автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование процесса прокладывания уточной нити на ткацких станках СТБ с нитенакопителем

На правах рукописи

ЛТиХСКЧСИ |(|| ТНЛИП ВНШЛЬСНПЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОКЛАДЫВАНИЯ УТОЧНОЙ НИТИ НА ТКАЦКИХ СТАНКАХ СТБ С НИТЕНАКОПИТЕЛЕМ

Специальность 05.19.03 — Технология текстильных материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иииноио -

1УУ8

Работа выполнена в Ивановской государственной текстильной академ!

Научный руководитель -

кандидат технических наук

Губерман М.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ефремов Е.Д.

кандидат технических наук

Корягмн Е.П.

Ведущее предприятие:

ЗЛО "КуроискоН текстиль", г. Куронскос, Москоискам область

Защита состоится 3 декабря 1998 г. п 11 часов иа заседании дисс тационного совета К 063.33.01 в Ивановской государственной текстилы академии по адресу: 153000, г.Иваново, пр. Ф.Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государ! венной текстильной академии.

ЛнторефераI риюоми "(рС" 7 г.

Ученый секретарь диссер га цио I и юго со пета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы диссертации.

Несмотря па большие преимущества ткацких станков СТБ перед чел-1ными, обрывность утка на них остается достаточно высокой, резко снижая icctbo выпускаемой ткани н производительность, которые существенно исят от условий взаимодействия уточной ihitii с игхпшгшпмм, обосночп-эщими ее прокладывание.

Процесс прокладывания утка улучшается при использовании устройств ¡дварптсльпого накопления уточной нити перед ее прокладыванием в зев :овы, так называемых нитенакопителей, которые обеспечивают снижение днего за цикл прокладывания натяжения нити в 1,5...2,0 раза, уменьшают ывность и сокращают число пороков ткани по утку. Нитенакопитель типа М1 является одним из наиболее часто используемых на станках СТБ. Од-о его работа не всегда удовлетворяет ткацкое производство. В частности, выработке технических тканей наОлюдае ich р<iитчнме нарушения про-;а прокладывания (обрывы утка, потери пит» прокладчиком и т.н.), свя-ше с частыми слетами уточной нити с барабана нитенакопителя, высоким знем натяжения на выходе и др. Совершенствование процесса проклады-1я уточной нити на станках СТБ требует комплексного решения задач, анных с условиями прокладывания, Это позволяет получить научно обос-шные рекомендации по повышению производительности бесчелночных ков.

Цели н задачи исследований.

Цслмо настоящий диссертации является совершенствование процесса ладывання уточной нити на ткацких станках СТБ с нитенакопигелем для шения их производительности, расширения ассортиментных возможно-и улучшения качества вырабатываемых тканей.

При реализации поставленной цели решены следующие задачи:

- нсследовано натяжение уточной нитн по зонам се заправки;

- определена деформация уточной нити в различных фазах ее движения;

- предложено и исследовано устройство для выравнивания натяженш уточной нити;

- с помощью разработанного прибора для измерения натяженш уточной нити экспериментально подтверждена выравнивающая способность нового нитенатяжного прибора..

М СТ О Д111С 11 11С С Л СД 0111111 п н.

При теоретическом исследовании процесса и механизмов прокладывания уточной нити применялись методы дифференциального и интегрального исчислений, методы теоретической механики, механики нити, сопротивления материалов и теории упругости.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования, тензометрического измерения натяжения. Обработка результатов эксперимента проводилась с применением методов математической статистики на ПЭВМ.

Иаумиаи пошипи.

В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- разработана математическая модель процесса прокладывания уточной нити на станке СТБ, на основе которой определены натяжение и деформация утка на различных этапах процесса;

- проведено теоретическое исследование работы нитенакопителя НЭМ1 и определено его влияние на процесс прокладывания утка;

- выявлены предельные значения натяжения нити при выходе ее из нитенакопителя из условий допустимого натяжения нити в зеве и полного выбора напуска нити компенсатором;

- разработано и исследовано натяжное устройство, обеспечивающее вы-

[IlllllllinllllC М.'П ИЖ1'1Ш>| уТОЧМОП ши п.

