автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование вязальных механизмов кругловязальных машин

На правах рукописи УДК 677.055.568

АНАИ1КИНА Елена Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВЯЗАЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ КРУГЛОВЯЗАЛЬНЫХ МАШИН

Специальность 05.02.13 - Машины и агрегаты (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна.

Защита диссертации состоится " 15 " декабря 1998 г. в___сов на

заседании диссертационного совета Д 063.67.02 в Санкт-ГГетербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, ул. Б. Морская, 18.

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

Научный руководитель Консультант

д.т.н., проф. Мазин Л.С, к.т.н., доц. Бахматов К.И.

Официальные оппоненты д.т.н., проф. Симин С.Х.

к.т.н. Левит В.Л.

Ведущее предприятие АО "Вулкан'

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного с д.т.н., проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Трикотажные изделия занимают одно из ведущих мест среди товаров широкого спроса, они отличаются разнообразием, удобством в носке, гигиеничностью и красивым внешним видом. Ассортимент трикотажных изделий очень широк - это белье и одежда, полотна медицинского и технического назначения, обивочные и др. Всегда актуальными являются вопросы расширения ассортимента трикотажных изделий, повышения их качества и объемов выпуска. В настоящее время доля трикотажных изделий в общем объеме продукции данного назначения составляет (40-50)%, в том числе 20 % приходится на кругловязальные изделия1.

Одной из проблем, стоящих перед производителями трикотажа является неудовлетворительное качество сырья. При переработке на кругловязаль-ных машинах нитей низкого и среднего качества существенно повышается их обрывность. Для решения указанных задач на однофонтурных кругловязаль-ных машинах применяется техника петлеобразования с переменной отбойной плоскостью, которая предполагает встречное движете игл и платан. Техника вязания с переменной отбойной плоскостью известна достаточно давно, но в последние 20 лет появились новые конструктивные решения. Тем не менее в отечественной и зарубежной литературе машины с переменной отбойной плоскостью изучены недостаточно. Поэтому актуален анализ техники вязания с переменной отбойной плоскостью. Техника вязания с переменной отбойной плоскостью требует усложнения конструкции вязального механизма, так как платина совершает сложное движение, замки имеют моноблочную структуру. Поэтому актуальными вопросами являются исследование движения игл и платан в замках с точки зрения динамики, а также синтез законов их движения. Данная задача актуальна и для вязальных механизмов

1 по данным Заседания специалистов трикотажной промышленности Германии. 1FWS - Frülijahrstagung, Melliand Textilber. - 1997. - 78, № 7-8. - с. 505

однофонгурных кругловязальных машин с традиционной техникой петлеобразования.

Пели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является выдача инженерных рекомендаций по выбору: рациональной циклограммы движения петлеобразующих органов в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью, профилей клиньев игольного и платинного замков на основе математического моделирования динамики игл и платин; исследование натяжения, движения и продольных колебаний нити в процессе вязания; разработка алгоритмического и программного обеспечения для указанных целей.

Методы исследования. При выполнении работы применялись методы математического моделирования. Теоретические исследования базировались на основных законах математики и механики.

Научная новизна. Выполнен сравнительный анализ процессов петлеобразования однофонтурных кругловязальных машин с постоянной и переменной отбойными плоскостями. Получена рациональная циклограмма движения петлеобразующих органов в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью.

Разработаны динамические и математические модели движения игл и платин в замках вязального механизма, учитывающие: неудерживающий характер связи между иглой (платиной) и клином, податливость иглы (платины) в зоне контакта с клином, зазор в паре игла (платина) - клин, а также нелинейность сил, действующих на иглу (платину) со стороны нити и паза игольницы.

Разработано алгоритмическое и программное обеспечение на языке СИ для : определения натяжения нити и силы полезного сопротивления, преодолеваемого иглой при кулировании; моделирования движения иглы в замке

вязального механизма; моделирования движения платины в замке вязального механизма с переменной отбойной плоскостью;

Выполнено моделирование движения петлеобразующих органов в замках вязального механизма. По результатам математического моделирования на ЭВМ выбран компромиссный вариант профиля игольного замка, путем сравнения различных вариантов профилей по минимальным значениям: максимальных ускорений игл, протяженности вязальной системы. Даны инженерные рекомендации для проектирования клиньев замков вязального механизма.

Практическая ценность. Разработанные динамические и математические модели, алгоритмическое и программное обеспечение к ним могут бьггь использованы для анализа движения язычковых игл в замках других трикотажных машин, например, чулочных автоматов, двухфонтурных кругловя-зальных машин и т.д. Рациональная циклограмма движения петлеобразующих органов в вязальном механизме может быть применена в промышленности при проектировании отечественных машин с переменной отбойной плоскостью.

