.

Рогульчатые ровничные машины, в свою очередь, можно разделить на машины с принудительным приводом катушек и машины без принудительного привода катушек.

Анализ конструкций рогульчатых ровничных машин с принудительным приводом катушек показал, что все они весьма сложны пс кинематике, изготовление и наладка машин с такими механизмами сложна и трудоемка. Кроме того, механизмы наматывания с принудительным приводом катушек не могут обеспечить точного выполнения законов наматывания. Поэтому вопрос использования механизма наматывания ровничной машины, работающего по другому принципу и лишенного ряда недостатков, присущих механизму наматывания с принудительным приводом катушек, актуален.

Рассмотрены конструкции механизмов наматынания ровницы без принудительного привода катушек с фрикционными тормозками, анализ которых показал, что применение таких механизмов позволяет:

а) значительно упростить конструкцию ровничк ой машины за счет ликвидации вариатора, дифференциала, механизма передачи движения от дифференциала к катушкам, снизить энергоемкость процесса получения ровницы;

в) упростить наладку при перезаправках машин, т.к. отпадает необходимость з ряде сменных шестерен в мотальном механизме;

г) облегчить возможность механизации съема наработанных катушек,(т.к. каретка не связана с приводом и может быть вместе с тормозками и катушками выдвинута из машины или наклонена).

В тоже время, существенными недостатками применявшихся механизмов наматывания без принудительного привода катушек с фрикционными тормозками являются: значительная нагрузка на продукт в период пуска машины, изменение его натяжения по мере увеличения диаметра наматывания, отсутствие возможности автоматического регулирования натяжения с целью обеспечения его постоянства, в процессе наработки съема.

В работе проанализирована конструкция механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тормозком, применявшегося на хлопковых ровничных машинах. Анализ показал, что такой механизм наматывания, обладая всеми преимуществами механизмов наматывания без принудительного привода катушек, позволяет также регулировать натяжение при намотке ровницы и не накладывает ограничений на структуру намотки, реализуемую с его помощью. Это обстоятельство играет важную роль при намотке льняной ровницы, так как от структуры намотки зависит качество химической обработки этой ровницы. Однако, данный механизм наматывания имеет и свои недостатки. К ним относятся: повышенное натяжение ровницы при пуске машины, которое может привести к ее обрыву, особенно при наматывании ровницы малой линейной плотности, а также возможность слета витков или провиса ровницы при останове машины из-за разной длительности выбега катушек и рогулек.

Работ, посвященных изучению процесса изменения натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах, нами не обнаружено. Существующие устройства для экспериментального определения натяжения наматывания ровницы не могут бьггь применены на льняных ровничных машинах.

В результате проведенного анализа литературных источников, в главе сформулированы цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ процесса наматывания ровницы на льняных ровничных машинах.

Наматывание ровницы с постоянным натяжением на ровничных машинах без принудительного привода катушек возможно при соблюдении следующих условий:

"к~"т~пн (О

МВ=МТ; (2)

где: «р - частота вращения катушки и рогульки соответственно;

пн - число витков ровницы, наматываемых в единицу времени;

Л/в-момент сил, вращающих катушку;

М7 - момент сил тормозящих катушку.

При наматывании ровницы на льняных ровничных машинах с использованием рогулек без лапок, Мв определится выражением:

МВ=РЛ, (3)

где: Р - натяжение ровницы в зоне намотки; Я - радиус наматывания.

В соответствии с теорией электромагнитных муфт и тормозков, Мт можно выразить как:

Мт=С^ак +М, (4)

здесь:&>к - угловая скорость вращения катушки;

; - сила тока в обмотке индукционного тормозка; С - коэффициент характеризующий параметры тормозка; М- момент сопротивления от сил трения и опорах тормозка и аэродинамических сил сопротивления вращению катушки в воздухе; • Математическая модель процесса наматывачия ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком на льняных ровничных машинах, описывается системой дифференциальных уравнений.

J^JL = p.R-C■i2■aIC-M Л к

Ёх-у(5)' в

- цглоВе><* скорость

где: У- суммарный момент инерции ровничной в атушки и ротора тормозка; Ув - скорость выпуска ровницы; С - жесткость ровницы на растяжение;

¡2 - длина ровницы в ненагруженном состоянии в зоне намотки; в

где I - длина зоны намотки:

Так как при наматывании на льняных ровничных машинах используются рогульки без лапки, с изменением радиуса наматывания К меняется и длина зоны намотки:

где: /к- не изменяющаяся длина ровницы на участке " передний цилиндр - глазок рогульки".

