автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологические методы повышения работоспособности кулачковой пары зевообразовательного механизма круглоткацкой машины

На правах рукописи

Королев Павел Александрович

«Технологические методы повышения работоспособности кулачковой пары зевообразовательного механизма круглоткацкой машины»

Специальность: 05.02.08 - «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2013

I 1 МАР 2013

005050723

005050723

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный текстильный университет

имени А.Н. Косыгина» (в январе 2013 г. ФГБОУ ВПО «МГТУ имени А.Н.Косыгина» переименован в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мнацаканян Виктория Умедовна заведующая кафедрой «Технология текстильного машиностроения и конструкционных материалов» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Официальные оппопенты: доктор технических наук, профессор

Тимирязев Владимир Анатольевич, профессор кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «Станкин»

кандидат технических наук, доцент Хостикоев Михаил Заурбекович, доцент кафедры «Стандартизация, сертификация и управление качеством производства нефтегазового оборудования» ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И М. Губкина»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский

государственный машиностроительный университет «МАМИ»

Защита состоится «18» апреля 2013 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.200.01 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И М. Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 65, корп.1, ауд. 1137.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Отзыв на автореферат просьба направлять в двух экземплярах по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета Д 212.200.01

Автореферат разослан « » марта 2013 г.

Ученый секретарь /'

диссертационного совета, . //

к.т.н., доцент Т.А.Чернова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Круглоткацкие текстильные машины представляют собой уникальное станочное оборудование, предназначенное для массового и крупносерийного производства круглотканых полотен неограниченной длины из натуральных, синтетических и металлических нитей. На таких машинах в России и в странах СНГ изготавливают пожарные рукава, гибкие ракетные сопла из металлизированной нити, полипропиленовые покрытия, чехлы, мешки и другие изделия массового спроса.

Рассматриваемая в работе круглоткацкая машина мод. ТКП-110-У предназначена для выработки пожарных рукавов из льняных волокон. Заказчиками такого оборудования и получаемых на нем изделий являются ряд предприятий и стратегически важные Федеральные ведомства, в числе которых МЧС, Федеральное космическое агентство (ФГУП «Институт термохимии», г. Пермь) и др. Между тем, запчасти для такого оборудования в России не производят. Приобретение запчастей для быстроизнашиваемых деталей таких машин требует значительных валютных затрат. Поэтому разработка современных технологий технического обслуживания и ремонта круглоткацких машин в данный момент является важной актуальной задачей.

Работа выполнялась в МГТУ им. А.Н. Косыгина в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы № 02.532.12.9002.

Цель исследования заключается в выявлении технологических решений, обеспечивающих комплексное восстановление и повышение работоспособности кулачковой пары круглоткацкой машины, ресурс работы которой уменьшается в результате интенсивного износа при эксплуатации станка.

з

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научные задачи:

1. Выявить технологические решения, обеспечивающие возможность эффективного восстановления работоспособности кулачковой пары.

2. Разработать мероприятия, обеспечивающие технологичность объекта производства и повышение ресурса работы кулачковой пары.

3. Выявить связи, определяющие работоспособность кулачковой пары круглоткацкой машины.

4. Исследовать механику формирования отклонений параметров работоспособности кулачковой пары в процессе эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в решении актуальной научной задачи - выявление связей, определяющих составляющие технологического обеспечения, применяемого для восстановления работоспособности кулачковой пары, повышения качества и ресурса ее работы и достоверной оценки рабочего состояния. Составляющими научной новизны являются:

- раскрытие размерных связей узла, позволивших разработать метод регулировки с применением неподвижных компенсаторов для достижения требуемой точности зазора и восстановления работоспособности кулачковой пары с использованием размерных групп роликов;

- метод восстановления локально изношенных рабочих поверхностей чугунного винтового кулака, предусматривающий нанесение функциональных покрытий и отделку их выглаживанием;

- технологическое обеспечение условия качественного взаимодействия кулака и ролика, основанное на нанесении медесодержащих плакирующих покрытий на локальные рабочие поверхности кулака;

- обеспечение технологичности конструкции кулачковой пары и достоверности оценки ее работоспособности в процессе эксплуатации станка;

выявление механических и физических связей, определяющих причины потери работоспособности кулачковой пары круглоткацкой машины, функционирующей в условиях граничного трения;

Практическая значимость работы включает:

1. технологию восстановления работоспособности кулачковой пары, основанную на применении метода регулировки с использования в качестве неподвижных компенсаторов пяти групп ремонтных роликов;

2. технологию восстановления локально изношенных рабочих поверхностей чугунного кулака с использованием газотермического напыления и последующей финишной обработки методами ППД;

3. технологичность предложенной новой конструкции ролика из полиуретанового материала с латунными вставками, которая позволяет повысить ресурс работы кулачковой пары и уменьшить уровень шума;

4. предложенную методику оценки состояния рабочих поверхностей пары «кулак-ролик» с использованием современных методов вибродиагностики и видиоэндоскопии;

Работа прошла апробацию. По результатам исследования опубликовано 14 работ, в числе которых 4 работы относятся к перечню изданий, рекомендованных ВАК РФ. Результаты докладывались на Всероссийских и международных конференциях в МГТУ «МАТИ им. К.Э. Циолковского», МГТУ «СТАНКИН», в МГТУ им. А.Н. Косыгина, в МГУДТ и др.

