автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование динамических характеристик привода игольного стола односекционных иглопробивных машин

Ни правах рукописи

ОД

г*

а ¡'т 20(10

ГАБИБОВА Майя Мусейибовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДА ИГОЛЬНОГО СТОЛА ОДИОСЕКДИОШШХ ИГЛОПРОБИВНЫХ МАШИН

Специальность 05.02.13,- Машины и агрегаты (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена на кафедре теории механизмов и машин в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна. Научный руководитель: д.т.н., проф. Вульфсон И.И.

Официальные оппоненты: д.т.и., проф. Поляков В.К.

к.г.н. Молчанов К.И.

Ведущее предприятие: АОЗТ «Арахна»

Защита состоится ^¿¿СЬХ_2000 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 063.67.02 в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайпа.

Адрес: 191186, ул. Б. Морская, 18, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.

Автореферат разослан ла'

2000 г.

Отзывы в двух экземплярах (заверенные печатью) направлять но адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Б, Морская, 18, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.и.,проф. ^ /Никитина Л.117

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Одним из новых прогрессивных направлешш в текстильной промышленности является замена традиционных тканых текстильных полотен новыми неткаными материалами, в частности иглопробивными, что позволяет значительно повысить производительность труда. Иглопробивное оборудование составляет значительную часть всего оборудования легкой промышленности. Из общего объема мирового производства нетканых материалов иглопробивные полотна всех видов в нашей стране составляют примерно 30%.

Отставашге по производительности отечественных машин по сравнению с зарубежными в значительной степени определяется техническим несовершенством привода игольного стола, подверженного большим технологическим и динамическим нагрузкам, что диктует необходимость совершенствования динамических характеристик привода. Актуальность данной работы также обусловлена проводимыми поисковыми работами с целью создания на базе привода односекциопной структуры иглопробивных машин более высокой производительности при большей рабочей ширине игольного стола. Разработка разработанных методик динамического анализа и синтеза и пакета прикладных программ для ЭВМ позволит автоматизировать процесс исследования на стадии проектирования и создания опытного образца иглопробивной машины, что существенно сокращает сроки создания и освоения выпуска новых иглопробивных машин с более высокими эксплуатационными характеристиками.

Цель и задачи исследований. Целью работы является создание инженерной методики исследования и совершенствования динамических характеристик привода игольного стола односекционных иглопробивных машин на базе динамических моделей цикловой структуры, их математические описания, создание алгоритмов расчетов и программного обеспечения, разработку инженерных рекомендаций по совершенствованию динамических характеристик. В задачу исследований были включены следующие основные вопросы:

1. Разработка типовых динамических моделей привода игольного стола одпо-сскционных иглопробивных машин применительно к решению задач анализа и синтеза.

2. Разработка методики динамического анализа привода игольного стола, которая включает: определение и анализ спектра собственных частот и нестационарных коэффициентов формы; исследование вынужденных колебаний привода игольного стола иглопробивной машины под действием кинематических и технологических возмущений.

3. Создание программное обеспечение для реализации разработанной методики на ЭВМ.

4. Разработка методики динамического сингеза, включающей: исследование чувствительности спектра собственных частот к изменению конструктивных и динамических параметров привода игольного стола; исследование влияния параметров системы на формирование уровня виброактивности привода игольного стола; обеспечение условий динамической устойчивости при учете изменения параметров системы.

5. Исследовшше неравномерности вращения ведущих звеньев механизмов привода игольного стола иглопробивной машины.

6. Выявление оптимальных характеристик привода при учете зазоров и нестационарных сил трения на базе компьютерного моделирования.

7. Экспериментальное исследование привода игольного стола для оценки его динамических характеристик.

8. Разработка перспективных направлений совершенствования динамических характеристик привода игольного стола иглопробивной машины и инженерные рекомендации.

Методы исследования. В дайной работе проведены теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические разделы работы выполнены на основе современных методов аналитической механики, теории колебаний, теории механизмов и машин, вычислительной математики. При теоретическом

исследовании использованы аналитические метода и компьютерное моделирование на ЭВМ. Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов проведена на иглопробивной матине односекпионной структуры ИМ-1800М-А методами тензометрии с использованием датчиков ускорения. Экспериментальные дагппле обработаны при использовании методов математической статистики.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Поставлена и сформулирована задача динамического исследования привода игольного стола иглопробивной машины на базе динамической модели кольцевой структуры.

2. Разработаны типовые динамические модели привода игольного стола, их математические описания.