I (рик'пгич'кни цепное п..

Выполненные исследования н предложенные па их основе меры по со-гршенствованшо процесса прокладывания уточной нити позволили расшить ассортиментные возможности станков (ЛЪ, повысить их пронзводи-;льность и улучшить качество вырабатываемых тканей.

Разработан и апробирован прибор оперативного контроля натяжения точной нити, который может использоваться при наладке механизмов про-тадывания утка.

I'e lyjii, 1.11 i.i p.iuuii.i могут оьпь мснользиилнм при модернизации станков ТЬ в производственных условиях п проектиронапии механизмом проклнды-шия уточной нити проектными и конструкторскими организациями.

Реализация результатов работы.

Реализация результатов работы осуществлена на ОАО "Глуховский тек-■иль" Московской области. Годовой экономический эффект от внедрения жомендаций работы, полученный за счет снижения уровня обрывности и )вышения качества ткани, составил 62,8 руб. па одни станок.

Aii|>nf>:ii(iiu рмГхи i.i.

Результаты исследований доложены и полупит положительную (енку па:

- международных научно-технических конференциях в Иванове в 1995 1998 годах;

- расширенном заседании кафедры теории механизмов и проектирова-[я текстильных машин ИГТА (г.Иваново, 1998 г.);

- научно-техническом совете АО "Куровской текстиль" ( г.Куровское осковской области, 1998 г.);

- научно-техническом сонете ОАО "Глухомскнп текстиль" (г.Погпнск псковской области, 1ЧУХ г.).

Структур» и оГп.см работы.

Диссертация состоит из четырех глав, имеет выводы и рекомендацш список литературы, включающий 109 наименований, и приложения. Текс изложен на 147 страницах, включая 38 рис. и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В мерном главе обоснована актуальность темы диссертации, иыполне; анализ работ но исследованию процесса прокладывания утка на ткацки, станках СТ1>, на основе которого выявлены основные тенденции их соаср шенствования и развития, поставлена цель работы и намечены задачи иссле дований.

Среди бесчелночных ткацких станков наибольшее распространение ] текстильной промышленное™ и текстильном машиностроении Российско! Федерации получили ткацкие станки СТБ с микропрокладчиками.

Выпускаемые серийно с начала 90-х годов станки С'ГЬУ второго поко ленпи и 1,3 рта превышают производительность аналогичных станков СТ1 первого поколения, парк которых к 1991 году составил более 120 тыс. еди ниц. Тем не менее, даже улучшенные станки СТБУ уступают по основныл техническим показателям (производительность, частота вращения главной вала, обрывность основных и уточных нитей, уровень автоматизации) более чем в 1,5 раза станкам фирмы 5и1гег-1Ш1 (Швейцария).

Опыт эксплуатации ткацких станков СТБ показывает, что наибольшее количество отказов (до 80%) и затрат времени на их восстановление (дс 88%) приходится на механизмы, связанные с прокладыванием уточной нити.

Исследованию натяжения уточной нити по зонам заправки в различных фазах ее движения, как одной из причин обрывности утка и потерь нити прокладчиком, посвящены работы многих авторов, в которых проведены согла-

сование работы механизмов прокладывания уточной нити и оптимизация их параметров. Однако в рассмотренных работах недостаточное внимание уделено учету упругих свойств нити и определению ее деформации п процессе ее прокладывания. Кроме того, мало исследованы устройства предварительного накопления уточной нити перед ее прокладыванием в зев основы, так называемые нитенакопители, которые обеспечивают снижение среднего за цикл прокладывания натяжения ниш в 1,5...2,0 раза.

Анализ исследований показал, что оптимизация параметров технологического процесса прокладывания уточной нити на ткацких станках СТБ возможна на основе комплексного решения следующих задач:

- определения натяжения уточной нити по зонам ее заправки;

- установления деформации уточной нити н р.тиигшых фатах ее движения;

- разработки устройства для выравнивания и экспериментального исследования натяжения уточной нити.