Структура и объем работы: работа включает 4 главы и приложение. Общий объем 155 страниц, включая 53 рисунка, 13 таблиц и список литературы в количестве 93-х наименований.

В первой главе дается анализ состояния проблемы,

рассматриваются особенности конструкции и работы круглоткацких машин, изготавливающих изделия по заказу стратегически важных Федеральных ведомств. Приводится анализ технологических задач сокращения простоев круглоткацких машин, возникающих вследствие потери работоспособности отдельных деталей и узлов машин.

Рассматриваются технологические методы обеспечения точности машин, восстановления их работоспособности, технического обслуживания и ремонта.

Значительный вклад в решение технологических задач достижения качества изготовления машин и технологического обеспечения машиностроительных производств внесли профессора B.C. Балакшин, В.П. Вороненко, В.Я. Кершенбаум, В.М. Кован, И.А. Коганов, B.C. Корсаков, A.M. Кузнецов. A.A. Кутин, A.A. Маталин, В.Г. Митрофонов, А.Н.Овсеенко, Я.М. Радкевич, А.П.Соколовский, Ю.М. Соломенцев, А.Г. Суслов, и др.

Технологическим вопросам ремонтного восстановления и модернизации оборудования посвящены работы A.C. Калашникова, A.A. Мизери, JI.K. Сизенова, М.А. Москалева, P.M. Малафеева, В.У. Мнацаканян, М.С. Островского, А.Г. Схиртладзе, В.И. Терентьева и др.

Для зевообразовательного механизма круглоткацкой машины функционально важной задачей является определение силы взаимодействия ролика ремизной секции с кулаком в месте контакта ролика с винтовой рабочей поверхностью кулака. Важным является также обеспечение требуемого закона движения ролика и ремизной секции на всех фазах ее движения и выстоя. В отличие от известных подходов к динамическому анализу подобных механизмов в данной работе в расчетную динамическую схему вводятся нити основы. Это позволяет приблизить условия анализа к действительным и оценить степень влияния нитей основы на уровень нагрузок и характер их распределения на всех фазах реверсивного движения и выстоя секций.

Анализ технологий ремонта кулачковых пар круглоткацких машин, применяемых в реальном производстве, показал, что эти технологии требуют длительной остановки оборудования и являются не эффективными. При этом в литературе отсутствуют рекомендации по восстановлению работоспособности подобных кулачковых пар, масса которых составляет 200 кг.

В результате ставится задача разработки эффективных технологических методов повышения работоспособности кулачковой пары круглоткацкой машины, дается обоснование целей и задач исследования.

Во второй главе рассматривается работа зевообразовательного механизма круглоткацкой машины ТКП-110-У, который обеспечивает создание зева для введения челноком уточной нити. Основным функциональным элементом зевообразовательного механизма является кулачковая пара, представленная на рис.1.

Рис.1. Схема работы кулачковой пары зевообразовательного механизма круглоткацкой машины

Кулачковая пара обеспечивает возвратно-поступательные циклические перемещения ремизок с переменной скоростью и ускорением. Динамика взаимодействия поверхностей ролика и паза такова, что смена участков рабочих поверхностей на фазах подъема и после выхода ремизок из выстоя приводит к отрыву ролика от нижней рабочей поверхности паза и его контакту с пазом кулака в противоположном направлении. Это является основной причиной возникновения локального износа рабочих поверхностей кулака и ролика.

Изменение проекций сил инерции упругой составляющей нитей основы [•'„„ и реакции нижней поверхности паза кулака /?пр до наступления момента отрыва ролика ремизки показаны на рис.2.

Рис.2. Изменение сил инерции £>, упругой составляющей нитей и реакции нижней поверхности паза кулака Лпр

Изменения сил реакций, возникающих на рабочей поверхности кулака при движении ремизки вверх и вниз , определяет выражение (2):

Ш.

1

Соя а ■ Со«(3

+ т ■ Мм я

7Г/2„Ш \ И -Я>*|

2ф л л%а>1 2Ф2| \У1 ■ Ф*| /,2 + 2О0 А

(2)

которое позволяет рассчитать силы реакции, возникающие на рабочей поверхности кулака при движении ремизки вверх и вниз.

Установлено, что наличие зазора в кулачковой паре обусловливает систематическую смену баз в соединении кулак — ролик и возникновение переменной ударной нагрузки на их рабочих поверхностях, что приводит к

возникновению зон интенсивного износа поверхностей и потере работоспособности зевообразовательного механизма.

Рис.3. Диаграмма распределения реакций рабочих поверхностей паза кулака

по периметру

Рис.4. Диаграмма зон износа рабочих поверхностей паза кулака

В результате компьютерного моделирования разработаны 313 модели кулака и ролика, представленные на рис. 6.