Материалы диссертации будут использованы АО "Вулкан" при модернизации вязального механизма машин типа КЛК. Разработанное программное обеспечение используется в учебном процессе кафедры проектирования машин текстильной и легкой промышленности СПГУТД при подготовке инженеров - механиков спец. 170700 и бакалавров направления 551800 по дисциплине "Математические модели узлов машин и механизмов", в процессе курсового и дипломного проектирования.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на конференции по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности, посвященной 60-летию механического факультета

СПГУТД (1998 г.), научных семинарах кафедры "Проектирование машин текстильной и легкой промышленности", научном семинаре АО "Вулкан".

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 статей и тезисы доклада.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержание изложено на 190 страницах машинописного текста, включающего 40 рисунков, 16 таблиц, 5 приложений, список использованных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, определены новизна и практическая ценность работы.

В первой главе представлена информация о существующих патентах на конструкции вязальных механизмов однофонтурных кругловязалышх машин, а также литературных источников, в которых приведены материалы по теоретическим и экспериментальным исследованиям динамики вязального механизма.

Анализ литературы и патентов показал наличие большого количества конструкций вязальных механизмов однофонтурных кругловязальных машин с относительным передвижением игл и платин. В работе представлена их классификация. В отечественной литературе машины с переменной отбойной плоскостью изучены недостаточно, научно обоснованные рекомендации по их применению отсутствуют. Конструкция с перемешюй отбойной плоскостью рассматривается в монографии И.С. Мильченко, но каких либо исследований не приводится. Поэтому актуальны разработка циклограммы движения петлеобразующих органов в замках вязального механизма данного

типа, исследование его конструкции с точки зрения нагрузок на нить. При этом желательно учесть динамику игл и платан.

Большое внимание исследователи уделили проблеме снижения динамических нагрузок в вязальном механизме. Здесь можно отметить работы В.Н. Гарбарука, И.П. Гайдачука, В.Г1. Волощенко, Е.С. Масленникова, К.И. Молчанова, Е.И. Петрова, Б.Ф. Пипы, С.Х. Симина, В.И. Соломонова и др. Основными направлениями снижения виброактивности вязального механизма считаются следующие: изменение конструкции игл; совершенствование конструкции клиньев петлеобразующих систем; улучшение условий взаимодействия иглы с пазом игольницы и клиновой системой, с учетом имеющих место технологических зазоров между ними. Одним из методов снижения динамических нагрузок считается выбор рационального профиля клиньев замка вязального механизма. Поэтому в работе приведен обзор литературы по синтезу кулачковых механизмов. Вопросам теории, анализу и синтезу кулачковых механизмов посвящены труды И.й. Артоболевского, Н.И. Колчина, Г.А. Ротбарта, К.В. Тира, И.И. Вульфсо-на, В.А. Юдина и многих других. Выбор того или иного закона движения должен производится с учетом технологических функций механизма. Применительно к вязальным механизмам закон движения должен удовлетворять требованиям минимума протяженности вязальной системы и максимальных ускорений петлеобразующих органов.

На основании литературного и патентного обзоров в конце первой главы поставлены задачи исследований.

Во второй главе выполнен сравнительный анализ процессов петлеобразования однофонтурных кругловязальных машин с постоянной и переменной отбойными плоскостями. За основу для дальнейших исследований приняты конструкция вязального механизма многосистемной однофонтурной кругловязалыюй машины типа МС и конструкция с переменной отбойной

плоскостью по патенту ФРГ №3311361. Рассчитаны циклограммы петлеоб-разующих органов для обоих механизмов по методике В.Н. Гарбарука, получены выражения для определения текущей глубины купирования, углов охвата, максимального натяжения нити и силы полезного сопротивления. Показано, что техника вязания с переменной отбойной плоскостью позволяет перерабатывать пряжу с незначительной разрывной прочностью (натяжение нити уменьшается в семь раз) и высоким коэффициентом трения, т.к. петля формируется с использованием минимального количества игл. Предложена методика построения циклограммы петлеобразующих органов в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью из условия минимальности их перемещений: общее вертикальное перемещение поровну распределяется между иглой и платиной, при этом траектория платины является зеркальным отображением траектории иглы.

Разработаны динамическая и математическая модели продольных колебаний нити с учетом ее упругих свойств, которые учитывают действие со стороны системы нитеподачи, петлеобразующих органов, "старых" петель, предыдущей вязальной системы. Полученная математическая модель представляет собой дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных, являющееся сугубо нелинейным из-за действующих сил. Математическая модель может быть решена на ЭВМ, например, с применением метода сеток. Решение математической модели в диссертации не приводится из-за ограниченности объема работы.

Третья глава работы посвящена построению динамических и математических моделей движения игл и платин в замках вязальных механизмов с постоянной и переменной отбойными плоскостями, а также синтезу профилей клиньев.