Во второй главе осуществлено теоретическое исследование натяжения уточной нити по зонам ее заправки: на входе нити в нитенакопитель, при наматывании и сматывании нити с поверхности барабана нитенакопителя, при прохождении нити механизмов уточного тормоза и компенсатора, а также определены параметры движения нитепрокладчика при его разгоне и движении.

Натяжение нити, сматываемом с бобины, является входным для нитенакопителя и для его расчета использовалась известная формула Исакова Н.П. Показано, что колебания натяжения уточной нити зависят от ее линейной плотности и диаметра бобины и для хлопчатобумажной пряжи линейных плотностей 14...72 гекс достигают 5,8%. С целыо уменьшения колебаний натяжения нити в конструкции нитенакопителя НЭМ1, применяемого на станках СТБ и исследуемого в работе, предусмотрена установка дополни-

тельного нитепатяжного устройства гребенчатого типа, предназначенного для выравнивания натяжения нити при входе ее в накопитель.

Проведенные исследования показали, что эта же цель может быть достигнута более простым техническим решением за счет введения второго ни-тенаправителя, расположенного ближе к торцу бобины на прямой, совпадающей с ее осью. Это снижает колебания натяжения нити при входе в накопитель до 0,5 %.

При наматывании уточной нити на барабан нитенакопителя найдена общая сила трения Р^ при перемещении всей намотки, по его поверхности (свободное сматывание) в виде

п _

¥т~ ^ Г, [Т, (К0 -ТЧДИ>-ЩйнЕ¥ф[1 - С08 0,5(Р! +Р2)]/К0 , (1) 1=1

3 где А - коэффициент трения нити по поверхности пластины барабана; Т1 - натяжение витка нити;

До - расстояние от оси барабана до рабочей поверхности пластины в ее начале; и - уклон барабана; п - число внткоп в намотке; <1„ - диаметр намотки;

Е, Г - модуль упругости и площадь поперечного сечения нити;

Р1, р2 - центральные углы пластин барабана.

На основании (1) определены параметры наладки нитенакопителя.

При свободном сматывании нити с поверхности барабана нитенакопителя, первоначально составлена система уравнений равновесия нити на пластине барабана, на основании которой найдено натяжение нити на выходе с нитенакопителя, которое определялось с помощью ПЭВМ.

Алгоритм расчета величины натяжения нити при выходе ее с нитенакопителя учитывает влияние длины намотки нити на барабан накопителя, ли-

нейной плотности нити, расположения точки схода нити с барабана (точка схода может находится либо на пластине накопителя, либо между пластинами), углов огибания нитью выходного кольца барабана и направляющего глазка после него, взаимного расположения кольцевой щетки и торца барабана и номера щеток.

По разработанному алгоритму составлена программа расчета натяжения нити при пыходс сс с иитспакоиителя. Результаты расчетов показывают, что среднее натяжение нити при сходе с пластин барабана зависит от линейной плотности нити и с увеличением длины намотки нити на барабан накопителя линейно уменьшается. Чтобы получить минимальное натяжение на выходе, рекомендовано установить длину намотки равной 20 мм. При большей длине намотки происходит неконтролируемый слет витков с барабана.

Дальнейшие исследования показали, что длина намотки оказывает влияние и на величину колебаний натяжения нити при сходе с барабана, которые увеличиваются с увеличением длины намотки и достигают 10 % от среднего значения натяжения. Эти колебания обусловлены особенностями конструкции пластинчатого барабана накопителя и происходят с частотой, кратной числу пар пластин, и при шести парах пластин барабана накопителя при сматывании одного витка нити наблюдается шесть периодов изменения ее натяжения. При сматывании нити с пластин барабана натяжение существенно увеличивается (в 1,5...2,0 раза) по сравненшо с натяжением за счет сил 1рения, обусловленных огибанием нитью кольца барабана, направляющего глазка и кольцевых щеток. Причем больший вклад в увеличение натяжения вносит первые два элемента. Кольцевые щетки, наряду с увеличением среднего значения натяжения, вызывают снижение амплитуды его колебаний, причем с увеличением силы прижатия щеток эффект сглаживания натяжения нити возрастает.