радиус траектории движения центра глазка рогульки при вращении рогульки.

Анализ данной системы уравнений с использованием первого метода Ляпунова показал ее устойчивость при малых отклонениях начальных условий и при малых отклонениях параметров. Определены величины параметров системы, при которых она будет устойчивой.

В целом, установлено, что механизм наматывания ровницы без принудительного привода катушек обладает свойствами автостабилизации натяжения при малых отклонениях радиуса наматывания.

Получено выражение для расчета натяжения при пуске ровничной машины.

Решение системы уравнений численными методами при помощи пакета Ма&САГ) позволило оценить поведение системы в различные периоды работы машины и при различных видах возмущения.

В третьей главе описывается разработанная нами конструкция катушечного узла нового мотального механизма и устройство индукционного тормозка.

Процесс наматывания при его использовании осуществляется следующим образом. Катушка приводится в движение натяжением наматываемого продукта. При вращении катушки, в роторе тормозка, вращающегося вместе с ней, возникают токи, наводимые магнитным полем статора. Взаимодействие этих токов с магнитным полем, приводит к появлению момента, приложенного к ротору тормозка и препятствующего его вращению. Этот тормозной момент и притормаживает катушку.

Ротор представляет собой тонкостенный цилиндр, изготавливаемый из легкого диамагнитного металла (алюминия или алюминиевого сплава), и располагается в воздушном зазоре электромагнита.

Статор тормозка играет роль электромагнита. Изменяя силу тока, протекающего в его обмотке, мы можем менять тормозной момент на роторе, чем и достигается условие Мв - Мг

Определен закон изменения силы тока в обмотке индукционного тормозка, необходимые для поддержания постоянного натяжения наматывания ровницы в процессе наработки съема, который может быть представлен в виде: .■

где фг- угловая частота вращения рогульки.

Для управления торможением ровничной катушки разработана адаптивная система управления силой тока в обмотке индукционного тормозка. Система управляет процессом торможения катушки в функции числа наработанных слоев и формирует заданный закон изменения силы тока в тормозке либо при обрыве ров-

(6)

ницы и аварийном останове машины, либо после окончания намотки последнего слоя ровницы. При этом учитывается реальное время I ыбега машины.

Система, обеспечивающая управление силой тока в обмотке индукционного тормозка, содержит следующие узлы: блок счетчикои, формирователь импульсов, блок задания, блок сравнения, блок ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), промежуточный усилитель по току, датчик скорости, усилитель-инвертор, усилитель напряжения, усилитель мощности

Так как нелинейность характеристик изменения силы тока в обмотке индукционного тормозка при изменении радиуса наматывания невелика, изменение силы тока в процессе наработки съема осуществляется по линейным законам вида:

1=АК+В (7)

где А, В - коэффициенты усиления, определяемые требуемым для ровницы данной линейной плотности уровнем натяжения. Конструкцией адаптивной системы управления предусмотрена возможность регулировки этих параметров.

Так как при использовании предлагаемого механизма наматывания катушка не связана кинематически с другими механизмами машины, необходимо обеспечить синхронный останов рогульки и катушки. Для этого при останове машины должен увеличиваться тормозной момент, приложенный к ротору тормозка. Темп выбега машины должен совпадать с темпом выбега катушки. Необходимое регулирование тормозного момента, в этом случае, достигается за счет повышения величины силы тока в обмотке индукционного тормозка. Это осуществляется следующим образом. Датчик скорости, кинематически связанный с одним из валов ровничной машины, непрерывно подает сигнал на усилитель-инвертор. При нажатии оператором кнопки "стоп" замыкаются контакты промежуточного реле, и сигнал с усилителя-инвертора поступает; в усилитель мощности, который подает нарастающую составляющую силы тока в обмотку индукционного тормозка. Длительность подачи переменной составляющей силы тока в обметку индукционного тормозка определяется настройкой реле времени, которое разрывает цепь питания тормозка после полного останова машины.

Как показали эксперименты, применение разработанной адаптивной системы управления торможением ровничной катушки позволило наматывать ровницу с постоянным натяжением наматывания и обеспечить синхронный останов катушки и рогульки.

В четвертой главе описано разработанное устройство для измерения натяжения ровницы в процессе ее намотхи на льняных ровничных машинах и изложена методика проведения измерений.