Динамическая модель движения иглы предложена в виде одномассовой системы. Взаимодействие иглы с каналом игольного замка представлено

упруго-демпфирующим элементом, содержащим элемент типа "люфт". Математическая модель представляет собой нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка вида:

m-[§(t) + A.] = F-Ffc -P-G, при t = ft А.(0) = А,(0) = О,

где m - масса иглы, ¿(t) - вторая передаточная функция поверхности клиньев,

F0(A), А > О, F= О, А, < А <0, F0(A), А < А,,

А = А, - А0, Д. - деформация упругого элемента в зоне контакта иглы и клина, а 0 - длина упругого элемента в установочном положении, А]. максимальная величина зазора в паре игла - клин, Fu - сила трения при движении иглы в пазу игольницы F^ = F° • signet) + A. j ,

Р - сила технологического сопротивления Р 2 Р° • sign^(t) + A. j

(F^ = const, Р° = const - заданы apriori).

Предложена динамическая модель движения платины в замке вязального механизма с переменной отбойной плоскостью. В работе рассматривается конструкция, в которой платина совершает поступательное и качательное движения. Поступательное движение осуществляется аналогично игольному замку. Качательное перемещение платины обеспечивает кулачковый механизм с геометрическим замыканием. В работе получена математическая модель движения платины в виде системы двух независимых обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка, структура которых аналогична уравнению движения иглы.

Прежде чем перейти к моделированию движения петлеобразующих органов требуется задать законы движения иглы и платины. В работе предло-

жен общий вид функции положения, характеризующей поверхность клиньев игольного замка вязального механизма (рис. 1), который обеспечивает заданные перемещения игл в процессе петлеобразования и плавность ее движения. Фазы подъема и опускания иглы, соответствующие заключающему и кулирному клиньям, имеют по три участка: участок постоянной скорости, расположенный в центре, и участки ускоренного и замедленного движения, расположенные по краям. Исходными данными для проектирования замка являются углы подъема п и купирования рк, перемещения иглы в процессе петлеобразования: ъ\ - необходимое перемещение иглы из ее нижнего положения до уровня отбойной плоскости, ъг - подъем иглы до момента схода петли с язычка, 23 - максимальное перемещение иглы в процессе петлеобразования, - перемещение иглы из верхнего положения до момента прессования, - перемещение иглы при кулировании. Стыковка участков клиньев замка вязального механизма производится по условию непрерывности функции положения и первой передаточной функции.

Рис. 1. Функция положения , характеризующая профиль игольного замка

Оптимальным законом, как известно, может считаться закон, обеспечивающий непрерывность второй передаточной функции. Примером может служить закон ускорений "модифицированная трапеция" с оптимальной частотной настройкой, которая предполагает выбор формы боковых сторон трапеции в соответствии с оптимальным законом нагружения. Для кругловя-зальных машин высокого класса протяженность вязальной системы, соответствующая одному циклу работы кулачка, лежит в пределах 20+30 мм, длина криволинейных участков, таким образом, не превышает 10 мм. С точки зрения технологии изготовления кулачков очевидно, что обеспечить на столь малой протяженности закон ускорения типа "модифицированная трапеция" с оптимальной частотной настройкой не представляется возможным. Увеличение же протяженности вязальной системы отрицательно повлияет на производительность машины. Поэтому в качестве криволинейных участков профилей использованы отрезки парабол, синусоид, косинусоид, кривых третьего и четвертого порядков. Получены аналитические выражения функций положения и протяженностей участков клиньев игольного замка для всех видов переходных кривых.

Выбор законов движения платаны осуществлялся по тем же критериям, что и для игл. Исходными данными являются вертикальные и радиальные перемещения платины, которые известны из расчета процесса петлеобразования. С учетом того, что в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью платина совершает вертикальное и качательное движения, требуется построить два соответствующих закона ее движения. Закон вертикального движения платины выбирается по аналогии с законом движения иглы и является его зеркальным отображением (в соответствии с предложенной циклограммой). Закон качательного движения платины должен быть согласован с законом ее вертикального движения, который в свою очередь

согласован с движением иглы. При этом достаточно выбрать закон движения верхней пятки платины, а закон движения нижней пятки получается путем пересчета. Поскольку величины радиальных перемещений платины значительно меньше ее вертикальных перемещений введение прямолинейных участков нецелесообразно и клин состоит из четырех криволинейных участков. В работе получены аналитические выражения функций положения замков вертикального и качательного движений платины.

Четвертая глава работы посвящена моделированию динамики игл и платин в замках вязального механизма. Так как математические модели движения игл и платин существенно нелинейны, их интегрирование проводилось числено на ЭВМ, путем разложения решений в ряды Тейлора до членов шестого порядка малости. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение на языке Си для моделирования движения игл и платан в замках вязального механизма.