При прохождении нити через уточный тормоз получено выражение для татяжения, учитывающее цикловую диаграмму его работы.

На этапе компенсации уточной нити изменение натяжения опреде.1 лось с учетом закона перемещения подвижного глазка компенсатора.

Определена необходимая начальная скорость нитепрокладчика, со< щаемая ему боевым механизмом станка, учитывающая приведенную а сопротивления движению прокладчика и длину его свободного полета.

На основании проведенных теоретических исследований даны реком> дации по наладке нитенакопителя. Так для хлопчатобумажной пряжи лши ных плотностей от 14 до 72 текс оптимальная длина намотки на бара( должна лежать в пределах 17,5...21,0 мм.

В третьей главе осуществлено исследование продольной деформа: уточной нити в процессе ее прокладывания и определен возможный нап; длины нити при торможении нитепрокладчика в приемной коробке стаи Продольная деформация уточной нити находилась на этапах разгона, своб ного полета и торможения нитепрокладчика.

На этапе разгона нитепрокладчика получены выражения для натяже] уточной нити на участках: "нитепрокладчик - выходной гла компенсатора", "выходной глазок компенсатора - глазок подвижного рыч компенсатора" , "глазок подвижного рычага компенсатора - входной гла компенсатора" , "входной глазок компенсатора - уточный тормоз - ните копитель" с учетом деформации нити.

Первоначально на каждом участке определялись продольная дефор ция нити, первая и вторая ее производные по времени, учитывающие уп гие свойств нити, переменность длины нити и сил сопротивления ее дви нию. Продольная деформация и скорость ее изменения в конце этапа разг нитепрокладчика приняты за начальные условия при нахождении указан! параметров на следующем этапе.

На этапе свободного полета нитепрокладчика с уточной нитью дви ние представлено системой двух дифференциальных уравнений: уравнен] движения прокладчика как сосредоточенной массы на упругой связи с ш

менным по времени коэффициентом жесткости нити на растяжение и уравнением движения нити переменной длины, недеформируемой в продольном направлении и связанной с нитепрокладчиком упругим безмассовым элементом с переменным коэффициентом жесткости нити на растяжение. Система уравнений решалась численно методом Рунге-Кутта четвертого порядка. В результате определили параметры нити и нитепрокладчика в момент его входа в приемную коробку станка, которые являлись начальными условиями для решения уравнений движения нити и прокладчика на этапе его торможения.

На этапе торможения прокладчика в приемной коробке при определении деформации уточной нити и возможного напуска его длины принимались во внимание не только продольная жесткость нити, но и закон перемещения нитепрокладчика в приемной коробке. Движение нити рассматривалось последовательно. Первоначально учитывалось уменьшение инерционных сил нити при торможении нитепрокладчика из-за уменьшения упругой составляющей ее удлинения, полученного на предыдущих этапах движения нити. Затем учитывалась выборка > упругого удлинения нити при условии ее нерастяжимости. В результате получили уравнение в виде

где ц - линейная плотность нити; ],„ - длина недеформируемой нити;

х„ - длина нити, выбираемая прокладчиком при его торможении;

- удлинение нити при входе прокладчика в приемную коробку; Ет - сила торможения прокладчика в приемной коробке; т - масса прокладчика;

s

(2)

¡=2

хп - скорость прокладчика в конце периода свободного полета;

Т| - натяжение нити при выходе с нитенакопителя;

1 - номер зоны.

Уравнение решалось численным методом и первоначально определялось время ^ падения до нуля упругой деформации нити, полученной на предыдущих этапах движения нитепрокладчика, и время 1Т торможения ните-ирокладчика в приемной коробке станка.

Рассмотрены три варианта: - 1| , > Г| и < I] .

Для каждого из этих вариантов получено решение дифференциального уравнения движения уточной нити с определением длины петли ее напуска в зависимости от установленных значений технологических параметров.