Рис. 6. Разработанные ЗБ модели кулачковой пары

Использование современной системы инженерного анализа (САЕ-системы) и конечно-элементных моделей кулака и ролика позволило исследовать контактное взаимодействие кулака и ролика. В результате определены поля напряжений и деформаций. Это позволило выполнить совместный расчет напряженного состояния элементов кулачковой пары. В результате получены эпюры напряжений и деформаций, возникающих на рабочих поверхностях ролика и кулака в зонах их интенсивного износа (см. рис. 7.)

ю

Оадачж "3вдяч*_0" Напряжения »коивалентные, Масштаб перемещений: 150451

Мзи= 1.156*006 - 21йЕ*т

1.0916*005

Рис. 7. Картина напряжений, возникающих на рабочей поверхности

ролика

В третьей главе рассматриваются вопросы диагностики состояния кулачковой пары и технологии восстановления геометрии изношенных рабочих поверхностей кулака. Для оценки текущего состояния кулачковой пары по ее фактическому состоянию предлагается использовать методы

вибрадиагностики и видеоэндоскопии. В работе разработана схема управления техническим состоянием круглоткацкого станка по данным вибрационного контроля.

Для выполнения визуального осмотра деталей и узлов станка в труднодоступных местах предложено использовать методы видеоэндоскопической диагностики, что позволяет значительно уменьшить трудоемкость слесарно-сборочных работ при выполнении технического обслуживания и ремонта. Предложены технологии восстановления геометрии изношенных рабочих поверхностей кулака путем нанесения антифрикционных износостойких покрытий и последующей их отделочной обработки поверхностным пластическим деформированием.

11

Исследования методов восстановления работоспособности изношенных поверхностей кулака показали целесообразность применения эффективных технологий газотермического напыления, которые позволяют восстановить изношенную рабочую поверхность чугунного кулака с глубиной износа от 1 до 2-х мм, не вызывая при этом необратимых изменений физико-механических свойств чугунной подложки. С этой целью в качестве материалов для покрытий обосновано предложены сплавы на основе меди — ПГ-19М-01, ПР-БрАМц 9-2, ПР-БрОС 7-10, а также медесодержащий самофлюсующийся порошковый сплав системы №-Сг-В-81 - ПР-НД42СР. Выбор данных материалов обусловлен возможностью получения качественного покрытия на чугунных деталях. Кроме того, наличие меди в покрытиях продлевает ресурс работы кулачковой пары за счет возникающего в условиях граничной смазки эффекта избирательного переноса на чугунной поверхности кулака и медесодержащего покрытия.

Все покрытия наносились плазменным напылением. Прочность сцепления Осц покрытий с основой составила: для бронзовых покрытий, при условии их нанесения через подслой композиционного никель-алюминиевого порошкаПТ-НА-10, в переделах 23...25 МПа; для самофлюсующихся сплавов после оплавления покрытий - 40...45 МПа. Таким образом, коэффициент безопасности по сцепляемости Кбс, рассчитываемый по формуле К5с = Осцтт/Оэкспшх с учетом характера и величины действующих в кулачковой паре эксплуатационных нагрузок составил 2,3 и 3,6, соответственно, для бронзовых и самофлюсующихся покрытий. Это определяет достаточно высокий уровень эксплуатационных свойств покрытий для условий мягкого удара при взаимодействии с текстолитовым роликом.

Для отделки восстановленных покрытием рабочих поверхностей кулака предложено поверхностное пластическое деформирование (ППД) с использованием в качестве инструмента широких гладилок (см. рис. 8).

а-схема обработки; б- схема рабочей части гладилки. 1— кулак, 2 — корпус гладилки, 3 — суппорт станка, 4 — винт крепежный; 5— рабочая часть гладилки, 6- ролик - выглаживатель

При этом для проведения бездефектной обработки с учетом механики и геометрии контакта деформирующего инструмента с покрытием разработана и предложена методика расчета основного параметра процесса ППД - усилия деформирования Р. Установлено, что глубина внедрения инструмента /г„, усилие деформирования Р, а также зона распространения пластических деформаций Нп при выглаживании покрытий широкими гладилками должны быть строго регламентированы. Так, удельное усилие деформирования с учетом деформационного упрочнения материала покрытия при отделочном ППД и глубина области пластической деформации рассматриваются как функции:

Р = ); н=/(ип,и),

где /г„ - глубина внедрения инструмента в покрытие, мм;

N — радиус деформирующего инструмента, мм;

к — постоянная пластичности материала покрытия, равная половине его условного предела текучести а0 2, МПа.

Полученные в диссертации выражения позволяют рассчитать необходимые и достаточные усилия деформирования предложенных металлопокрытий. Рассчитываемые усилия обеспечивают достижение

требуемого качества поверхностного слоя и степень его упрочнения без нарушения прочности сцепления с основой.

Отделка поверхностей кулака, широким выглаживанием обеспечивает достижение требуемой геометрической точности' поверхности и ее шероховатости по Ла в пределах-от 0,2 до 0,3 мкм при пористости покрытия от 2 до 5%.

