автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Развитие научных основ разработки устройств, машин и агрегатов прядильного производства экспериментально-теоретическими методами

/У ' " ^ О

й ci il.,N. /%/rè7

. <e л •■.

Ивановская государственная текстильная академия

/v

На правах рукописи

ВЛАСОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ

УДК 677.022.2:677.057.7.71

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ РАЗРАБОТКИ УСТРОЙСТВ, МАШИН И АГРЕГАТОВ ПРЯДИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Специальность 05.02.13 - Машины и агрегаты

легкой промышленности

на соискание учёной степени доктора технических наук

Иваново 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение.................----...... 9

г

л-

я

1. ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ АГРЕГАТОВ, ПРЯДИЛЬНЫХ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ТЕКСТИЛЬНОЙ ОТРАСЛИ.................... 23

1.1. Анализ построения разрыхлительно-трепальных агрегатов........................................23

1.1.1. РТА с низкой очистительной способностью ... 23

1.1.2. РТА повышенной эффективности очистки .... 25

1.1.3. РТА высокой эффективности очистки ............27

1.1.4. РТА в прядильном производстве Ивановского предприятия АО "Фатекс" ...............29

1.1.5. Разрыхлительно-очистительная установка для хлопка фирмы Трючлер (ФРГ) ..................30

1.1.6. Разрыхлительный агрегат фирмы Лароше (Франция) 31

1.1.7. Анализ развития схем РТА в стране и за рубежом 33

1.2. Поточные линии прядильного производства ..........34

1.2.1. Четырехпереходная поточная линия с кольцевым прядением..............................35

1.2.2. Трехпервходная поточная линия безверетенного прядения....................................37

1.2.3. Поточная линия кипа-лента первого состава

фирмы "Трючлер" (ФРГ)........... . 39

1.2.4. Поточная линия кипа-лента второго состава

фирмы "Трючлер"(ФРГ)............ 42

1.2.5. Поточная линия СКБ "Кардотекс" по катонирова-

нию льна...................44

1.2.6. Поточная линия кипа-лента со смешиванием хлопьев фирмы Трючлер (ФРГ) ........ . 45

1.2.7. Анализ развития прядильных поточных линий . . 47

1.3. Автоматизированный технологический комплекс (АТК) прядильного производства ............ 47

1.4. Заключение по главе 1............. 55

2. АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ОТБОРА ИНФОРМАЦИИ В

ПРЯДИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ............... 57

2.1. Теоретические основы разработки электромагнитных преобразователей...................58

2.1.1. Индуктивный датчик с распределенными параметрами................. 67

2.1.2. Индукционный датчик натяжения и контроля движущейся нити............... 69

2.2. Теоретические основы разработки электростатических преобразователей................. 73

2.2.1. Разработка и исследование устройства контроля

массы волокнистого продукта на выходе бункерных питателей.................. 77

2.2.1.1. Оптимизация величины рабочего зазора между компланарно расположенными электродами датчика .... ..... ..... 79

2.2.1.2. Датчик с цилиндрическими электродами. Конструкционные модели датчика .... 81

2.2.1.3. Основные соотношения для расчета емкости датчиков с двумя одинаковыми цилиндрическими электродами............ 83

2.2.1.4. Основные соотношения для расчета емкости датчиков с плоским и цилиндрическим электродами............... 84

2.2.1.5. Частотное преобразование сигнала ёмкостного датчика массы текстильного продукта.................86

2.2.2. Разработка и исследование измерителя линейной плотности ленты ............... 94

2.2.3. Электростатические преобразователи в системе автоматического контроля целости нитей 105

2.3. Теоретические основы разработка пьезоэлектрических преобразователей ............. 107

2.3.1. Пьезоэлектрический датчик контроля целости

нити.....................111

2.3.2. Разработка датчика баллонирующей нити .... 116

2.4. Разработка оптоэлектронных преобразователей . . . 118

2.4.1. Датчики систем контроля продукта в проходящем свете.................... 120

2.4.2. Датчики систем контроля продукта в отраженном свете.................... 121

2.4.3. Особенности разработки оптических датчиков . 122 2.5. Заключение по главе 2............. 123