По результатам математического моделирования движения игл в замке вязального механизма получены кривые ускорений иглы для различных профилей клиньев замка вязального механизма (пример приведен на рис. 2). Изменение ускорений иглы носит затухающий колебательный характер, в местах перехода с заключающего клина на кулирный и обратно имеются зоны виброударного режима работы (игла движется в зазоре, скорость меняет знак). На рис. 2. а. показана кривая ускорений иглы при движении в замке с прямолинейным профилем клиньев, из которой видно, что величины максимальных ускорений более чем на порядок выше, чем для криволинейных профилей. Выполнен сравнительный анализ профилей клиньев игольного замка с различными переходными кривыми. Критериями оценки служили минимальные протяженность вязальной системы и величина максимальных ускорений игл. Протяженности вязальных систем для профилей с криволинейными участками в виде кривых третъего-чететвертого

2, т/с"

15000.0

10000.0 5000.0

0.0

-5000.0

-юо оо. о

-15000.0

1

шМ иш |1

р* к*

г

I

-0.01 0.00 0.61 0.02 0.03 0.04 0.05

и о

а.

г, т/с*

800.0

-тоо.о

0.0

-400.0

-800.0

-1200.0 111111111111111 и 11 | 11 м 11 и и м | и ) 11 м I и м I >11111 ч п 11 с

-0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

б.

Рис, 2. Характер изменения ускорений иглы, а-прямолинейный профиль, б-профиль с криволинейными участками в виде парабол.

порядка существенно выше, чем для остальных профилей, поэтому они исключены из дальнейшего рассмотрения. Наименьшую протяженность вязальной системы дает профиль с криволинейными участками в виде отрезков косинусоиды, но максимальные ускорения иглы в этом случае в среднем в 1,5 раза больше, чем при движении иглы по клину с переходными кривыми в виде отрезков парабол и синусоид. Сравнение двух последних профилей между собой показывает, что в качестве компромиссного варианта можно выбрать профиль с криволинейными участками в виде отрезков парабол (см. рис. 2. б.). Для выбранного профиля клина выполнена оценка влияния на динамику иглы приведенной жесткости материала иглы, силы трения в пазу игольницы и коэффициента рассеяния при взаимодействии иглы с каналом игольного замка.

В работе выполнено исследование влияния на динамику иглы регулирования глубины кулирования путем изменения положения кулирного клина относительно заключающего в вертикальном направлении. Применительно к математической модели регулирование глубины кулирования осуществляется путем изменения выражений для определения функции положения в месте стыковки заключающего и кулирного клиньев: для всех участков кулирного клина функция положения увеличивается на величину АЬ (регулирование глубины кулирования); между третьим и четвертым участками (см. рис. 1.) вводится горизонтальный участок, на котором зазор между пяткой иглы и поверхностью клина переменный и зависит от формы кулирного клина, а также от ДЬ. Результаты моделирования говорят об увеличении зоны виброударного режима движения иглы в месте стыковки заключающего и кулирного клиньев и максимальной величины ускорений. Для того, чтобы регулирование глубины кулирования не вызывало значительных динамических нагрузок, величина регулирования не должна превышать 50 % от максимальной глубины кулирования.

Выполнено моделирование поступательного и качательного движения платин в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью. В качестве криволинейных участков профилей клиньев платинного замка по аналогии с иглами выбирались отрезки парабол. В работе показано, что сокращение протяженности вязальной системы (при тех же, что и для постоянной отбойной плоскости углах подъема и кулирования) за счет перераспределения перемещений между иглами и платанами, отрицательно сказывается на динамике плагины. Поэтому рекомендуется исключить из профилей прямолинейные участки или уменьшить углы подъема и кулирования. Оценено влияние на динамику вертикального движения платины приведенной жесткости материала платины и коэффициента демпфирования при движении платины в канале платинного замка.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1) Выполнен конструктивный анализ вязальных механизмов с переменной отбойной плоскостью, дана их классификация. Предложена методика построения циклограммы движения петлеобразующих органов из условия минимальности их вертикальных перемещений.

2) Сравнительный анализ зависимостей натяжения нити вязальных механизмов с постоянной и переменной отбойными плоскостями показал, что техника вязания с переменной отбойной плоскостью позволяет снизить натяжение нити более чем в семь раз, что достигается за счет уменьшения протяженности вязальной системы и количества кулирующих. игл. Это дает возможность переработки пряжи с низкими прочностными характеристиками.

3) Получены динамическая и математическая модели для определения натяжения и продольных колебаний нити в процессе вязания с учетом ее упругих свойств.

4) Разработаны динамическая и математическая модели движения игл (для многосистемной однофонтурной кругловязалыюй машины) и платин (за основу для случая переменной отбойной плоскости принята конструкция вязального механизма с вертикальным и качательным движениями платаны, по патенту ФРГ №3311361) в замках вязального механизма. Полученные математические модели являются сугубо нелинейными. Нелинейность обусловлена наличием зазоров в замках и силами сухого трения, действующими в системе.