3. Проведено динамическое исследование привода игольного стола иглопробивной машины, включающее: исследование частотного спектра и модальных характеристик, вынужденных колебаний, чувствительности спектра собственных частот к изменению параметров привода игольного стола иглопробивной машины, разработку аналитических и экспериментальных критериев оценки уровня колебаний приводных механизмов иглопробивной машины, алгоритмов и программ для исследования динамических характеристик привода игольного стола, анализ нелинейных динамических эффектов, связанных с наличием зазоров и сил трения, исследованные с помощью компьютерного моделирования типовых динамических режимов, разработку инженерных рекомендаций по совершенствованию привода игольного стола иглопробивной машины с целью улучшения их динамических характеристик.

Практическая ценность результатов работы. В работе создана комплексная методика динамического исследования и динамическая модель иглопробивной машины, которые могут быть использованы при исследованиях односекцион-ных иглопробивных машин на всех стадиях создания и освоения их выпуска. Программная реализация методики позволит использовать се, существенно

сокращая сроки разработки и внедрения новых классов высокоскоростных иглопробивных машин. Разработанные инженерные рекомендации также создают предпосылки для проектирования иглопробивных машин с большей рабочей шириной игольного стола. Результаты работы, включающие разработайте методики исследования, динамические и математические модели, алгоритмы и программы расчетов, инженерные рекомендации по совершенствованию динамических характеристик привода игольного стола ИМ-1800М-А и снижению их уровня колебаний переданы для внедрения на ОАО "Вулкан".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности 1998 и 1999 годов Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна; на заседаниях кафедры теории механизмов и машин и на научном семинаре кафедры проектирования машин текстильной и легкой промышленности СПГУТД.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ и получено свидетельство о регистрации программного продукта.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов по работе, имеет /^страниц машинописного текста, ^^рисунка, .... список литературы ю ^^наименований и приложения, содержащего^7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении излагается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, определены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе выполнен анализ литературных и патентных источников по технологии, расчету и конструированию односекционных иглопробивных машин и привода игольного стола, динамических исследований механизмов циклового действия и их приводов с учетом упругости звеньев, литературных источников по исследованию колебательных процессов иглопробивных ма-

тип, а также работ по создагало методов и средств технической диагностики машин текстилг.ной и легкой промышленности.

Проблемам динамики механизмов и машин и исследованиям колебательных процессов в машинах как в общей постановке, так и применительно к машинам текстильной и легкой промышленности посвящены работы Артоболевского И.И., Вейца В.Л., Вульфсона И.И., Коловского М.З., Полякова В.К., Ко-ритысского Я. И. и других ученых. В главе анализируются работы в области технологии производства нетканых материалов и конструкции иглопробивных машин Архипова В.Н., Аносова В.Н., Белова Ю.В., Захарова Б.М., Мяги А.Р., Хака А.И., Молчанова К.И. и др. Методам и средствам технической диагностики машин текстильной и легкой промышленности посвящены работы Лу-кичева С.И., Мазши Л.С., Эптина В .Я., Сигачевой ВВ., Климова В. А. и др.

На основашш проведенного анализа в конце первой главы сформулированы задачи исследований.

Вторая глава посвящена частотному и модальному анализу односекцион-но11 иглопробивной машшш.На основашш кинематической схемы привода игольного стола ИМ-1800М-А разработаны типовые динамические модели привода игольного стола и их элементы. В качестве основной предложена из-

гибно-кругильная динамическая модель с девятью степенями свободы (рис. 1).

% „

тПчЧ, ТПП,Ч. ШиЯв т2|А пЬаЛ

п С, 0-<?-0 с, ~ ~ "

о] ч'г1

1

< т!

п

_

п

У

4!,

С4,Чб

ГПлр.Ч,

Рис.1

Рис.2

<Р.

При математическом описании была использована особая форма уравнений Лшранжа второго рода с двумя избыточными координатами, позволяющая осуществить выбор координат, число которых превышает число степеней свободы. При этом была проведена линеаризация дифференциальных уравнений и применен метод условного осциллятора, предложенный профессором Вульфсоном И.И. После преобразований была получена система дифференциальных уравнений (1). Для проведения расчетов частотного и модального спектра динамических моделей были разработаны алгоритмы и программы. Низшие собственные частоты при усредненном значении 1Г = <й\/с1<р0 равны: =89 с'1; к2 = 225 с'1; к3 = 873 с"1; ¿4 = 1135 с \ Влияние динамических характеристик привода на частотный спектр показано на рис.3.

{Зг + + + + (с2 + С4П'2^)Чг ~ с4Т\'щ3 - с4И'ц04 + с4П'щ/7 = ()2,

тП'ицх + щ3 + гщА - с,П'ид2 + (с, + с4)^3 + с4</4 - = б3;

тП'щ/, + гщз + (т + тпуи - ф'щ2 + + (с4 + с44)<?4 + + - ед., =

»Ъ?5+С54?4+С5А + С56<?6 = & (О

+ СИ?4 + С65?5 + С66<?6 = &

»ад? + с4П'и?2 - сд3 - ед4 + (с4 + + с^ + с^, = 07;

«И?« + <*7?7 + Чйй» + <^9 =

+ + «в?» + «5909 = 0>-

С целью упрощения процедуры динамического синтеза и рационального выбора параметров привода игольного стола на базе анализа модели с девятью степенями свободы была исследована упрощенная модель с тремя степенями свободы, показанная на рис.2.