3. РАЗВИТИЕ ВРЕМЕННОГО, ЧАСТОТНОГО И ВОЛНОВОГО АНАЛИЗОВ ПРЯДИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕТОДАМИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ............. 126

3.1. Основные направления машинных методов анализа

и прогнозирования конструкций машин, агрегатов. . 126

3.2. Создание концептуальных моделей технологических комплексов и систем управления для текстильной промышленности ................. 131

3.3. Основные методы описания математических моделей исследования динамики объектов и систем

управления ................... 134

3.4. Временной анализ детерминированной САУТП методом концептуального программирования с применением МИК-АЛ...................... 138

3.5. Анализ стохастической САУТП с вычислением показателя эффективности............... 142

3.6. Частотный анализ питающих устройств прядильных поточных линий ................. 153

3.7. Частотный и волновой анализ машин прядильных технологических процессов ............ 160

3.8. Заключение по главе 3............. 165

4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОСНОВНЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРЯДИЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА...................... 167

4.1. Моделирование и анализ системы непрерывного управления потока волокна на сортировочно-очистительном переходе ............. 168

4.2. Анализ и прогнозирование качества волокнистого продукта на трепальном переходе ......... 177

4.3. Идентификация и исследование агрегативной системы пневмопитания волокном чесальных

машин . .....................193

4.4. Разработка и исследование системы стабилизации линейной плотности ленты с измерителем на входе чесальной машины ................ 204

4.5. Анализ замкнутых и комбинированных систем

регулирования линейной плотности ленты......213

4.6. Синтез САУ комбинированного типа с контуром регулирования линейной плотности ленты на базе гиперболического исполнительного механизма

на выходе чесальной машины ........................223

4.7. Анализ и прогнозирование качества волокнистого продукта на пневмопрядильном переходе......232

4.8. Заключение по главе 4..............237

5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВ СТАБИЛИЗАЦИИ И

АГРЕГИРОВАНИЯ ТП ПРЯДИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ....... 240

5.1. Разработка и экспериментальные исследования средств агрегирования поточных линий с непрерывным принципом стабилизации линейной плотности настила. 241

5.2. Разработка, апрабация и экспериментальные исследования измерителя линейной плотности ленты . 252

5.3. Разработка и исследование разомкнутого регулятора линейной плотности ленты на базе вытяжного прибора

с приводом постоянного тока ........... 258

5.4. Разработка и исследование замкнутой системы регулирования градиента неровноты волокнистого продукта с гиперболическим исполнительным механизмом . ...................272

5.5. Заключение по главе 5..............280

6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЯДЕНИЯ СРЕДСТВАМИ КОНТРОЛЯ

И ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТП . . . ...........283

6.1. Повышение эффективности для крутильных и кольце-прядильных машин средствами автоматизации ТП. . . 284

6.2. Разработка и исследование систем контроля пряжи

для крутильных и кольцепрядильных машин ..... 287

6.2.1. Разработка и исследование системы контроля

пряжи с герконовым преобразователем......287

6.2.2. Разработка и исследование системы контроля

пряжи с преобразователем индуктируемой э.д.с. 291

6.2.3. Разработка и исследование системы контроля

пряжи с датчиком баллонирующей нити......296

6.3. Анализ надежности и разработка устройств контроля пряжи для прядильных, крутильно-тростильных и тому подобных машин.................. 306

6.4. Разработка системы опроса обрывности для прядильных, крутильно-тростильных машин и повышение

их эффективности................. 308

6.5. Заключение по главе 6.............. 316

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИЙ .................. 318

ЛИТЕРАТУРА....................... 324

ПРИЛОЖЕНИЯ....................... 338

- 9 -ВВЕДЕНИЕ

В девяностые годы XX столетия сделан переход России к рыночной экономике, которая связана с децентрализацией управления и приватизацией предприятий. Перестройка сопровождается формированием новых производственных отношений и хозяйственных структур. Вместе с тем, изменяются и приоритеты не только в производстве, но и в научных исследованиях.