В четвертой главе излагаются конструкторско-технологические методы повышения ресурса работы -кулачковой пары круглоткацкой машины. Для достижения точности зазора в соединении кулак-ролик. предложено использовать метод регулировки с неподвижным компенсатором, роль которого, выполняет ролик. Это позволяет обеспечить- требуемый зазор в •кулачковой паре «глределах от нижнего . ='А" = 0.5мм до верхнего =Дд = 0,8мм. значений при величине износа паза кулака до 1 мм с использованием пяти групп роликов. Величину ступени компенсации Р, представляющую собой разность диаметральных размеров смежных роликов-компенсаторов, определяем по формуле:

Л А '"

А, - А.

N '

где д;в,д;я - предельные отклонения ширины паза, обусловленные размерным износом его рабочей поверхности. При отклонениях д|"= 1,0 , А';' = 0 и N =5 получим: Р = (1,0 - 0) / 5 = 0,2 мм.

В процессе эксплуатации-станка контролируют изменение ширины паза кулака Д^ и в зависимости, от-износа устанавливают ролики большего ремонтного размера (см. таблицу).

Отклонения ширины паза Д[ (мм) (Д8-Д"). 0-0,2 (Д'-А")п 0,2-0,4 (Дя-Д")ш 0,4-0,6 (Ав-Д"),у 0,6-0,8 (Дв-Дя)у 0,8-1,1

№ группы и диаметр Л ремонтного №1 №11 №111 № IV № V

ролика 114"°'5 11ч-0,6 114-°-3 -0,4 114"01 1 -0,2 114°-' 1140'3 1 0,2

Схема соответствия ширины паза Д1 и диаметра Б устанавливаемого ролика представлена на рис. 9.

Д? =0,5 Тд Д|=0,8

VI?

Рис 9. Схема соответствия отклонений ширины паза кулака Д] и диаметра устанавливаемого ролика Проверка расчета диаметральных размеров пяти групп компенсаторов, выполняемая по формулам:

=Д1 =Л?-Л'; =0,8; =А1 =А»-Авр =0,5, где А°,Л";Д® ,А"р - предельные значения износа паза кулака и предельные значения отклонений роликов, подтвердила правильность расчета: Для группы № I ... Для группы № III ... Для группы № IV ^ = Д1 = 0,2 - (-0,6) = 0.8.. Я* = Д1 = 0,6 - (-0,2) = 0,8.. = Дяд = 1,0 - (-0,2) = 0,8 5„„ = А" = 0-(-0,5) = 0,5 .. ^ = Д" =0,4-(-0,1) = 0,5.. =Д" =0,8-0,3 = 0,5.

В работе рассмотрен также метод достижения требуемого зазора в соединении кулак-ролик путем пригонки размера ролика по сопрягаемому размеру паза кулака.

В диссертации предложены более технологичные варианты конструкции

кулачковой пары, позволяющие обеспечить определенность базирования

ролика в пазе кулака, снижение трения в кулачковой паре и повышение ресурса

15

ее работы, на что получены патенты [11, 12, 13].

Для уменьшения коэффициента трения, а, следовательно, и износа кулачковой пары, предложено изменение конструкции и материала ролика; показана целесообразность применения металлоплакирующей смазки.

Сущность новой технологии, представленной на рис. 10, заключается в том, что тело ролика 1, изготовленного из текстолита, покрывается полиуретаном 2 с добавлением в него металлоплакирующих медесодержащих присадок. Для изготовления таких роликов была разработана многоразовая литейная форма из фторопласта.

Модернизированная конструкция ролика с полиуретановым покрытием

Литейная форма в сборе: 1 - направляющая; 2 - литейная форма: 3 — текстолитовая заготовка; 4 - технологический паз _

Рис. 10. Технология получения модернизированного ролика

Полиуретановое покрытие снижает ударные нагрузки на ролик. При этом в процессе износа ролика медь будет восстанавливаться на освобожденных от оксидов поверхностях ремизоподъемного кулака фрикционным методом.

Одной из проблем данного механизма является сложность подачи смазки в зону контакта кулачковой пары. Эта проблема решается за счет того, что по периметру ремизоподъемного ролика предусматриваются полости 3, из которых по капиллярам 4 поступает смазка с закисью меди. При этом по периметру ролика 1, изготовленного из текстолита, крепятся медные пластинки 2 (рис. 11).

/ / о ~ N / © о \ и!..............я \ 2 /7

1 о / Э '¿У

Конструкция ролика с металлоплакирующим устройством Медная пластинка, крепящаяся в тело ролика

Рис. 11. Модернизированная конструкция ролика с медными пластинками

Внедрение в производство результатов исследований, подтвержденное соответствующими актами, показало их экономическую эффективность. Годовой экономический эффект от внедрения разработанных технологий на одном круглоткацком станке составляет 160 ООО руб., а на участке цеха, включающего пятнадцать станков, составляет 2,4 млн. рублей. Результаты исследований внедрены также в учебный процесс университета.