Как показал анализ, первые две частоты для основной и упрощенной модели практически совпадают, а третья частота к, располагается между третьей и четвертой частотами основной модели (рис. 3). Было установлено, что изменение диаметра главного вала влияет в основном на изменение двух низших частот. На частоты к > к3 сильное влияние оказывает изгибная подсистема и изменение диаметров поперечных валов (см. рис. 3, б). Также было выявлено,

к.х1

2000

1000

0 40

1=7

1-5,6

1=4

1=3

¡=2

45

50 55

а)

60

65

65

Рис.3

что основная частота кинематического возмущения при еот„ = 50 с1 располагается в окрестности резонанса по первой частоте.

В третьей главе проведено исследование вынужденных колебаний привода игольного стола, влияющих на амплитудный уровень колебаний. Определс-гше амплитуд вынужденных колебаний под действием кинематического возмущения было проведено с помощью метода гармонического баланса. При этом для системы с тремя степенями свободы:

г?, = Впйпаи + Вп%т2(01;

= В21 ьтаИ + В22 Я1п2т ; Яг = Ло + 4ц сова»* + Аа соэ2саг + А33 саьЗт ,

(2)

Амплитуды вынуждешшх колебаний определены по формулам:

(е,+С4) А„ = -

• Ат - -

5 ЛЛ -

Г(сз +с4)-тсо ]

-; М, =

0,5 иг(съВп+^Вп) (с3 + сл)-та>2

0,5иг(с3Зп + с4В-д) (с, + с4) - Атю1

0,5 иг(съВп +СцВп)

Лз3 ~ (сз + с4)-9от«2

Г[с, -■ (Л + Л + (Л + Л) "2 )®2 ] - (Л + Л"2 )®2

-(J1+JAl?)a2

[^-(Л + Л«2)«2]

[с, - (,/, +У2 +(./, +/4)и2)4(»2_1-(У, ч /4и2)4й>2

-(Л +Л"2)4«2 [с2 2

О^Л^иг 0,5 Л'^г/^

Амплитудно-частотные характеристики вынужденных колебаний рассчитаны в диапазоне угловой скорости [0... 100] с"1. Также была проведена оценка предельных амплитудных уровней при рсзонансах, рассчитанных исходя из условия энергетического баланса.

Было проведено исследование вынужденных колебаний под действием импульсного возмущения от технологической нагрузки с помощью перехода к квазинормалышм координатам, а также сравнительный анализ максимальной функции возмущения и максимального ускорения игольного стола при различной угловой скорости. Была исследована неравномерность вращения ведущих звеньев механизмов привода и эффективность от динамической раз-1рузки привода игольного стола.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния сил трения в направляющих скольжения игольного стола и зазоров. С этой целью была разработана динамическая модель с пятью степенями свободы, представленная на рис.4. При построении этой модели учтены результаты анализа, проведенного для квазилинейной динамической модели с девятью степенями свободы. Каждый из блоков Ф, соответствует упругодиссипативным элементам с последовательно включенным нелинейным элементом типа «люфт». Система дифференциальных уравнений приведена к виду:

ч" = ~Рт ■ ((2<5Ш/а,,)-q[ +<7i)-cr(,i(<7i) + Рт 'K^VaJ'(?2 ~Ч{) + ib ~9i)]""(Чг ~

- 9,) + Pi((2àl/pi)-Ay[ +Ay[)-W-д,2-и-а, (Ау\);

<?* = -Ph ' [(^ю/РтХя'г - Ч[) + 4i ~ ~ ?i) +

+ Pl -{{^2/р2)-Ау'2 +Ау2)-П'-р£-и-<т2(Ау2У,

q"3 = -p]+ ДИМА*)-А2 -((2^/л)- АУ2 + Ау2)-сг2(Ау2)- Ls

- pi • (П. -As)- РТ/{тю2 ) + g/'ffl2 - П :-ур1- \q5\sign{n' +

q" = ~р\ ■{№jp<)-q\+qi}-<Ti{qi) + р! -((25,/р,)-Ау[ +Д>-1)-<71(Ду1) +

+ р\ ' ((2<5,1Рг ) • АУ'2+ Ау2 ) ■■ а'1 ■ crz (Ау2 ) + F cos <р„ ;

<?" = ~Р\ ■{{2Ôjpl)-Ay[+Ayl)-crl{Ayl) +

+ p\ ■ ({2Sjp2)-Ay'2 4 Ay2)-a2(Ay2)- p'2 ■ 1Л - p\ ■ ((2S5/p5)-q'5 + д5)-сг,(д,).