В тяжелейшем положении в первую очередь оказались предприятия машиностроения и легкой промышленности. В 1992-96 годах предприятия текстильной промышленности и текстильного машиностроения оказались в так называемом "порочном круге", который характеризуется невостребованностью продукции, взаимными неплатежами, нехваткой оборотных средств на покупку сырья. Статистика начала 1996 года свидетельствует, что половина предприятий текстильной промышленности простаивает из-за отсутствия сырья, а треть - завалено продукцией не имеющей сбыта. Аналогичное положение и на заводах текстильного машиностроения, которые пытаются освоить выпуск изделий бытового назначения.

Дело дошло до того, что предприятиям текстильной и машиностроительных отраслей стало в денежном выражении убыточным производить продукцию. Особенно это проявилось начиная со второй половины 1995 года, после очередного подъёма цен на энергоносители. ■

Резкое падение темпов роста развития народного хозяйства в значительной степени обусловило все увеличивающееся отставание текстильной промышленности и машиностроения от индустриально развитых стран по уровню научно-технического развития. Национальное достояние России стало постепенно проедаться, инфляционные процес-

сы стимулировали рост цен, лишив миллионы людей материальных стимулов к труду и покупательной способности. В ряде регионов резко возросло число простаивающих предприятий.

Так, например, уровень безработных к экономически активному населению в 1996 году по Ивановской области достиг 10.7 %. На одно рабочее место претендуют свыше 90 безработных. В этой связи область объявлена зоной экономического бедствия и требует установления налоговых льгот, инвестиций, централизованного сбыта продукции, создания маркетингового консультационного центра, а также выравнивания ценовой политики экономическими методами.

Опыт западной рыночной экономики и статистика работы Ивановских предприятий в 1995 году подсказывает, что одним из способов выхода из кризиса текстильного и машиностроительного производств является их реконструкция на базе разработка и внедрение новейших автоматизированных технологий и оборудования. Наиболее узловым переходом в этой ситуации для текстиля являются прядильное производство, на котором и сосредоточено внимание проводимых научных исследований ИГТА.

Актуальность. Мировой опыт показывает, что важнейшим направлением как в период перехода к рынку, так и в период развитого рыночного хозяйства является совершенствование материально-технической базы, для успешного развития которой непременным условием является научно-технический прогресс. В современных условиях научно-технический прогресс неотделим от развития науки, которая направлена на создание новейшей техники, роста квалификации кадров, способствует подъёму материального и культурного уровня жизни народа.

Принятая в 1992 г. межвузовская научно-техническая программа

- и -

"Текстиль России" внесла определенный вклад в развитие техники и технологии текстильной промышленности страны, активно способствовала развитию данной отрасли науки и техники в полном соответствии с мировыми тенденциями, созданию и освоению серийного производства систем высокоэффективного технологического оборудования для легкой промышленности, подготовке научных кадров в высших учебных заведениях страны.

В программу составной частью включены международные научные исследования. Так, в частности, разработано обеспечение для ро-сийско-итальянских проектов (совместно с текстильным центром хлопка и одежды г.Бусто Арсицио) в области оптимизации смесей, проектирования свойств пряжи и совершенствования малоотходных технологий прядения, которое предполагается использовать в рамках европейских программ. Реализуется проект "Разработка техники и технологии аэродинамического метода производства нетканых материалов" в содружестве с Монгольским техническим университетом. Совместно с текстильным центром хлопка и одежды (Италия), Либерецким техническим университетом (Чехия), Лодзинским текстильным университетом (Польша), научно-исследовательским текстильным институтом (Дэнкен-дорф, Германия) утверждена работа на тему "Проектирование свойств хлопчатобумажной пряжи пневмомеханического способа прядения", включенная в европейскую программу "КОРЕРШ СШ".

В последние годы особое место в текстильной отрасли занимают проблемы прядильного производства, в котором ведутся работы по созданию непрерывной системы прядения. Схема прядильного производства для волокон всех видов в основном одинакова, но в каждой системе прядения (аппаратной, гребенной и кардной) пряжу изготавливают по определенному плану.