Заключение и общие выводы

В результате проведения теоретических и экспериментальных исследований дано новое решение актуальной научной задачи - выявление связей, определяющих составляющие технологического обеспечения, применяемого для восстановления работоспособности кулачковой пары, повышения качества и ресурса ее работы и достоверной оценки рабочего состояния.

]. Установлены физические причины, определяющие снижение работоспособности кулачковой пары круглоткацкой машины и их влияние на стабильность и точность работы зевообразовательного механизма, непосредственно влияющего на точность хода роликов и ремизок в процессе образования зева.

2. Разработанный метод поддержания точности зазора в кулачковой паре, основанный на применении регулировки с использованием пяти групп ремонтных роликов, выполняющих роль неподвижных компенсаторов, позволяет обеспечить требуемую точность соединения в кулачковой паре при величине износа паза кулака до 1,0 мм.

3. Предложенный метод восстановления локально изношенных винтовых поверхностей чугунного кулака, основанный на нанесении функциональных покрытий с последующей финишной обработкой поверхностным пластическим деформированием, позволяет восстановить работоспособность кулачкой пары и повысить ресурс ее работы в 2 - 3 раза.

4. Установлено, что нанесение на локальные рабочие поверхности кулака медесодержащих плакирующих покрытий является важной составляющей технологического обеспечения, позволяющего создать условия качественного контактного взаимодействия кулака и ролика.

5. Проработка на технологичность существующей конструкции ролика-толкателя позволила создать новую более технологичную конструкцию с заменой базового материала - текстолита на полиуретан с латунными вставками, что обеспечивает стабильность работы механизма, уменьшение уровня звукового давления и повышения ресурса работы кулачковой пары.

6. Предложенные методы вибродиагностики и видеоэндоскопии позволяют осуществлять систематический контроль технического состояния рабочих поверхностей кулачковой пары, своевременно определять необходимость регулировки зазора в соединении и восстанавливать локально изношенные поверхности кулака.

7. Результаты исследований нашли эффективное внедрение на производстве и в учебном процессе вуза при подготовке специалистов по технологии изготовления и ремонта текстильных машин. Годовой экономический эффект от внедрения разработанных технологий на одном круглоткацком станке составляет 160000 руб., а на участке цеха, выключающего 15 станков, составляет 2,4 млн. руб.

Основные публикации по теме диссертации

В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мнацаканян В.У., Гуляев Е.С., Королев П.А. Обеспечение точности относительного положения тканеформирующих механизмов бесчелночного ткацкого станка. «Прогрессивные технологии машиностроительных производств» Приложение ГИАБ-2011, № 12. М.: «Горная книга», с. 57 — 61.

2. Королев П.А., Лохманов В.Н. Исследование и модернизация ремизоподъемного механизма круглоткацких станков. Известия ВУЗов «Технология текстильной промышленности» № 3, Иваново. 2012г., с. 88-91.

3. Королев П.А., Лохманов В.Н. Кинематика сопряжений зевообразующего механизма круглоткацкой машины ТКП-110-У. Известия ВУЗов «Технология текстильной промышленности» № 4, Иваново. 2011 г., с. 116 -119.

4. Королев П.А., Лохманов В.Н. Динамика износа рабочих поверхностей кулака ремизоподъемного механизма ткацкой машины. Известия ВУЗов «Технология текстильной промышленности» № 1, Иваново. 2011 г., с. 106 -109.

В других изданиях

5. Мнацаканян В.У., Зиновьева И.И., Королев П.А. Эффективные технологии восстановления эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей машин. Сборник научных трудов семинара 22 «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя горняка» 23-27 января 2012. М.: МГГУ, 2012 г., с. 168 - 170.

6. Королев П.А., Мнацаканян В.У. Восстановление работоспособности эксцентриковых механизмов газодинамическим напылением. «XXXVIII Гагаринские чтения» Научные труды Международной молодежной научной конференции. Москва. 10-14 апреля 2012 М.: МАТИ 2012, с. 61- 62.

7. Мнацаканян В.У., Королев П.А., Керимжанова М.Ф. Достижение точности зазора в соединении кулак-ролик методом регулировки с неподвижным компенсатором. «Инновационные технологии, оборудование и материалы в машиностроении»: Сб. тезисов международной научно-практической конференции. - Алматы, 2012. 86-91

8. Королев П.А., Лохманов В.Н. Модернизация роликов круглоткацкой машины ТКП-110-У. Сборник тезисов докладов НТК «Поиск», Иваново 2011, с. 217 -219.

9. Королев П.А. Модернизация роликов ремизоподъемного механизма круглоткацкого станка ТКП-110-У. МГУДИТ «Плакирующие технологии» сборник докладов научного семинара 19 ноября 2010 г., с. 32 — 34.

10. Королев П.А., Лохманов В.Н. Анализ погрешности обработки посадочного отверстия ремизоподъемного кулачка. Сборник тезисов к докладам НТК «Текстиль XXI века» 2010 г, с. 205 - 206.