Устройство представляет собой чувствительны/! элемент (упругую б ал очку) .с , наклеенными на нем тензорезисторами, который крепится на ветви рогульки. Ровница, огибая чувствительный элемент, наматывается на катушку. При наматывании

чувствительный элемент изгибается под действием силы натяжения ровницы. Питание и снятие сигнала с тензопреобразователей осуществляется с помощью токосъемников, установленных на головке рогульки. Сигнал с тензопреобразователей усиливается и регистрируется осциллографом.

Установлено, что за время всей наработки наработки съема, угол охвата ровницей поверхности глазка рогульки, из-за изменения радиуса наматывания, меняется в диапазоне 29 +77°. Экспериментально и теоретически определенна величина изменения натяжения ровницы на участке "передний цилиндр - глазок рогульки" в процессе всей наработки съема, вызванная изменением угла охвата ровницей поверхности глазка рогульки. Натяжение в процессе наматывания по этой причине изменяется на 15-ь20%.

Ввиду того, что изменение угла охвата ровницей поверхности глазка рогульки существенно сказывается на результатах измерения натяжения, это обстоятельство необходимо учитывать при тарировке устройства.

Устройство позволяет измерять среднее значение уровня натяжения ровницы в процессе всей наработки съема, а также регистрировать его колебания в период одного оборота рогульки, где оно меняется в зависимости от изменения угла охвата головки рогульки ровницей.

В дальнейшем под термином "натяжение" будем понимать среднее значение уровня натяжения за один оборот рогульки.

Проведены сравнительные экспериментальные исследования характера изменения натяжения ровницы при ее наматывании с применением как обычного, так и предлагаемого механизма наматывания. Исследования проводились в различные периоды работы машины. Они показали, что механизм наматывания с принудительным приводом катушек, применяющийся на серийных льняных ровничных машинах, не обеспечивает постоянства натяжения наматывания ровницы в период наработки съема. Применение механизма наматывания ровницы без принудительного привода катушек позволяет наматывать льняную ровницу с постоянным натяжением. При этом постоянство натяжения обеспечивается при формировании намотки любой структуры.

В пятой главе приведены результаты сравнительных исследований качественных показателей ровницы, полученной с применением обычного и предлагаемого механизмов наматывания, и пряжи из нее.

Так как предлагаемый механизм наматывания позволяет реализовывать различные законы раскладки ровницы на катушке, исследована возможность создания паковок с различной структурой намотки ровницы. На предлагаемом механизме наматывания нами наматывалась ровница в диапазоне 750 * 1100 текс.

Для технологических испытаний вырабатывалась льняная ровница линейной плотностью 1100 текс из льняной ленты линейной плотностью 8400 текс. Катушки

с ровницей наматывались с помощью обычного механизма наматывания, и механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тор-мозком. Для выявления влияния на качество ровницы лишь типа механизма наматывания, тормозки устанавливались на тех же рабочих местах, которые до этого использовались при выработке ровницы с обычным механизмом наматывания. С этой же целью питание ровничной машины лентой при использовании как предлагаемого, так и обычного механизмов наматывания осуществлялось из одних тазов.

При наматывании ровницы с помощью предлагаемого механизма наматывания формировались паковки со структурой намотки, близкой к крестовой, которая, как следует из анализа работ, посвященных этой теме, способствует более качественному протеканию процесса химической обработки.

После выработки ровницы, с помощью программно-аппаратного комплекса КЛА-2 определялся коэффициент вариация по массе для суровой ровницы, намотанный с помощью обычного и предлагаемого механизмов наматывания. Как показал проведенный анализ, значения коэффициента вариации по массе на всем диапазоне длин отрезков от 1см до 50 м для ровницы, полученной с помощью предлагаемого механизма наматывания, несколько ниже, чем для ровницы, полученной с помощью обычного механизма наматывания. Это объясняется более стабильным натяжением ровницы в процессе намотки.

Намотанная ровница проходила химическую обработку (в промышленных условиях на "Большой льняной мануфактуре"), после которой определялась ее удельная разрывная нагрузка. Из проведенных исследований следует, что эти показатели для ровницы, намотанной с помощью .как обычного так и предлагаемого механизма наматывания, близки. Этот вывод верен для диапазона длин отрезков от 10 до 50 см. Коэффициент вариации по разрывной нагрузке для ровницы, полученной с помощью предлагаемого механизма наматывания несколько ниже, что свидетельствует о лучшем протекании процесса химической обработки ровницы, намотанной на катушки со структурой намотки, близкой к крестовой.'Анализ диаграмм, отражающих зависимость удельной разрывной нагрузки от зажимной длины показал, что ровница, полученная с помощью предлагаемого механизма наматывания и ровница, полученная при использовании традиционного механизма, обладают сходной прядильной способностью.