АУ1 - ?з - 'ь + Цч, - ПН; ^

где /,,- половина расстояния между кривошипно-ползугашми механизмами; и- передаточное отношение зубчатого редуктора; у - и(р2/1')', = т4/т; «2 = Л2Мн; л2 = с,/(отй>2); />о, = с0,ДлУ); лМ6^2/^?;

т4=т1+2ттх(е12/е11У, Д. =-2£//>, : = ¥ = г[(от,//я)+(е12/епХ1 + (т,//п))К'; Л, = ^,./(4яг). Здесь -масса кривошипа; /и^- масса маховика; <?,,- коэффициенты податливости изгибной подсистемы; с,,с2- коэффициенты жесткости, соответствующие жесткости роликоподшипника; с0„с02- коэффициенты жесткости соответственно первого и второго участков главного вала; /<- коэффициент трения; у/,- коэффициент рассеяния.

Сила трения в системе дифференциальных уравнений учтена параметром у. Функция Р учитывает приведенную к сечению входного звена суммарную силу от дисбаланса маховиков, установленных на поперечных валах.

Для исследования вынужденных колебаний па базе динамической модели с пятью степенями свободы была разработана оригинальная программа для расчета динамики привода игольного стола. Также была использована система автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации СИАМ. При компьютерном моделиро вании было исследовано свы-

те 100 типовых режимов с учетом сил трения и зазоров. Для оценки колебаний заданных режимов был использован ингаральный критерий уровня виб-роакгивности К, который определяется следующим образом:

Данный критерий отражает относительную величину интегральной динамической ошибки ускорений игольного стола. На рис.5 приведены графики, показывающие влияние сил трети в направляющих. Анализ показал, что увеличение жесткости направляющих игольного стола приводит- к возникновению дополнительных ускорений от импульсного приложения сил трения. Кроме того, это приводит к увеличению рассогласовашюсга колебаний концов игольного стола.

В результате анализа влияния расположения кривошипно-ползушшх механизмов относительно оси симметрии была выявлена зависимость интегрального критерия К от величины расстояния между кривошипно-ползунными механизмами Ц. Влияние рассматривалось при различных жесткостях направляющих игольного стола, при их отсутствии, а также для различных режимов и зазоров.

На основании вышеизложенного был сделан вывод о целесообразности замены направляющих скольжения игольного стола другим конструктивным решением (см. ниже). Также была реализована динамическая разгрузка привода игольного стола, при анализе которой исследовано влияние на неравномерность вращения входных звеньев и реакций от приводных механизмов, пропорциональных

На рис.6 представлены графики Д с динамической разгрузкой и без неё, с учетом сил трения и зазоров.

(5)

Д = (/ = 1,2).

та

(6)

правый и левый конец игольного стола

* Л=0 £=М0 Ц^о Рт= 0.225

о о

со м ю

СО =50 с"

«1 г-»

правый и левый конец игольного стола

'Г- Д=0 Г =100 {1 = 0.12 Рт= 0.225

0.20

0.0

00=50 с"

КП.47 |

М--^

и

ч^р7

-0,20

о о

со

ГЦ

Ряс. 5

Экспериментальное исследование, изложенное в пятой главе, проведенное на ОАО «Невская мануфактура» на работающей машине ИМ-1800М-А, подтвердило рассогласованность колебаний концов игольного стола.

В тестой главе приведены перспективные направления совершенствова-шш динамических характеристик привода игольного стола и инженерные рекомендации по созданию односекционных иглопробивных машин с рабочей шириной игольного стола 2,5 м.

Во-первых, рассмотрена коррекция частотного спектра с целью отстройки от резонансных режимов по низшим частотам. Этого возможно добиться понижением приведешюй жесткости в цепи главного вала посредством установки упругой муфты на главном валу привода. Следующее направление совершенствования привода заключается в замене направляющих скольжения игольного стола направляющими механизмами. Рекомендуемая разновидность направляющего механизма показана на рис.7, на котором также даны оптимальные параметры звеньев, рассчитанные с помощью ЭВМ. В направляющих механизмах предусмотрена возможность динамической разгрузки с помощью упругих элементов.