Результаты необходимых расчетов, проиллюстрированы графиками. Анализ полученных зависимостей позволил установить, что натяжение уточной нити в момент прилета прокладчика в приемную коробку зависит от линейной плотности уточной нити и при минимальном значении ее патя-жеппя па выходе из нитенакопителя колеблется н пределах 8,5...24,0 % от разрывной нагрузки и является по расчетам максимальным. При увеличении натяжения нити на выходе из нитенакопи теля се натяжение в момент прилета прокладчика в приемную коробку увеличивается пропорционально.

Предельные значения натяжения нити (не более 50% от ее разрывной нагрузки) при выходе с нитенакопителя для нитей линейных плотностей от 14 до 72 текс находятся в интервале от 9 до 48 сН, что меньше диапазона регулировки нитенакопителя.

Показано, что на величину напуска длины шпп влияют силы инерции пптп п сс упругой деформации. (' увеличением лпнеппоп плотности нити ее

инерция, с одной стороны, возрастает, что приводит к увеличению напуска.

1

С другой стороны, с увеличением линейной плотности уменьшается продольная деформация нити. Суммарное значение напуска уменьшается с увеличением линейной плотности нити.

Установлены предельные значения натяжения нити при выходе ее с ни-тенакопителя из условий допустимого натяжения нити в зеве и полного выбора необходимого напуска компенсатором.

На основании выполненных исследований для осуществления высокопроизводительной и качественной переработки утка линейных плотностей 14...72 текс на станках СТБУ с нитенакопителем НЭМ1 предложено ввести после нитенакопителя гребенчатый нитенатяжитель новой конструкции.

В четвертой главе осуществлено теоретическое и экспериментальное исследование выравнивающей способности предложенного гребенчатого нитенатяжителя.

Отличительная черта предлагаемого нового гребенчатого нитенатяжно-го прибора (положительное решение от 22.05.98 по заявке № 97118500/12(019203) о выдаче патента РФ) заключается в подвижном закреплении каждого зуба гребенки, что позволило снизить инерционность подвижных частей нитенатяжителя и улучшить его выравнивающую способность.

При исследовании выравнивающей способности в натяжном устройстве выделен элемент, состоящий из двух неподвижных и одного подвижного зубьев гребенки, для которых по формуле Эйлера найдено натяжение ветвей нити и на основе уравнения равновесия подвижного зуба определен коэффициент выравнивания натяжения.

Определены оптимальные значения параметров нитенатяжителя с учетом закона изменения жесткости зубьев по ходу движения уточной нити и их количества, а также координаты центра глазка при недеформируемой плоской эружине гребенки. Критериями оптимизации являлись коэффициенты вырав-швания и приращения выходного натяжения нити.

Введение в систему заправки уточной нити дополнительного натяжного 'стройства ограничивает возможность выработки ткани с уточной нитью ли-

нейной плотности менее 18 текс, так как натяжение в этом случае может превышать значение разрывной нагрузки.

Зависимость натяжения уточной нити на этапе прилета прокладчика е приемную коробку от натяжения па ни ходе с пиТспакопитсля остается линейной, но среднее значение натяжения при этом возрастает.

Выявлен возможный напуск длины уточной нити при включении в систему заправки натяжного прибора. Зависимости возможного напуска от е( натяжения и линейной плотности показаны на рис. 1 и 2. Возможный напуа при использовании нитенатяжителя увеличивается с ростом упругой дефор мации нити (при минимальном натяжении на выходе с накопителя), не уменьшается с увеличением натяжения на этом же участке и при этом сужа ется диапазон его изменения.

Предложена конструкция двухканального измерителя натяжения нити с помощью которого фиксировалась динамическая составляющая натяжеши и оценивался коэффициент выравнивания нитенатяжного прибора. Экспери ментальные исследования предложенного нитенатяжителя подтвердили ег< выравнивающую способность, определенную теоретически.

В приложениях приведены программы расчетов натяжения и продоль ной деформации нити, параметров движения прокладчика, методика подго товки измерителя натяжения нити к работе. Представлены акты внедрени результатов работы в ОАО "Глуховский текстиль" с годовым экопомиче ским эффектом 62,8 руб. на один станок, полученным за счет снижения об рывности утка и улучшения качества вырабатываемой ткани.