Из партии катушек химически обработанной ровницы, полученной с использованием обычного и предлагаемого механизмов наматывания, в лаборатории КНИШПТ была выработана пряжа. Пряжа из розницы, полученной с использованием разных механизмов наматывания, нарабатывалась на одних и тех же веретенах прядильной машины

Испытания пряжи проводились по стандартной методике. Результаты испытаний показали, что у пряжи, выработанной из ровницы, намотанной с помощью

предлагаемого механизма наматывания, показатели неровноты.по массе и разрывной нагрузке несколько ниже, чем у пряжи, выработанной из ровницы с обычной ровничной машины, а удельная разрывная нагрузка для этих пряж близка по значению. Это также, по нашему мнению, результат более стабильного натяжения ровницы при наматывании с использованием предлагаемого механизма и лучшего качества химической обработки при структуре намотки ровницы на катушку, близкой к крестовой.

Проведен сравнительный экономический расчет себестоимости существующего и предлагаемого механизмов наматывания. Расчет производился из условия, что предлагаемый механизм наматывания установлен на машине РН-216-Л2 взамен обычного.

При использовании предлагаемого механизма наматывания с индукционными тормозками, конструкция ровничной машины значительно упрощается, так как отпадает необходимость в т елом ряде узлов и деталей. Как показал расчет, себестоимость машины благодаря этому снижается на 10% от первоначального уровня. Помимо уменьшения стоимости и металлоемкости машины, сокращение числа деталей в ней и упрощенная наладка машины позволят снизить затраты на ремонт, сократить простои при его проведении и при наладке машины.

Общие выводы.

1. Анализ существующих механизмов наматывания ровницы показал, что механизмы наматывания ров.-шцы с принудительным приводом катушек сложны и металлоемки, не позволяют наматывать ровницу с постоянным натяжением. Структура намотки, формируемая при помощи такого механизма, неизменна из. за наличия жесткой кинематической связи между механизмами, обеспечивающими раскладку ровницы по образующей катушки и приводящими ее во вращение.

2. Разработан механизм наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком, позволяющий получать паковки с различной структурой наиотки.

3. Проведен теоретический анализ процесса наматывания льняной ровницы с использованием предлагаемого механизма наматывания, показавший, что механизм наматывания без принудительного привода катушек обладает свойствами автостабилизации натяжения ровницы при малых колебаниях параметров субъектов системы наматывания (радиуса наматывания, длины зоны намотки, жесткости ровницы и др.). Создана математическая модель, позволившая проанализировать поведение системы наматывания ровницы в различные периоды работы машины и при различных видах возмущения.

4. Определены законы изменения силы тока в обмотке тормозка, необходимые для под держания постоянного натяжения ровницы в зоне намотки при наработке съема, и обеспечения синхронного останова катушки и рогульки при останове машины, точное соблюдение которых позволит наматывать ровницу с постоянным натяжением и обеспечит отсутствие провиса ровницы в зоне намотки при останове машины.

5. Разработана адаптивная система управления торможением ровничной катушки, обеспечивающая необходимое для поддержания постоянного натяжения изменение силы тока в обмотке индукционного тормозка как в процессе наработки съема, так и в процессе останова машины. Система обеспечивает изменение силы тока в обмотке индукционного тормозка в функции числа наработанных слоев, и осуществляет адаптивное управление силой тока в обмотке тормозка при останове ровничной машины.

6. Разработана методика экспериментального определения уровня натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах, позволяющая исследовать характер изменения натяжения розницы при намотке ее с использованием различных механизмов наматывания. Исследования показали, что механизм наматывания ровницы с принудительным приводом катушек, применяемый на современных льняных ровничных машинах, не позволяет наматывать ровницу с постоянным натяжением при изменении радиуса наматывания. Сравнительный анализ характера изменения натяжения ровницы при ее намотке с обычным и предлагаемым механизмами наматывания показал, что последний обеспечивает более стабильное натяжение ровницы в процессе наработки съема.

7. Проведены сравнительные испытания ровницы, полученной при использовании обычного и предлагаемого механизмов наматывания, и пряжи из нее, подтвердившие работоспособность предлагаемого механизма.

8. При использовании предлагаемого механизма наматывания с индукционными тормозками конструкция ровничной машины значительно упрощается, так как отпадает необходимость в целом ряде узлов и деталей. В результате, расчетная себестоимость машины снижается на 10%. Сокращение числа деталей в ровничной машине и упрощенная наладка машины позволит снизить затраты на ремонт, сократить простои при их проведении.