Применительно к односекциошшм иглопробивным машинам на 2,5 м были учтены все вышеизложенные способы совершенствования привода игольного стола шириной 1,8 м. Кроме того, для уменьшения инерционных характеристик для стола 2,5 м был проведен динамический анализ при уменьшении массы игольиого стола за счет применения в качестве материала более легких сплавов (силумина и магниевого сплава) и рациональной конструкции противовесов в сегментном исполнении. Частотный анализ и исследование вынужденных колебаний показали, что низшие собственные частоты увеличиваются до значений, близким к 100 с"1 и больше, а резонансных зон в окрестности рабочих скоростных режимов не наблюдается. Были построены графики зависимости интегрального критерия уровня виброакгивности от величины технологической нагрузки, представленные на рис.8. Совместная реализация

0.00

го es

У

о

Cs

6.28

12.56

<

а

í

t

Ч'

'r

i0* >J

o

Ъ

О

о

о

ы

!1

О

Í-J

к

3

II

СП

О

о

0.00

6.28

12.56

выводов, установленных при динамическом анализе машины ИМ-1800М-Л, при технологических нагрузках не выше 20...30% от максимальной технологической нагрузки позволяет достичь рабочих скоростей до 100 с"1 для игольного стола 2,5 м. При этом уровень вибрации оказывается ниже по сравнению с ИМ-1800М-А на рабочей скорости 50 с"1.

олм^- 0

1-силумин 2,5 мш=100с~'

2-магнпй 2,5 м ш=100с"1

/стол 1,8 м ц.=0,12, <в=50с'' стол 1.8 м Ц/=0, сер^Ос"1

0,5

1 Рт/Рм

Рис.7

Рис.8

ОБЩИЕ ИТОГИ И ВЫВОДЫ.

Рассмотренные в диссертации задачи относятся к важной проблеме создания высокопроизводительных иглопробивных машин за счет совершенство-ва-ния динамических характеристик наиболее напряженного механизма- привода игольного стола.

К числу основных результатов диссертации и выводов по работе следует отнести следующие:

1. Предложен ряд динамических моделей для исследования виброактивности привода игольного стола.

Соответствующие этим моделям системы нелинейных дифференциальных уравнений с помощью процедуры линеаризации в окрестности программного

движения приведены к виду дифференциальных уравнений с медленно меняющимися коэффициентами.

. На базе метода условного осциллятора приведен анализ спектра собственных частот. Установлено, что в приводе игольного стола отечественной иглопробивной машины ИМ-1800М-А резонансные зоны по низшим частотам возбуждения перекрываются диапазоном, соответствующим рабочим скоростям машины, что является одной из причин низкой производительности и нестабильности работы данной машины.

. Проведено исследование чувствительности частотного спектра к изменению основных конструктивных параметров привода. Установлено, что две низшие «собственные» частоты в основном зависят от жесткостных характеристик главного вала, в то время как третья частота, близкая к парциальной частоте игольного стола, обусловлена характеристиками изгибиых подсистем поперечных валов.

. На базе метода гармонического баланса разработана методика исследования вынужденных колебаний от кинематического возмущения. Показано, что установка упругой муфты в привод главного вала позволяет в раз снизить амплитудный уровень вынуждетшых колебаний на рабочем диапазоне скоростей. . С пе.чью уст ановления роли трения в направляющих игольного стола и зазоров в кинематических парах было проведено компьютерное моделирование для нелинейной динамической модели с пятью степенями свободы. На основании анализа свыше колебательных режимов установлено следующее: наличие зазоров и динамическая ассиметрия привода может привести к мгновенному за-клшшвающему эффекту в направляющих игольного стола, проявляющемся в значительном импульсном возбуждении и существенном росте виброактивности; имеет место рассогласование ускорений на котщах игольного стола, что свидетельствует о достаточно интенсивных поворотных колебаниях стола; динамическая разгрузка привода игольного стола целесообразна при относительно малых технологических нагрузках, соответствующих выработке нетканых

материалов малой и средней плотности; исследовано влияние конструктивного параметра, характеризующего расположение приводных механизмов относительно оси симметрии игольного стола и выявлены рациональные значения этого параметра; установлена эффективность предложенного интегрального критерия уровня виброактивности привода игольного стола.

6. На базе проведенног о экспериментального исследовшшя подтвержден выявленный при теоретическом анализе частотный спектр и факт рассогласования динамических характеристик на концах игольного стола; последнее приводит к нарушению постоянной толщине плотности нетканого материала;

7. Проведено прогнозирование динамических характеристик для иглопробивной машины с рабочей шириной стола 2.5 м. Показана целесообразность замены направляющих скольжения шарнирно-рычажными направляющими мехашо-мами, а также уменьшение массы игольного стола за счет использования легких материалов (силумин, магниевый сплав). При этом интегральный критерий уровня виброактивности при а = 100 с'1 оказывается ниже соответствующих значений для машины ИМ-1800М-А при со = 50 с~].

8. Разработанные на базе проведенного исследования инженерные рекомендации переданы на ОАО «Вулкан» для внедрения.