Рис. 1. Зависимость возможного напуска нити от её линейной плотности

Гнс. 2. 'Ьишснмосп. ишможною мнпуска ши н линейной плотности 72 текс от сё натяжении при выходе с нитсиакопителн

ОМЦШС 11ЫПОДЫ И ИСКОМК11ДЛЦИII

1. Выявлены и ранжированы научные проблемы по совершенствованию параметров прокладывания уточной нити на станках СТБ с нитенакопителем.

2. Проведены теоретические исследования изменения натяжения на различных участках заправки уточной нити в зависимости от различных факторов.

3. Установлено, что при несоосном расположении бобины и накопителя снижение колебаний натяжения нити при сматывании достигается введением дополнительного питенапрашпеля взамен дополнительного натяжного устройства, при этом оптимальная длина намотки уточной хлопчатобумажной пряжи линейной плотности от 14 до 72 текс на барабане нитенакопителя НЭМ1 составляет 17...21 мм.

4. Уточнена математическая модель процесса прокладывания уточной нити с использованием нитенакопителя утка, позволяющая определить ее упругую деформацию по зонам заправки и величину возможного напуска нити.

5. Теоретически и экспериментально показано, что доминирующее влияние па образование возможного напуска длины питн оказывают упругие, а не инерционные силы движущейся уточной нити.

6. Определены предельные значения натяжения нити на выходе с накопителя из условий допустимого натяжения нити в зеве и полного выбора напуска компенсатором.

7. Предложено оригинальное устройство для выравнивания натяженш нити (положительное решение от 22.05.98 по заявке № 97118500/12(019203 о выдаче патента РФ), определены оптимальные параметры конструкции 1 область его рационального применения.

С помощью разработанного двухкаиального измерителя мгновенного, среднего и максимального значений натяжений нити экспериментально подтверждена выравнивающая способность нового нитенатяжного прибора.

Публикации, отражающие основное содержание диссертации:

1. Михеичев В.В., Губерман М.С., Степанов В.В. Стенд для исследования сматываемой с бобины нитн // Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих жологичеекп чистых технологий » текстильной и легкой промышленности (Прогресс-95): Тез. докл. международной научи.-техн. конф. - Иваново, 1995.

2. Михеичев В.В., Губерман М.С., Сакалов М.А., Скурнхин В.В., Кистень A.A. Математическая модель прокладывания уточной нити на ткацких станках типа СТБ // Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве (Прогресс-98): Тез. докл. международной паучп.-техм. копф,- Имлиопо, 1998.

3. Михеичев R.R., Губерман М.С., Сакалов М.Л.. Степанов П.П.. Степанова JI.И. Разработка гребенчатого натяжного устройства усонершепство-иаппой конструкции // Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве (Прогресс-)8): Тез. докл. международной научи,-теки. конф. - Иваново, 1998.

4. Михеичев В.В., Губерман М.С., Сакалов М.А., Степанов В.В., Степа-юва JI.B. Устройство для натяжения нити. Заявка № 97118500/12(019203), триоритет от 30.10.97. Положительное решение о выдаче патента РФ от >2.05.98.

5. Михеичев U.U., Губерман М.С., Сакалов М.А., Степанов U.U., Степа-юва Л.U. К вопросу о натяжении уточной нитн па ткацких станках типа СТБ / Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы тек-

стильной и легкой промышленности (Прогресс-98): Тез. докл. международной научн.- техн. конф. - Иваново, 1998.

6. Мкхеичев В.В., Губерман М.С., Сакалов М.А., Степанов В.В. Разработка усовершенствованного устройства для компенсации на тяжения уточной нити // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-98): Тез. докл. международной научн.-техн. конф. - Иваново. 1998.

/. Михеичей В.В., Губерман М.С., Кулида Н.А., Скурихин В.В. Двухка-нальпый прибор дин измерения натяжения иити // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-98): Тез. докл. международной научн.- техн. конф. - Иваново, 1998.