9. Возможна модернизация существующих ровничных машин с монтажом на них предлагаемого механизма наматывания. .

По теме диссертации опубликованы следующие работы. .Корабельников А.Р., Соркин А.П. Анализ процесса наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек на ровничных машинах./ Материалы

Всероссийской научно-технич еской конференции "ТекстиЛь-97", МГТА, Москва 1997г.

2. Корабелъников А.Р. Соркин А.П. Процесс наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек./ Сб. Научных трудов молодых ученых КГТУ, Кострома 1997г.

3. Корабелъников А.Р. Модель льняной ровницы как волокнистого композита./ Материалы конференции " Комплексное использование волокнистого сырья при производстве товаров широкого потребления", Ташкент 1997г.

4. Корабелъников А.Р. Соркин А.П. Модель процесса намотки льняной ровницы без принудительного привода катушек на ровничных машинах./ Материалы конференции "Комплексное использование волокнистого сырья при производстве товаров широкого потребления", Ташкент 1997г.

5. Корабелъников А.Р. Соркин А.П. Механизм наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком. / Сборник "Опыт работы по научно-техническому обеспечению региональной программы "Лен"", Кострома 1998г.

6. Корабелъников А.Р. Структура намотки льняной ровницы, предназначеной для химической обработки. / Тезисы докладов конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве (Прогресс - 97)", Иваново 1997г.

7. Корабелъников А.Р. Механизм наматывания ровницы с индукционным тормоз-ком и его возможности. / Тезисы докладов конференции механического факультета СПГУТД, Санкт-Петербург, 1998г.

8. Корабелъников А.Р. Применение индукционного тормозка в механизме наматывания льняных ровничных машин. / Журнал Изв. ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №2,1998г.

9. Корабелъников А.Р., Сироткгн А.Н., Соркин А.П., Ломагин В.Н.. Адаптивная система управления торможением ровничной катушки. / Межвузовский сборник научных трудов молодых исследователей, МГТА, Москва 1998г.

10.Корабелъников А.Р. Комплекс устройств для оценки качества химической обработки льняной ровницы. /' Сборник докладов международной научно-технической конференции "Леи - 96", Кострома 1996г.

11 .Корабелъников А.Р. Соркин А П. Колебания натяжения ровницы при наматывании. / Материалы международной научно-технической конференции "Лен - 98", Кострома, 1998г.

Автореферат

Корабелъников А.Р.

Подписано в печать 19.11.98г. Заказ223.Тираж100.КГТУ.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗМА НАМАТЫВАНИЯ БЕЗ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ПРИВОДА КАТУШЕК ЛЬНЯНОЙ РОВНИЧНОЙ МАШИНЫ.

Специальность 05.02.13-Машины и агрегаты (легкая промышленность).

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Научный руководитель - доктор технических наук,,

профессор Соркин А.П.

На правах рукописи УДК 677.11.052.24.001.5

КОРАБЕЛЬНИКОВ АНДРЕЙ РОСТИСЛАВОВИЧ

Кострома-1998.

Оглавление.

Введение. ..........4

1. Состояние вопроса. Аналитический обзор литературы. ..........$

1.1. Механизм наматывания ровницы с принудительным приводом катушек. ..........9

1.2. Механизм наматывания ровницы без принудительного привода катушек. ..........Щ

1.3. Анализ методов измерения натяжения ровницы при нама-

2 Ъ

тывании. .........

1.4. Постановка задачи. .........

2. Математическая модель процесса наматывания ровницы без

принудительного привода катушек с индукционным тормоз-

29

ком. ..........с:э

2.1. Разработка математической модели ровницы. ..........%$

2.2. Анализ системы наматывания ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком при приложении к ней внешних возмущений. .........33

2.3. Определение нагрузки на ровницу при пуске, с учетом упругих свойств ровницы. .........

2.4. Анализ процесса наматывания ровницы на ровничных машинах с предлагаемым механизмом наматывания (численными методами). ........кI

2.5. Натяжение ровницы на участке вытяжной прибор - глазок рогульки, при использовании рогульки без лапки. ........

3. Разработка механизма наматывания без принудительного

привода катушек с индукционным тормозком для льняных

59

ровничным машин. .......... с

3.1.Конструкция катушечного узла с индукционным тормозком. ........

3.2.Механические и регулировочные характеристики индукционного тормозка. .......

3.3. Определение закона изменения силы тока в обмотке индукционного тормозка, необходимого для поддержания постоянного уровня натяжения наматывания. ........