11. Королев П.А., Москалев М.А. Повышение точности изготовления кулачков ремизоподъемного механизма ткацких машин. Сборник научных трудов аспирантов Выпуск 15 МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2009 г, с. 37 -41.Аспирантский сборник МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2009 г, с. 37 — 41.

12. Королев П.А. и др. Патент на полезную модель № 110092 (заявка №

2011121901). Ролик демпфирующий. Приоритет от 31 мая 2011 г. Приоритет От 31 мая 2011 г.

13. Королев П.А. и др. Патент на полезную модель № 108449 (заявка № 2011121900). Ролик с металлоплакирующим устройством. Приоритет от 31 мая 2011 г.

14. Королев П.А. и др. Патент на полезную модель № 110093 (заявка №

2011121902). Ролик демпфирующий. Приоритет от 31 мая 2011 г.

Научное издание

Королев Павел Александрович

Технологические методы повышения работоспособности кулачковой пары зевообразовательного механизма круглоткацкой машины

Автореферат

Подписано в печать 11.03.2013 Формат 60х 90 1/16. Бумага 80 г. Усл. иеч. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 73.

Отпечатано в Издательском центре ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» 127055, Москва, Вадковский пер., За Тел.: 8(499)973-31-93

На правах рукописи

04201355443

Королев Павел Александрович

«Технологические методы повышения работоспособности кулачковой пары зевообразовательного механизма круглоткацкой машины»

Специальность: 05.02.08 - «Технология машиностроения»

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение....................................................................................2

Глава 1. Состояние вопроса. Обоснование цели и задач исследования..?

1.1. Особенности конструкции, работы и технического обслуживания круглоткацких машин....................................................................7

1.2. Технологические задачи сокращения простоя и повышения производительности работы круглоткацких машин................................13

1.3. Обоснование целей и задач исследования.......................................19

Глава 2. Исследование причин потери работоспособности кулачковой

пары зевообразователыюго механизма.............................................23

2. 1. Обоснование технических требований на соединение профильного кулака и ролика ремизки круглоткацкой машины ТКП-110-У.................................23

2.2. Исследование влияния характера работы кулачковой пары на формирование износа их рабочих поверхностей....................................32

2.3. Исследование напряжений и деформаций на рабочих поверхностях

кулака и ролика.............................................................................41

2.4 Выводы..................................................................................52

Глава 3. Технологические методы восстановления и отделки рабочих поверхностей кулака зевообразователыюго механизма......................54

3.1. Оценка текущего состояния кулачковой пары методами вибрадиагностики и эндоскопии......................................................54

3.2. Восстановление изношенных рабочих поверхностей ремизного кулака газотермическим напылением..........................................................69

3.3. Технология восстановление рабочих поверхностей кулака газодинамическим напылением........................................................80

3.4. Отделка восстановленных поверхностей кулака методом ППД с использованием широких гладилок...................................................88

3.5. Выводы..................................................................................97

Глава 4. Конструкторско-технологнческие методы повышения ресурса работы кулачковой пары круглоткацкой машины...........................99

4.1. Достижение точности зазора в соединении кулак-ролик методом

регулировки с использованием неподвижного компенсатора..................99

4.2. Достижение требуемого зазора в соединении кулак-ролик путем пригонки размера ролика по сопрягаемому размеру паза кулака............105

4.3. Модернизация конструкции кулачковой пары для обеспечения определенности базирования ролика в пазе кулака..............................107

4.4. Уменьшение коэффициента трения и износа кулачковой пары путем изменения конструкции ролика и применения металлоплакирующей смазки.......................................................................................113

4.5. Внедрение и экономическая эффективность исследования................123

4.6. Выводы................................................................................126

Заключение и общие выводы........................................................127

Список литературы.......................................................................129

Приложение:

1. Данные ЗБ моделирования кулака и ролика и исследования их напряженно-деформированного состояния.........................................138

2. Патенты..................................................................................145

3. Акты внедрения........................................................................150

4. Дипломы и грамоты..................................................................153

Введение

Актуальность темы диссертации. Круглоткацкие текстильные машины представляют собой уникальное станочное оборудование, предназначенное для массового и крупносерийного производства круглотканых полотен неограниченной длины из натуральных, синтетических и металлических нитей. На таких машинах в России и в странах СНГ изготавливают пожарные рукава, гибкие ракетные сопла из металлизированной нити, полипропиленовые покрытия, чехлы, мешки и другие изделия массового спроса.

Рассматриваемая в работе круглоткацкая машина мод. ТКП-110-У предназначена для выработки пожарных рукавов из льняных волокон. Заказчиками такого оборудования и получаемых на нем изделий являются ряд предприятий и стратегически важные Федеральные ведомства, в числе которых МЧС, Федеральное космическое агентство (ФГУП «Институт термохимии», г Пермь) и др. Между тем как, запчасти для такого оборудования в России не производят. Приобретение запчастей для быстро изнашиваемых деталей таких машин требует значительных валютных затрат Поэтому разработка современных технологий технического обслуживания и ремонта круглоткацких машин в данный момент является важной актуальной задачей.