5) Исходя из технологических требований к процессу вязания, условий обеспечения плавности движения иглы, предложены законы движения игл и платин в замках вязального механизма, состоящие из шести участков, два из которых прямолинейные и сопрягаются друг с другом переходными кривыми. В качестве переходных кривых используются типовые законы движения: параболический, в виде кривых третьего - четвертого порядков, косинусои-дальный и синусоидальный. Получены аналитические выражения для указанных законов движения игл и платин.

6) Разработано алгоритмическое и программное обеспечения для моделирования на ЭВМ движения игл и платин по математическим моделям с использованием разложения решений в ряды Тейлора до членов шестого порядка малости. Программное обеспечение может использоваться для моделирования движения игл и платин в замках вязальных механизмов с постоянной и переменной отбойными плоскостями.

7) Выполнено моделирование движения иглы по клиньям различных профилей с целью выбора одного из предложенных законов движения, обеспечивающих минимальные протяженность вязальной системы и ускорения иглы.

В качестве компромиссного решения предлагается профиль клиньев (закон движения) с криволинейными участками в виде отрезков парабол. Для данного профиля выполнена оценка влияиия на динамику иглы силовых и упру-го-диссипативных характеристик вязального механизма. Увеличение приведенной жесткости особенно влияет на максимальное ускорение иглы в месте стыковки заключающего и кулирного клиньев - оно увеличивается ~ на 25 %.

8) Исследовано влияние на динамику иглы регулирования глубины кулиро-вания путем изменения положения кулирного клина. Результаты моделирования говорят об увеличении зоны виброударного режима движения иглы в месте стыковки заключающего и кулирного клиньев и максимальной величины ускорений, имеющих место в указанной зоне.

9) Выполнено моделирование вертикального и качательного движения платины в замре вязального механизма с переменной отбойной плоскостью. Показано, что сокращение протяженности вязальной системы в два раза (при тех же, что и для постоянной отбойной плоскости углах подъема и кулирова-ния), отрицательно влияет на динамику платан - ^ 50 % времени платина движется в зазоре.

10) Получена рациональная циклограмма движения петлеобразующих органов в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью, учитывающая их динамику. Данная циклограмма может быть использована при проектировании вязальных механизмов отечественных машин как с постоянной, так и с переменной отбойной плоскостью.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Бахматов К.И, Анашкина Е. В. Влияние применения техники вязания с переменной отбойной плоскостью на число вязальных систем. Вестник СПГУТД. СПб: Изд. СПГУТД . 1996 , №1.

2. Мазин Л.С., Бахмают К.И, Анашкина Е. В. Математическая модель движения иглы по заключающему клину. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности,- 1996, №6, с. 63-67.

3. Анашкина Е. В., Бахматов К.И, Мазин Л.С. Моделирование движения иглы по заключающему клину кругловязальной машины. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 1997, №4, с. 69-72.

4. Анашкина Е. В. О постановке задач проектирования трикотажного оборудования для производства искусственного меха . Исследование и разработка механизмов машин и средств автоматизации в текстильной и легкой промышленности. Меж-вуз. сб. науч.тр./ СПб: Изд. СПГУТД, 1998, с.82-85.

5. Анашкина Е. В., Бахматов К.И, Мазин Л.С. Определение предельных значений натяжения и проскальзывания перерабатываемой нкти с учетом ее деформации. Тезисы докладов конференции по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности, посвященной 60-летию механического факультета. СПб: Изд. СПГУТД, 1998, с.45.

Лицензия № 020712 от 02.02.93 Оригинал подготовлен в РИО СПГУТД

Подписано к печати Формат бОх 84 1 16

Усл.печл. Заказ

Тираж экз. Отпечатано в типографии СПГУТД 121028, г.Санкт-Петербург,ул.Моховая, 26

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВЯЗАЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ КРУГЛОВЯЗАЛЬНЫХ МАШИН

Специальность 05.02.13 - Машины и агрегаты (легкая промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., проф. МАЗИН Л.С. Консультант к.т.н., доц. БАХМАТОВ К.И.

На правах рукописи УДК 677.055.568

АНАТТТКИНА Елена Владимировна

САНКТ ПЕТЕРБУРГ - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9

1.1. Обзор конструкций вязального механизма кругловязальных машин 9

1.1.1. Наклонное перемещение платины 11

1.1.2. Две платины 14

1.1.3. Сложное движение платины 14

1.2. Обзор литературы по исследованиям динамики петлеобразующих органов 19

1.2.1. Работы по снижению динамических нагрузок путем изменения конструкции игл 20

1.2.2. Работы по снижению динамических нагрузок путем модернизации клиньев 22

1.2.3. Работы по исследованию условий взаимодействия игл с пазами игольницы и клиновой системой, с учетом технологических зазоров 29

1.3. Обзор литературы по синтезу кулачковых механизмов 33 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 38

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ВЯЗАЛЬНОГО МЕХАНИЗМА 40

2.1. Сравнительный анализ процессов петлеобразования однофонтурных кругловязальных машин с постоянной и переменной отбойными плоскостями 40