Таким образом, в настоящее время научные исследования в прядильном производстве сосредоточены на поисках новых смесок и видов сырья, исходя из минимизации затрат и экологии, а также интенсификации процесса подготовки полуфабриката к прядению на участке от кипы до пряжи, оптимизации систем контроля и автоматизированных систем управления технологических процессов.

Ведущими научно-исследовательскими центрами, проектно-конс-трукторскими организациями России МГТА, ИГТА, СПГУТД, КГТУ, ЦНИХБИ, ЦНИИКА, ИвНИТИ, АО "Кардотекс", НПО "Пензтекмаш" и зарубежными фирмами такими как "Rieter"(Швейцария), "Marzoll", "Savio", "Bonina" (Италия), "Murata", "Нага", "Toyota" (Япония), "Trutzschier", "Zinser", "Schlafhorst", "Schubert and Salzer", "Hergeth" (Германия), "Elitex" (Чехия), "Platt-Sakko-Lowell", "Crosroll"(Великобритания), "Hollinswoyrt" (США) и рядом других внесен существенный вклад в теорию и практику проектирования текстильных машин, в создание агрегатов и поточных линий, в реализацию устройств автоматики и систем управления технологическими процессами.

Анализ информации по технологиям и оборудованию, представленной на выставках ITMA, йнлегмаш-93, Инлегмаш-94 показал, что развитие - текстиля в рассматриваемом периоде осуществляется в следующих направлениях:

- создание автоматизированных систем оптимизации смесей и проектирование свойств пряжи;

- проектирование малоотходных ресурсосберегающих технологий и оборудования прядильного производства;

- разработка аэродинамических методов производства нетканых материалов;

- разработка и создание автоматизированных систем проектирования механизмов для текстильного оборудования;

- агрегатирование оборудования с созданием непрерывных систем питания, рыхления, очистки и смешения волокна, а также создание робототехнических комплексов, объединяющих отдельные переходы в прядении;

- создание систем контроля качества, систем автоматического управления для текстильной и машиностроительных отраслей на базе вновь разрабатываемых технологий и оборудования;

- повышение степени автоматизации машин за счет широкого использования средств электроники и микропроцессорной техники, обеспечивающей контроль и управление параметрами технологического процесса с целью оптимизации производительности оборудования, увеличение его надежности и улучшение качества полуфабриката.

Сравнивая тенденции развития отечественного и зарубежного оборудования для приготовительных и прядильных производств, можно отметить, что они совпадают, но технический уровень отечественных машин отстает от рекламируемого передовыми фирмами в части оснащения средствами автоматизации и микропроцессорной техники для контроля и управления. Следует отметить как преимущество зарубежного оборудования высокий уровень автоматизации вспомогательных операций и объединение технологических переходов, а также качество и дизайн.

За последнее десятилетие отечественная промышленность и зарубежные фирмы разработали и внедрили целый ряд разрыхлительно-очис-тительных агрегатов и прядильных поточных линий?предназначенных как для обработки хлопка, льна, шерсти, искусственных, синтетичес-

ких волокон, так и различных смесей из них. Были разработаны агрегаты и поточные линии с низкой, повышенной и высокой эффективностью очистки. Кипорыхлители с нижним отбором волокна АПК-250-2(3), РКА-1(2) вытесняются кипорыхлителями с верхним отбором волокна АП-18, АП-40, Blendomat (Германия), Marzoll (Италия), Fiber Controls (США). Вместе с тем, до сих пор остается нерешенной сложнейшая задача по обеспечению стабилизации питания машин, находящихся с ними в одной поточной линии.

Несмотря на математическую идентификацию кипорыхлителей с нижним и верхним способами отбора, создание из них автоматизированных комплексов, проблема оптимального сопряжения технологических машин поточных линий прядения не нашла своего окончательного решения. По-прежнему встает вопрос о построении системы стабилизации производительности, обеспечении качественного рыхления исходного волокна из кип, точностных показателях регулирования, повышении быстродействия, об использовании технической диагностики, об оценке влияния автоматизации на технологические параметры. Требуют решения задачи создания датчиков и измерителей показателей потоков волокна в пневмопроводах, датчиков и регуляторов неровноты, цифровых устройств преобразования информации, которые используются для микропроцессорного упра