3.4. Адаптивная система управления силой тока в обмотке индукционного тормозка. .........

4. Исследования характера изменения натяжения ровницы при

наматывании ее с различными механизмами наматывания. .........

4.1. Конструкция устройства для измерения натяжения ров-

ницы в процессе намотки. .........^

4.2. Методика экспериментального определения уровня натяжения льняной ровницы в процессе ее наматывания. .........У ^

4.3. Исследование натяжения льняной ровницы при наматывании. ..........

4.3.1. Исследование процесса изменения натяжения ровницы во время наработки съема, при наматывании ее

с помощью обычного механизма наматывания. ..........^

4.3.2. Исследование натяжения ровницы при колебаниях радиуса наматывания , вызванных пропуском части слоя намотки, при наматывании ее с применением обычного механизма наматывания. ..........

4.3.3. Исследования натяжения ровницы при ее наматывании с предлагаемым механизмом наматывания. ..........^

4.3.4. Исследования натяжения ровницы при колебаниях радиуса наматывания, вызванных пуском части слоя намотки при наматывании ее с предлагаемым механизмом наматывааниия. .........^

4.3.5. Исследования натяжения ровницы в процессе пуска машины. ..........

4.3.6. Натяжение ровницы в момент останова машины. ..........

5. Технологические испытания ровницы и пряжи из нее при наматывании ровницы с принудительным приводом и без принудительного привода катушек. ..........

5.1. Испытания суровой ровницы линейной плотностью 1100

текс. .........

5.2. Испытания мокрой, химически обработанной ровницы линейной плотности 1100 текс. ..........

5.3. Испытания пряжи из ровницы 1100 текс полученной с

¡ои

помощью различных механизмов наматывания. .......... ^

5.4. Расчет снижения производственной себестоимости ров

ничной машины при использовании предлагаемого меха

/ПС

низма наматывания. ..........1ио

Общие выводы. ..........110

Литература.

.........//2

Приложения ..........

Введение.

В настоящее время перед текстильной промышленностью России стоит задача перехода на использование собственного сырья. В стране работает программа по возрождению производства льняных пряж и тканей. Поэтому, очень актуальным вопросом является разработка новых технологий и оборудования в льняном текстильном производстве, позволяющих снизить себестоимость и повысить качество продукта. Продуктом повышенного качества может быть льняная пряжа малой линейной плотности и малой неровноты по массе и разрывной нагрузке. Такая пряжа позволит получать тонкие льняные ткани и льняной трикотаж.

Снижение себестоимости льняной пряжи возможно за счет уменьшения стоимости оборудования, уменьшения амортизационных отчислений, уменьшения времени обслуживания машин, повышения их КПВ, уменьшения количества ремонтов.

Одними из самых сложных машин прядильного производства являются ровничные машины. Эти машины металлоемки, сложны по конструкции, трудоемки в изготовлении и наладке. Сложность конструкции и наладки ровничных машин обусловлена тем, что при наматывании, для поддержания постоянного натяжения ровницы в зоне намотки, необходимо регулировать скорость вращения катушки. Для этого в машине установлены вариатор скорости и дифференциал, механизм передачи движения от дифференциала к катушкам.

Качество ровницы и структура ее намотки на катушку оказывает большое влияние на свойства вырабатываемой из нее льняной пряжи.

Работ, посвященных изучению процесса изменения натяжения ровницы в процессе наработки съема на льняных ровничных машинах, нами не обнаружено. Натяжение и плотность намотки в настоящее время регулируется путем подбора сменных шестерен.

Как показал анализ работ, посвященных изучению процесса наматывания ровницы на хлопковых ровничных машинах - коноидный вариатор не обеспечивает постоянства натяжения ровницы при наматывании.

Кроме того, существующие механизмы наматывания с принудительным приводом катушек могут обеспечить лишь один вид структуры намотки, а именно, структуру намотки с постоянным шагом укладки витков.

При выработке льняной пряжи мокрым способом прядения, для повышения прядильной способности волокна, применяется химическое облагораживание льняной ровницы. От качества химической обработки льняной ровницы зависит обрывность в прядении, неровнота пряжи по массе и разрывной нагрузке. Качество химической обработки ровницы определяется плотностью намотки ровницы на катушку и распределением плотности по радиусу и образующей катушки. Равномерность плотности намотки, зависит от натяжения наматываемой ровницы, а также от структуры намотки ровницы.