По теме диссертации опубликовано: 1. Габибова М.М. Разработка динамических моделей привода игольного стола иглопрбивной машины.-В книге: Конференция по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности, посвященная 60-летию механического факультета СПГУТД, изд. СПГУТД, 1998-С.31.

2. Габибова М.М. Исследование динамических характеристик привода игольного стола иглопробивной машины односекционной структуры,- В кн.: Вестник межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. Тезисы, С-Пб, изд. СПГУТД, 1999-е. 129.

3. Вульфсон И И., Габибова М.М. Динамическая разгрузка привода иглопробивной машины. Вестник СПГУТД, 1998, №2, с. 118-129.

4. Вульфсон И.И., Габибова М.М. Исследование частотных характеристик привода игольного стола иглопробивной машины. /Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1999, №5, с. 97... 101.

5. Габибова М.М. Исследование вынужденных колебаний односекционного привода игольного стола иглопробивной манганы.- В кн.: Сборник статей аспирантов и докторов: Сб. научных трудов/СПГУТД, 1999-с. 104... 108.

6.Преображенская М.В., Вульфсон И.И., Габибова М.М. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2000610065 «Программа для расчета динамики привода стола иглопробивной машины». Москва, 27 января 2000 г.

Лицензия серия ЛП №000285 от 21.10.1999 Оригинал подготовлен авторов Подписано к печати?1Р.^-..00. Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1.2 Заказ Тираж 100 экз. Отпечатало в типографии СПГУТД 121028, г.Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26

Введение.

Глава I. Содержание изучаемого вопроса и обоснование постановки задачи исследования.

1.1 Обзор работы по технологии, расчету и конструированию иглопробивных машин и привода игольного стола.

1.2. Обзор динамических исследований механизмов циклового действия и их приводов с учетом упругости звеньев.

1.3. Анализ литературных источников по исследованию колебательных процессов иглопробивных машин.

1.4 Обзор работ по созданию методов и средств технической диагностики машин текстильной и Чтецкой промышленности.

1.5 Постановка задачи.

Глава II. Частотный и модельный анализ односекционной иглопробивной машины ИМ-18 ООМ-А.

2.1 Динамические модели определение их элементов.

2.1.1 Разработка типовых динамических моделей односекционной иглопробивной машины ИМ-1800М-А.

2.2 Математическое описание динамических моделей привода игольного стола иглопробивной машины.

2.2.1 Система дифференциальных уравнений для изгибной подсистемы привода игольного стола.

2.2.2 Система дифференциальных уравнений для изгибно-кру-тильной динамической модели привода игольного стола иглопробивной машины.

2.2.3 Линеаризация дифференциальных уравнений.

2.2.4 Метод условного осциллятора.

2.3 Программное обеспечение расчета для ЭВМ.

2.4 Анализ результатов исследования частотных и модальных характеристик привода игольного стола иглопробивной машины.

2.5 Исследование чувствительности спектра собственных частот в зависимости от конструктивных и динамических параметров привода игольного стола иглопробивной машины.

2.5.1 Общие положения.

2.5.2 Исследование влияния диаметра главного вала.

2.5.3 Исследование влияния диаметра поперечных валов изгибной подсистемы.

Основные итоги и выводы по главе II.

Глава III. Исследование вынужденных колебаний привода игольного стола иглопробивной машины и факторов, влияющих на формирование динамических характеристик.

3.1 Методика аналитического исследования вынужденных колебаний.

3.1.1 Предварительные замечания.

3.2 Методика аналитического исследования амплитуд вынужденных колебаний на ЭВМ.

3.2.1 Определение амплитуд вынужденных колебаний под действием кинематического возмущения.

3.3 Анализ амплитудно-частотных характеристик вынужденных колебаний механизмов привода игольного стола иглопробивной машины.

3.4 Анализ влияния отдельных факторов на формирование амплитудного уровня вынужденных колебаний.

3.5 Определение вынужденных колебаний под действием импульсного возмущения от технологической нагрузки.

3.6 Неравномерность вращения ведущих звеньев механизмов привода игольного стола иглопробивной машины.

3.7 Динамическая разгрузка привода игольного стола иглопробивной машины.

Основные итоги и выводы по главе III.

Глава IV. Исследования вынужденных колебаний привода игольного стола иглопробивной машины с учетом сил трения в направляющих и зазоров.

4.1 Обоснование необходимости анализа влияния сил трения в направляющих зазоров в сдвоенных механизмах привода игольного стола.

4.2 Нелинейная динамическая модель привода игольного стола при учете зазоров и сил трения в направляющих.

4.3 Анализ вынужденных колебаний с учетом сил трения в направляющих и зазоров.