2.2. Расчет усилия полезного сопротивления в зависимости от

угла кулирования 51

2.3. Движение и изменение натяжения нити в процессе вязания

за один игольный шаг 67

ВЫВОДЫ 81

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ ИГЛИПЛАТИН В ЗАМКАХ ВЯЗАЛЬНОГО МЕХАНИЗМА 82

3.1. Динамическая модель движения иглы в замке вязального механизма 86

3.2. Математическая модель движения иглы в замке

вязального механизма 88

3.3. Динамическая модель движения платины в замке вязального механизма 90

3.4. Математическая модель движения платины в замке вязального механизма 93

3.5. Выбор закона движения петлеобразующих органов в замках вязального механизма 97

3.5.1. Выбор закона движения иглы в процессе вязания 97

3.5.2. Выбор закона движения платины в процессе вязания 112

3.5.2.1.Выбор закона поступательного перемещения платины 112

3.5.2.2. Выбор закона качательного движения платины 117 ВЫВОДЫ 123

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПЕТЛЕОБРАЗУЮЩИХ ОРГАНОВ В ЗАМКАХ ВЯЗАЛЬНОГО МЕХАНИЗМА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОФИЛЕЙ КЛИНЬЕВ ИГОЛЬНОГО И ПЛАТИННОГО ЗАМКОВ 125 4.1. Алгоритм моделирования движения петлеобразующих

органов в замках вязального механизма 125

4.1.1. Алгоритм моделирования движения иглы 125

4.1.2. Алгоритм моделирования движения платины в замке вязального механизма с переменной отбойной плоскостью 129

4.2. Моделирование динамики иглы в замке вязального механизма 132

4.3. Регулирование глубины кулирования 144

4.4. Моделирование динамики платины в замке вязального механизма с переменной отбойной плоскостью 150

4.4.1. Моделирование вертикального движения платины 150

4.4.2. Моделирование качательного движения платины 158 ВЫВОДЫ 161 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 164 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 167 ПРИЛОЖЕНИЯ 173

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Трикотажные изделия занимают одно из ведущих мест среди товаров широкого спроса, они отличаются разнообразием, удобством в носке, гигиеничностью и красивым внешним видом. Ассортимент трикотажных изделий очень широк - это белье и одежда, полотна медицинского и технического назначения, обивочные и др. Всегда актуальными являются вопросы расширения ассортимента трикотажных изделий, повышения их качества и объемов выпуска. В настоящее время доля трикотажных изделий в общем объеме продукции данного назначения составляет (40-50)%, в том числе 20 % приходится на кругловязальные изделия1.

Одной из проблем, стоящих перед производителями трикотажа является неудовлетворительное качество сырья. При переработке на кругловязаль-ных машинах нитей низкого и среднего качества существенно повышается их обрывность. Для решения указанных задач на однофонтурных кругловязаль-ных машинах применяется техника петлеобразования с переменной отбойной плоскостью, которая предполагает встречное движение игл и платин. Техника вязания с переменной отбойной плоскостью известна достаточно давно, но в последние 20 лет появились новые конструктивные решения. Тем не менее в отечественной и зарубежной литературе машины с переменной отбойной плоскостью изучены недостаточно. Поэтому актуален анализ техники вязания с переменной отбойной плоскостью. Техника вязания с переменной отбойной плоскостью требует усложнения конструкции вязального механизма, так как платина совершает сложное движение, замки имеют моноблочную структуру. Поэтому актуальными вопросами являются исследование движения игл и платин в замках с точки зрения динамики, а также синтез законов их движения. Данная задача актуальна и для вязальных механизмов

1 по данным Заседания специалистов трикотажной промышленности Германии. IFWS - Frühjahrstagung, Melliand Textilber. - 1997. - 78, № 7-8. - с. 505

однофонтурных кругловязальных машин с традиционной техникой петлеобразования.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является выдача инженерных рекомендаций по выбору: рациональной циклограммы движения петлеобразующих органов в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью, профилей клиньев игольного и платинного замков на основе математического моделирования динамики игл и платин; исследование натяжения, движения и продольных колебаний нити в процессе вязания; разработка алгоритмического и программного обеспечения для указанных целей.

Методы исследования. При выполнении работы применялись методы математического моделирования. Теоретические исследования базировались на основных законах математики и механики.

Научная новизна. Выполнен сравнительный анализ процессов петлеобразования однофонтурных кругловязальных машин с постоянной и переменной отбойными плоскостями. Получена рациональная циклограмма движения петлеобразующих органов в вязальном механизме с переменной отбойной плоскостью.

Разработаны динамические и математические модели движения игл и платин в замках вязального механизма, учитывающие: неудерживающий характер связи между иглой (платиной) и клином, податливость иглы (платины) в зоне контакта с клином, зазор в паре игла (платина) - клин, а также нелинейность сил, действующих на иглу (платину) со стороны нити и паза игольницы.