Исследования, посвященные изучению влияния вида структуры намотки на качество протекания процессов жидкостной обработки (крашение, отбелка и т.д.) показали, что структура намотки ровницы, формируемая на современных льняных ровничных машинах, не является оптимальной с точки зрения обеспечения требуемого качества химической обработки ровницы.

Анализ существующих механизмов наматывания ровницы с принудительным приводом катушек показывает, что все они весьма сложны по кинематике, изготовление и наладка машины с такими механизмами сложна и трудоемка. Кроме того, механизмы с принудительным приводом катушек не могут обеспечить точного выполнения законов наматывания и не позволяют изменять структуру намотки ровницы на катушках. Поэтому вопрос использования механизма наматывания ровничной машины, работающего по другому принципу и лишенного ряда недостатков, присущих механизму с принудительным приводом катушек, актуален.

Данная работа выполнена в рамках научно-технической программы "Русский лен".

Целью настоящей работы является анализ процесса наматывания льняной

ровницы и разработка механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тормозком для льняных ровничных машин.

В работе были поставлены и решены следующие задачи:

- проанализированы существующие механизмы наматывания ровницы;

- разработан механизм наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком, позволяющий получать паковки с различной структурой намотки;

- проведен теоретический анализ процесса наматывания ровницы на льняных ровничных машинах с использованием предлагаемого механизма наматывания;

- определены законы изменения силы тока в обмотке тормозка, необходимые для поддержания постоянного натяжения ровницы в зоне намотки, при наработке съема, и обеспечения синхронного останова катушки и рогульки при останове машины;

- разработана адаптивная система управления торможением ровничной катушки, обеспечивающая необходимое изменение силы тока в обмотке индукционного тормозка как в процессе наработки съема, так и в процессе останова машины;

- разработана методика определения уровня натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах;

- проведен сравнительный анализ характера изменения натяжения ровницы при ее наматывании как с применением обычного механизма наматывания, так и с использованием механизма наматывания без принудительного привода катушек;

- проведены сравнительные испытания ровницы, полученной при использовании обычного и предлагаемого механизмов наматывания и пряжи из нее, подтвердившие работоспособность предлагаемого механизма;

- проведен сравнительный анализ себестоимости ровничных машин с обычным и предлагаемым механизмами наматывания.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

- разработана математическая модель процесса намотки льняной ровницы с использованием механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тормозком и определены законы изменения силы тока в обмотке индукционного тормозка, необходимые для обеспечения постоянного натяжения ровницы в процессе наматывания;

- разработана методика определения уровня натяжения льняной ровницы в процессе ее наматывания.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- разработан новый механизм наматывания льняной ровницы, позволивший наматывать ровницу с постоянным натяжением и формировать крестовую структуру намотки ровницы, способствующую лучшему протеканию процесса химической обработки;

- даны рекомендации по модернизации льняных ровничных машин, которые могут быть использованы конструкторскими бюро при проектировании новых ровничных машин;

- разработана адаптивная система управления силой тока в обмотке индукционного тормозка;

- разработано устройство для измерения натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах;

- результаты работы приняты к использованию в разработках Костромским СКБТМ.

1. Состояние вопроса. Аналитический обзор литературы.

Большая часть льняной ровницы, используемой в прядении, подвергается химическому облагораживанию. Обработку ровницы осуществляют в аппаратах периодического действия типа ОБ-500, АКДУ-602-Л, АКД-602-JI, АКДС-601-Л на перфорированных катушках из полимерных материалов. Большое влияние на качество химической обработки ровницы оказывают плотность намотки и характер распределения ее по радиусу и образующей катушки. В свою очередь плотность намотки и характер ее распределения зависит от закона изменения натяжения ровницы при намотке и величины натяжения в зоне наматывания. В настоящее время льняная ровница вырабатывается на ровничных машинах Р-216-Л, РН-216-ЛЗ(2,1). Это машины с подвесной рогулькой и мотальным механизмом с принудительным приводом катушек, оснащенные вариатором скорости в виде двух коноидов с гиперболическим профилем. Ровничные машины такого типа являются одними из самых сложных машин прядильного производства и во многом определяют нормальное протекание технологического процесса на последующих переходах.

Для выработки ровницы использовалось и используется множество различных способов. Самый распространенный способ - выработка ровницы на ро-гульчатых ровничных машинах. Кроме рогульчатых ровничных машин существуют машины, упрочнение ровницы на которых производится сучильными рукавами (машины FM-3, SFC, SSP-2 фирм Slumberger, Sanio, Sant Andrea Novara [20]).