4.3.1 Влияние сил трения в направляющих игольного стола.

4.3.2 Расположение кривошипно-ползунных механизмов относительно оси симметрии.

4.3.3 Динамическая разгрузка привода игольного стола. 98 Основные итоги и выводы по главе IV.

Глава V. Экспериментальное исследование.

5.1 Цель и задачи экспериментального исследования.

5.1.1 Объект исследования.

5.1.2 Цель и задачи исследования.

5.2 Методика проведения экспериментального исследования.

5.2.1 Описание экспериментальной установки.

5.2.2 Тарирование датчиков.

5.2.3 Программное обеспечение автоматизированного стенда.

5.3 Анализ результатов экспериментального исследования. 109 Основные итоги и выводы по главе V.

Глава VI. Перспективные направления совершенствования динамических характеристик привода игольного стола иглопробивной машины и инженерные рекомендации.

6.1 Совершенствование привода игольного стола односекционной иглопробивной машины ИМ-1800М-А.

6.1.1 Установка упругой муфты на главном валу привода.

6.1.2 Выбор рациональной конструкции противовесов.

6.1.3 Замена направляющих скольжения игольного стола направляющими механизмами.

6.2 Инженерные рекомендации по созданию односекционных иглопробивных машин с рабочей шириной игольного стола 2,5 м. 119 Основные итоги и выводы по главе VI. 128 Общие итоги и выводы. 129 Литература. 131 Приложение!

Актуальность темы. Одним из новых прогрессивных направлений в текстильной промышленности является замена традиционных тканых текстильных полотен новыми неткаными полотнами, в частности иглопробивными, что позволяет значительно повысить производительность труда. Иглопробивное оборудование составляет значительую часть всего оборудования легкой промышленности. Из общего объема мирового производства нетканых полотен иглопробивные полотна всех видов в нашей стране составляют примерно 30%.

Иглопробивной способ занимает ведущее место в области изготовления нетканых материалов средней и высокой поверхностной плотности массы. Он обладает рядом преимуществ по сравнению с другими способами производства нетканых материалов. Иглопробивные материалы эластичны, мягки и близки по свойствам к традиционным текстильным материалам; данным способом можно переработать большой ассортимент волокон без принципиального изменения технологии или оборудования; в ходе процесса не выделяются вредные вещества, загрязняющие окружающую среду; иглопробивные машины в принципе согласуются по производительности с современными чесальными и холстоформирующими машинами; отходы производства могут быть в большей части переработаны повторно.

Замена тканых полотен неткаными иглопробивными полотнами аналогичного назначения позволяет повысить производительность оборудования в сотни раз. Например, иглопробивная машина с рабочей шириной 5,5 м при скорости выпуска полотна 7,6 м/мин имеет производительность 2500 м/ч, что превышает среднюю производительность ткацкого станка в 500 раз. При производстве иглопробивных полотен исключаются многие операции, которые необходимо для производства тканых полотен, увеличивается выпуск продукции с единицы площади, появляется возможность автоматизации процесса [3.45]. Стоит, однако, заметить, что отечественные иглопробивные машины отстают по своим техническим показателям и имеют частоты прокалывания 1100-1500 дв. ходов/мин, в то время как на машинах зарубежных фирм до 2500 дв.ходов/мин. Отставание отечественных машин в значительной степени определяется техническим несовершенством привода игольного стола, подверженного большим технологическим и динамическим нагрузкам.

Рост объема производства требует увеличения производительности отечественных машин, а это влечет за собой увеличение рабочих скоростных режимов. Однако, повышение скоростей работы иглопробивных машин приводит к увеличению лимитирующей роли колебательных процессов, следствием чего является рост динамической нагруженности узлов и механизмов, рассогласованности работы движущихся органов машины, преждевременный износ деталей, увеличение вибрации и повышение шума с возможным выходом за санитарные нормы. Все это непосредственно сказывается на стабильности процесса иглопрокалывания, надежности и долговечности иглопробивных машин. Наиболее существенным источником виброактивности иглопробивной машины является привод игольного стола, однако, сведения о научных разработках данной проблемы по существу отсутствуют, что подчеркивает актуальность проведения данного исследования.

Привод игольного стола иглопробивной машины представляет собой сложную колебательную систему кольцевой структуры. Известные работы по исследованию иглопробивных машин основаны в основном на расчетах остова иглопробивной машины [4.1. .4.4, 4.48, 4.49].