Разработано алгоритмическое и программное обеспечение на языке СИ для : определения натяжения нити и силы полезного сопротивления, преодолеваемого иглой при кулировании; моделирования движения иглы в замке

вязального механизма; моделирования движения платины в замке вязального механизма с переменной отбойной плоскостью;

Выполнено моделирование движения петлеобразующих органов в замках вязального механизма. По результатам математического моделирования на ЭВМ выбран компромиссный вариант профиля игольного замка, путем сравнения различных вариантов профилей по минимальным значениям: максимальных ускорений игл, протяженности вязальной системы. Даны инженерные рекомендации для проектирования клиньев замков вязального механизма.

Практическая ценность. Разработанные динамические и математические модели, алгоритмическое и программное обеспечение к ним могут быть использованы для анализа движения язычковых игл в замках других трикотажных машин, например, чулочных автоматов, двухфонтурных кругловя-зальных машин и т.д. Рациональная циклограмма движения петлеобразующих органов в вязальном механизме может быть применена в промышленности при проектировании отечественных машин с переменной отбойной плоскостью.

Материалы диссертации будут использованы АО "Вулкан" при модернизации вязального механизма машин типа ЮЖ. Разработанное программное обеспечение используется в учебном процессе кафедры проектирования машин текстильной и легкой промышленности СПГУТД при подготовке инженеров - механиков спец. 170700 и бакалавров направления 551800 по дисциплине "Математические модели узлов машин и механизмов", в процессе курсового и дипломного проектирования.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на конференции по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности, посвященной 60-летию механического факультета

СПГУТД (1998 г.), научных семинарах кафедры "Проектирование машин текстильной и легкой промышленности", научном семинаре АО "Вулкан".

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 статьи и тезисы доклада.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержание изложено на 190 страницах машинописного текста, включающего 40 рисунков, 16 таблиц, 5 приложений, список использованных источников.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л Обзор конструкций вязального механизма кругловязальных

машин

В последнее время дальнейшее развитие трикотажного оборудования идет за счет совершенствования техники петлеобразования. Уже появились машины, где процесс петлеобразования обеспечивается встречным движением игл и платан, то есть применением так называемой техники переменной отбойной плоскости. Принцип техники вязания с переменной отбойной плоскостью получил основное свое развитие в последние двадцать лет за счет новых конструктивных решений. Это связано с тем, что техника переменной отбойной плоскости предъявляет высокие требования к надежности функционирования вязальной системы, используемым конструкционным материалам и методам их обработки. Реализация в практику соответствующих конструктивных решений стала возможной с достижением необходимой точности в машиностроении, появлением новых методов упрочнения и обработки металлов, новых технологий и т.д.

Цель данного обзора - анализ изобретений, направленных на конструктивное усовершенствование вязального механизма трикотажной машины; в частности, анализ способов конструктивных решений процесса петлеобразования с применением техники переменной отбойной плоскости.

На обычных однофонтурных кругловязальных машинах платины двигаются только в горизонтальном направлении [1]. Располагаясь между иглами и воздействуя на протяжки петель, они удерживают петли от перемещения вместе с иглами. Недостаток таких машин состоит в том, что угол наклона кулирной части замка необходимо выбирать как можно большим, для того чтобы число одновременно кулирующих игл было минимально возмож-

ным. Большой угол наклона кулирной части замка вызывает значительный износ игл и клиньев, ограничивает возможности увеличения скорости работы машины и применения пряжи с низкой разрывной прочностью.

Во избежание этих недостатков пытаются использовать конструкции вязального механизма, в которых платины перемещаются не только горизонтально, но и навстречу иглам. Термин "переменная отбойная плоскость" впервые использовал И.С. Мильченко в монографии [2]. В зарубежной литературе [3, 4] такая техника петлеобразования получила название Ке1апк.

Для анализа существующих конструкций механизмов с встречным движением игл и платан, были рассмотрены патентные материалы ведущих стран мира: США, ФРГ, Франции, Японии, Великобритании, СССР, Российской Федерации и стран Восточной Европы. При этом была использована реферативная информация из журналов: "Изобретения стран мира "Изобретения в СССР и за рубежом ", описания изобретений к авторским свидетельствам и патентам, реферативный журнал "Легкая промышленность", бюллетень "Открытия. Изобретения" и т.д. Поиск был произведен за двадцать лет, с 1975 по 1995 года.

Анализируя приведенные в патентах способы конструктивных решений процесса петлеобразования с применением техники переменной отбойной плоскости, можно выделить следующие типы конструкций:

1) платина перемещается относительно иглы по наклонной направ-

_ о

ляющеи;

2) две платины, одна из которых совершает вертикальное движение, другая движется горизонтально;

3) платина совершает сложное (поступательное и качательное) движение относительно иглы;

Рассмотрим указанные способы более подробно на базе конкретных конструктивных решений.