В нашей стране была создана ровничная машина РСК-Ш с пневматическим кру-тильно-формирующим устройством, в которой использовался принцип самоскручивания. Машины с сучильными рукавами и машина РСК-Ш предназначались для выработки ровницы из шерсти и ее смеси с химическими волокнами. В нашей стране и за рубежом проводились эксперименты по получению ровницы из льна и хлопка на самокруточных машинах, а также льняной ровницы с использованием кольцевого способа формирования продукта. Однако, эти способы получения ровницы не нашли широкого применения в промышленности и, большей частью, остались на стадии экспериментов.

В настоящее время в текстильной промышленности применяются рогуль-чатые ровничные машины, которые, в свою очередь, можно разделить на машины, имеющие принудительный привод катушек и машины без принудительного привода катушек

1.1. Механизмы наматывания ровницы с принудительным приводом катушек.

При наматывании ровницы на рогульчатых ровничных машинах уравнение, определяющее процесс намотки, так называемое первое условие наматывания, устанавливает зависимость частоты вращения катушек от диаметра наматывания:

(1Л)

йн

Знак (+) в выражении (1.1) соответствует опережающей катушке, (-) опережающей рогульке.

Второе уравнение намотки устанавливает зависимость линейной скорости перемещения каретки от диаметра наматывания:

ан

В этих уравнениях:

пк, пр, пц - частота вращения катушек, рогулек и переднего цилиндра, соответственно;

й, ё - диаметры переднего цилиндра и намотки;

Ц Н

ех - вытяжка ровницы между передним цилиндром и катушкой;

к - шаг намотки.

Из уравнений следует, что для поддержания постоянного натяжения и формирования намотки с постоянным шагом укладки витков по мере изменения диаметра наматывания необходимо менять по гиперболическому закону частоту вращения катушки и скорость движения каретки.

Для обеспечения этих условий намотки в механизме наматываний льняных ровничных машин применяются вариаторы скорости.

Вариаторы скорости в виде двух коноидов, имеющих гиперболический профиль, получили наибольшее распространение как на ровничных машинах для льна, так и на ровничных машинах, применяемых в прядении хлопка, шерсти и искусственных волокон. В этом вариаторе ремень перемещается с постоянным шагом при переходе от слоя к слою, а закон изменения скоростей катушки и каретки определяется гиперболическим профилем коноидов.

Существуют и другие типы вариаторов, например:

- вариатор с коноидами прямолинейного профиля. Перемещение ремня в таком вариаторе осуществляется по определенному закону. Такие вариаторы применяются в машине F 1/1 Gereroso, фирмы Rieter [21]. На машинах BCG-26 и BLC-26 фирмы San Giorgio установлен вариатор, приводным элементом в котором является стальная лента [21];

- цепные вариаторы. Цепные вариаторы используются, в конструкции ровничной машины Rovematic FC фирмы "Platt-Saco-Lowell",[&]',

- вариаторы типа экспандеров (фонарей).Применялись на льняных ровничных машинах фирмы Comb-Barbur [1];

- вариаторы в виде фрикционной лобовой передачи. Такие вариаторы применялись на ровничных машинах фирмы Ferbern [ 1 ].

Дадим краткий анализ конструкций перечисленных вариаторов.

Коноиды прямолинейного профиля относительно просты в изготовлении, однако этом случае предъявляются очень высокие требования к профилю эксцентрика, который обеспечивает смещение ремня вдоль коноидов по гиперболической зависимости. Еще одним недостатком этого вариатора является то, что величина смещения ремня с каждым намотанным слоем уменьшается. В результате, к концу съема величина перемещения ремня настолько уменьшается, что становится соизмеримой с величиной неизбежной "игры" ремня в отводке, что, в конечном счете, ведет к искажению закона регулирования.

Использование цепного вариатора, в принципе, аналогично использованию коноидов с прямолинейным профилем. Сближение дисков должно произво-

диться по гиперболическому закону и требует применения эксцентриков. Чувствительность вариатора недостаточна, поэтому для исключения скрытой вытяжки ровницы приходится увеличивать ее крутку на 20 % [28].

Использование вариаторов в виде экспандеров и лобовой фрикционной передачи также требует применения специальных эксцентриков, обеспечивающих смещение экспандеров или перемещение ролика по дискам в лобовой фрикционной передаче по необходимому закону.

Чувствительность этих вариаторов тоже низка и, кроме того, как и в коно-идном вариаторе, имеет место проскальзывание ремня на экспандерах или ролика по дискам.

В силу отмеченных недостатков, эти вариаторы не нашли распространения и в настоящее время не применяются.

Наиболее �