Работа выполнялась в МГТУ им. А.Н. Косыгина в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы №02.532.12.9002.

Цель исследования заключается в выявлении технологических решений, обеспечивающих комплексное восстановление работоспособности кулачковой пары круглоткацкой машины, ресурс работы которой уменьшается в процессе интенсивного износа при эксплуатации станка.

if"

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научные задачи:

1. Выявить технологические решения, обеспечивающие возможность эффективного восстановления работоспособности кулачковой пары.

2. Разработать мероприятия, обеспечивающие технологичность объекта производства и повышение ресурса работы кулачковой пары.

3. Выявить связи, определяющие работоспособность кулачковой пары кругл откацкой машины.

4. Исследовать механику формирования отклонений параметров работоспособности кулачковой пары в процессе эксплуатации станка. Научная новизна работы заключается в решении актуальной научной

задачи - выявление связей, определяющих составляющие технологического обеспечения, применяемого для восстановления работоспособности кулачковой пары, повышения качества и ресурса ее работы и достоверной оценки рабочего состояния. Составляющими научной новизны являются:

- раскрытие размерных связей узла, позволившее разработать метод технологической регулировки с применением неподвижных компенсаторов, обеспечивающих достижение требуемой точности зазора и восстановление работоспособности кулачковой пары с использованием размерных групп роликов;

- метод восстановления локально изношенных рабочих поверхностей чугунного винтового кулака, предусматривающий нанесение функциональных покрытий и их отделки выглаживанием;

технологическое обеспечение условия качественного контактного взаимодействия кулака и ролика, основанного на нанесении медесодержащих плакирующих покрытий на локальные рабочие поверхности кулака;

обеспечение технологичности конструкции кулачковой пары и достоверности оценки ее работоспособности в процессе эксплуатации станка.

- выявление механических и физических связей, определяющих причины потери работоспособности кулачковой пары круглоткацкой машины, функционирующей в условиях граничного трения;

Практическая значимость работы включает:

1. технологию восстановления работоспособности кулачковой пары, основанную на применении метода регулировки с использования в качестве неподвижных компенсаторов пяти групп ремонтных роликов;

2. технологию восстановления локально изношенных рабочих поверхностей чугунного кулака с использованием газотермического напыления и последующей финишной обработки методами ППД;

3. технологичность предложенной новой конструкции ролика из полиуретанового материала с латунными вставками, которая позволяет повысить ресурс работы кулачковой пары и уменьшить уровень шума.

4. предложенную методику оценки состояния рабочих поверхностей пары «кулак-ролик» с использованием современных методов вибродиагностики и эндоскопии;

Работа прошла апробацию. По результатам исследования опубликовано 14 работ, в числе которых 4 работы относятся к перечню изданий, рекомендованных ВАК РФ. Результаты докладывались на Всероссийских и международных конференциях в МГТУ «МАТИ им. К.Э. Циолковского», МГТУ «СТАНКИН», в МГТУ им. А.Н. Косыгина, в МГУДТ и др.

Структура и объем работы: работа включает 4 главы и приложение. Общий объемом 155 страниц, включая 53 рисунка, 13 таблиц и список литературы в количестве 93 наименований.

Глава 1. Состояние вопроса. Обоснование целей и задач исследования 1.1.Особенности конструкции, работы и технического обслуживания

круглоткацких машин

Круглоткацкие текстильные машина представляют собой уникальное станочное оборудование, предназначенное для массового и крупносерийного производства круглотканых полотен неограниченной длины из полотняных, синтетических и металлических нитей. На таких машинах в России и в странах СНГ изготавливают пожарные рукава, гибкие ракетные сопла из металлизированной нити, полипропиленовые покрытия, чехлы, мешки и другие изделия массового спроса. Общий вид современной круглоткацкой машины представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Общий вид современной круглоткацкой машины. Рассматриваемая в работе круглоткацкая машина мод. ТКП-110-У предназначена для выработки пожарных рукавов из льняных волокон. Символика элементов марки машины обозначает: Т - ткацкая, К - круглого, П - выработка пожарных рукавов и чехлов, 110 - максимальный внутренний

диаметр рукава в мм, У - универсальная. Основные технические данные круглоткацкой машины мод. ТКП-110-У приведены в табл. 1.1.

Технические характеристики Таблица 1.1

Элемент характеристики Значение

Частота вращения главного вала 60 мин"1

Число прокладываемых уточных нитей 120 нитей в мин.