1.1.1. Наклонное перемещение платины

Конструкция, представленная в патенте №3986371 (США) [5] содержит платины 1 (см. рис. 1.1. а), закрепленные на вращающемся кольце внешнего цилиндра, и иглы 2, движущиеся по вертикальному пазу 3 игольного цилиндра 4. На одном конце платан 1 имеются горизонтальные кромки 5, образующие отбойную плоскость и расположенные перпендикулярно к движению игл 2. На другом конце платины 1 расположена пятка 6. С помощью кольцевой пружины 7 поддерживается контакт между пяткой 6 и поверхностью 8 крышки 9. Внутренняя поверхность 9 имеет определенный профиль, по которому скользит пятка 6, таким образом чтобы платина 1 двигалась поступательно под углом относительно иглы 2.

В патенте №1393352 США [6], пятка платины 1 и толкателя 2 (направляющей платины) двигаются в горизонтальном пазу (рис. 1.1.6), за счет относительного движения платины 1 и переносного движения толкателя 2 отбойная плоскость, которую образуют бородки платин 1, перемещается вверх и вниз.

В заявке №0351935 Европейского патентного ведомства [7] иглы 1 (рис. 1.1. в) машины, опираются на вращающийся игольный цилиндр 2 и движутся по вертикали относительно оси вращения цилиндра. Платина 3 находится на вращающемся кольце 4, которое расположено снаружи игольного цилиндра 2, и движется поступательно под наклоном вниз в радиальном направлении. Таким образом отбойная плоскость перемещается вверх при опускании иглы 1, и вниз при ее подъеме.

В качестве преимуществ данного типа конструкций можно назвать следующие: отсутствие наложения сил, т.к. платина имеет только одно направление движения; благоприятные условия трения, т.к. игла и платина движутся между жесткими штегами;

Конструкции вязального механизма с наклонным перемещением

платан

Рис. 1.1, лист 1

Рис. 1.1, лист 2

К недостаткам данного типа конструкции можно отнести следующие: из-за наличия платинного кольца усложняется конструкция и ухудшается доступность к зоне петлеобразования; увеличенный ход платан; увеличенные затраты на изготовление;

1.1.2. Две платины

В заявке №3735561 ФРГ [8] предлагается конструкция вязального механизма с платанами двух видов - кулирными 1 и заключающими 2 (рис. 1.2.). Кулирные платины 1 установлены между иглами 3 в игольном цилиндре 4, 5 и перемещаются только в направлении движения игл. Заключающие платины 2 расположены в пазах, выполненных по периферии кольца 6 , охватывающего игольный цилиндр на уровне его верхнего конца 4 и приводимого в движение синхронно с игольным цилиндром . Заключающие платины 2 перемещаются в радиальном направлении между иглами 3, во время их подъема выше отбойно-кулирных платан 2 .

Преимущества данной конструкции: распределение платан на кулирные и заключающие предотвращает перегревание цилиндра машины, уменьшает износ игл и платан; нет наложения сил, т.к. платины движутся в одном направлении;

Недостатки: усложнение конструкции, т.к. необходимо не только платинное кольцо, но и платинное замочное кольцо; более высокие затраты на изготовление; хуже доступность к зоне вязания; увеличивается длина стержня иглы, т.к. требуется место для платинного замка ;

1.1.3 Сложное движение платины

В заявке №3247767 ФРГ [9] предложена конструкция вязального механизма, которая имеет игольный цилиндр 1 (см. рис. 1.3. а) со штегами (на

Конструкция вязального механизма с двумя платанами

Рис. 1.2

рисунке не показаны), образующими путь для перемещения язычковых игл 2. Боковые поверхности штег образуют путь для движения платин 3. Иглы 2 имеют пятки, которые входят в канал игольного замка 4. Платины 3 имеют стержни 5, оканчивающиеся пятками, которые входят в канал платинного замка 6. Каналы игольного и платинного замков образованы на общем блоке замков 7, который вращается относительно игольного цилиндра 1 и задает поступательное движение игл и платин. Для радиального перемещение платин 3 относительно игл 2 на игольном цилиндре 1 предусмотрен направляющий замок платин 8, который представляет собой наклонную поверхность, расширяющуюся к верхнему краю цилиндра, в нее посредством носика 9 упирается платина 3. Для сцепления носиков 9 с замком 8 стержни платин 5 по окружности цилиндра охвачены двумя пружинными поясками 10, которые удерживаются выступами 11 на стержнях платин. В предлагаемой конструкции игольный замок расположен над платинным, что существенно ограничивает возможности узорообразования.

Объектом изобретения в патенте ГДР №215594 [10] является вязальный механизм, пример исполнения которого показан на рис. 1.3. б. На наружной поверхности цилиндра 1 закреплены штеги 2, между ними располагаются хв