Исследованиям динамических характеристик приводов игольного стола отечественной иглопробивной машины посвящена работа [4.72]. Актуальность данной работы также обусловлена проводимыми в настоящее время поисковыми работами с целью создания на базе привода односекционной структуры иглопробивной машины более высокой производительности при рабочей ширине игольного стола 2,5 м. Поэтому разработка инженерной методики динамического исследования, создание средств исследования и совершенствования динамических характеристик привода игольного стола иглопробивной машины, разработка инженерных рекомендаций по выбору рациональных конструктивных параметров иглопробивной машины, разработка критериев и средств для ускоренной косвенной оценки уровня колебаний иглопробивной машины является актуальной, необходимой и практической задачей. Реализация разработанных методик в виде пакета прикладных программ для ЭВМ позволяет автоматизировать процесс исследования на стадии проектирования и создания опытного образца иглопробивной машины, что существенно сокращает сроки создания и освоения выпуска новых иглопробивных машин большей рабочей шириной игольного стола в соответствии с мировыми стандартами.

Цель работы. Целью работы является создание инженерной методики исследования и совершенствования динамических характеристик привода игольного стола односекционных иглопробивных машин на базе динамических моделей цикловой структуры, их математические описания, создание алгоритмов расчетов и программного обеспечения, разработку инженерных рекомендаций по совершенствованию динамических характеристик.

Методы исследования. В данной работе проведены теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические разделы работы выполнены на основе современных методов аналитической механики, теории колебаний, теории механизмов и машин, вычислительной математики, теории расчета и конструирования иглопробивных машин. Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов проведена на иглопробивной машине односекционной структуры ИМ-1800М-А методами тензометрии с использованием датчиков ускорения. Экспериментальные данные обработаны при использовании методов математической статистики. Аналитические исследования проведены с использованием ЭВМ. Проведено компьютерное моделирование колебательных процессов привода игольного стола с целью выявления оптимальных характеристик привода.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Поставлена и сформулирована задача динамического исследования привода игольного стола иглопробивной машины на базе динамической модели кольцевой структуры.

2. Разработаны типовые динамические и математические модели привода игольного стола, математическое описание.

3. Проведено динамическое исследование привода игольного стола иглопробивной машины, включающее:

- исследование частотного спектра и модальных характеристик;

- исследование вынужденных колебаний;

- исследование чувствительности спектра собственных частот к изменению конструктивных и динамических параметров привода игольного стола иглопробивной машины;

- разработку аналитических и экспериментальных критериев оценки уровня колебаний приводных механизмов иглопробивной машины;

- разработку алгоритмов и программ для исследования динамических характеристик привода игольного стола;

- анализ нелинейных динамических эффектов, связанных с наличием зазоров и сил трения, исследованные с помощью компьютерного моделирования типовых динамических режимов;

- разработку инженерных рекомендаций по совершенствованию привода игольного стола иглопробивной машины с целью улучшения их динамических характеристик.

Практическая ценность. В работе создана комплексная методика динамического исследования, и динамическая модель иглопробивной машины, которые могут быть использованы при исследованиях любого класса иглопробивных машин отечественного и зарубежного производства на всех стадиях создания и освоения выпуска машины. Программная реализация методики позволяет использовать ее, существенно сокращая сроки разработки и внедрения новых классов высокоскоростных иглопробивных машин. Предложенные критерии оценки уровня колебаний и разработанные инженерные рекомендации по выбору рациональных параметров ИМ-1800М-А, способствуют совершенствованию динамических характеристик, снижению виброактивности привода игольного стола и повышению скоростного режима иглопробивной машины.

Разработанные инженерные рекомендации создают предпосылки для проектирования иглопробивных машин с рабочей шириной игольного стола 2,5м, что позволит отечественной продукции выйти на мировой рынок, а также проводить ускоренную оценку динамических характеристик машин, без осуществления трудоемких работ по сборке-разборке машин и монтажу тензорезисторов на основных валах и механизмах машины.

Реализация в промышленности. Результаты работы, включающие разработанные методики исследования, динамические и математические модели, алгоритмы и программы расчетов, инженерные рекомендации по совершенствованию динамических характеристик привода игольного стола ИМ-1800М-А и снижению их уровня колебаний переданы для внедрения на Санкт-Петербургском машиностроительном заводе "Вулкан". Предварительные оценки позволяют считать, что реализация разработанных рекомендаций позволит снизить уровень колебаний на 30-40% на рабочем частотном диапазоне и осуществить отстройку рабочих режимов от резонансной зоны, что приведет к повышению надежности, долговечности и износостойкости, к увеличению наработки на отказ узлов и деталей привода. При проектировании машин это позволит также снизить металлоемкость привода игольного стола и снизить массу игольного стола иглопробивной машины.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности 1998 и 1999 годов Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна; на заседаниях кафедры теории механизмов и машин и кафедры проектирования машин текстильной и легкой промышленности СПГУТД.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ и получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов по работе, имеет 145 страниц машинописного текста, 40 рисунков, список литературы из 182 наименований и приложения, содержащего 32 таблицы.