Внутренний диаметр вырабатываемого рукава 51...110

Число одновременно работающих челноков 2

Число галев в секции 22

Количество секций 12

Тормоз основы Автоматический дифференциальный без опорного трения

Технические параметры

Число нитей основы до 1000

Линейная плотность основной нити 165-166 текс

Линейная плотность уточной нити 1000-3400 текс

Вид переплетения гарнитурное

Плотность изделия по утку (число нитей на 10 см) 33-45

Уработка основы % 6-30

Длина намотки изделия на товарный валик до 500 м

Размер и вид уточной паковки: челнок

Диаметр 80 мм

Длина 400 мм

Масса 1000 г

Вид намотки бескаркасная

Размеры навоя:

Диаметр фланцев 600 мм

Рассадка фланцев 1350 мм

Диаметр ствола 175 мм

Длина ствола с шипами 1660 мм

Количество навоев на машине 2

Электродвигатель основной:

Тип А02-41-6

Мощность 3 кВт

Частота вращения ротора 970 мин"1

Электродвигатель поворота нбора:

Тип АО 1-22-4

Мощность 0,4 кВт

Частота вращения ротора 1400 мин 1

Габаритные размеры:

Без платформы 1900X2510X3323 мм

С платформой 2600X2800X3410 мм

Масса 7300 кг

На круглых ткацких станках осуществляется непрерывное прокладывание уточной нити. Такие станки являются многозевными с

волнообразным зевом.

Технологические операции на многозевных ткацких машинах совершаются непрерывно и параллельно-последовательно в нескольких зонах по ширине заправки основы или вдоль основ. На таких машинах необходимо непрерывное введение нескольких уточных нитей в систему зевов и непрерывное прибивание их к опушке ткани.

Принципиальная схема работы станка с многоволновым зевом, бегущим вдоль опушки, представлена на рис. 1.2 Многоволновой зев, применяемый на круглых станках, определяет главную технологическую особенность этих станков. В отличие от круглых станков, на которых ткань имеет опушку в виде полной или неполной окружности, на плоских многозевных машинах вырабатываемая ткань имеет прямолинейную опушку.

| Ткан*

Рис. 1.2. Схема формирования ткани на многозевной круглой машине

При этом в зависимости от конструкции плоские машины делят на две группы: с зевами вдоль основы и с зевами поперек основы ткани.

На рис. 1.2 зев 1 представлен в форме волны, несущей в каждом гребне челнок 2 с утком 3, который движется в одном направлении с постоянной скоростью. Зев открываясь перед челноком и закрываясь непосредственно за ним. Бердо на многозевных машинах состоит из

отдельных дисков 4 со сложным профилем и отличается от берд, применяемых на челночных и бесчелночных ткацких станках. Диски установлены на вращающемся валу 5. При непрерывном тканеобразовании скорость прокладывания уточной нити составляет 2-6 м/с.

Общий вид конструкции челнока круглоткацкой машины и его корпуса представлены на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Общий вид конструкции: а - челнока; б - корпуса челнока круглоткацкой машины Производительность такой круглоткацкой машины зависит:

- от числа зевов, количество которых может составлять 8.. .32,

- от заправочной ширины, от числа прокладываний утка, -от обрывности нитей основы и утка,

-от времени выполнения операций при ликвидации остановов машины и от других факторов.

На рис. 1.4. представлена схема кругового перемещения комплекта нитепрокладчиков, создающих непрерывное формирования полотна.

Рис. 1.4. Схема кругового перемещения комплекта нитепрокладчиков Непрерывный процесс формирования ткани на круглых ткацких машинах имеет значительные технико-экономические преимущества по сравнению с формированием ткани на бесчелночных ткацких станках последних конструкций. В табл. 1.2 приведены сравнительные данные ткацких станков при выработке ткани полотняного переплетения. Динамические нагрузки на уточную нить при меньшей скорости движения нити значительно снижаются, уменьшается обрывность нитей, улучшается качество ткани. На челночных и бесчелночных ткацких станках с увеличением ширины станка число прокидок утка в 1 мин уменьшается, на ткацких машинах при непрерывном тканеобразовании число прокладываний

утка не зависит от ширины станка. Наиболее эффективно ткацкие машины могут применяться при большой заправочной ширине (3,3...3,6 м). Многозевные ткацкие машины работают в значительно более спокойном динамическом режиме, а следовательно, более надежно. Шум, возникающий при работе машины такого типа, во много раз ниже шума, создаваемого челночным станком, и находится примерно на уровне шума, вызываемого работой круглой трикотажной машины.

Таблица 1.2

Характеристики ткацких станков с различными способами прокладывания утка при выработке ткани полотняного переплетения

Ткацкие станки

Показатели о. и г п К з 2 53 "? з- о <и 3 а N С сч га 1 с и X О а 1 из н и о 1 Р. О _ Ег и: О ¡о я « ч 1 2

ч ш я — 5 ^ у < 1 О. О С -с и > и С X С 8 5 а и X С г 0| о & СО св о £ С я е 1 § |

Заправочная ширина станка см 118 118 123 246 354

Частота вращения главного вала об/мин 235 360 400 240 -

Число полотен в заправке шт. 1 1 1 2 2

КПВ станка - 0,876 0,884 0,871 0,89 0,761

Обрывность нитей: по основе по утку обрыв/м 0,23 0,2 0,23 0,2 0,25 0,1 0,15 0,06 0,1 0,02

Норма обслуживания станки 26 18 14 9 8

Фактическая производительность станка тыс.м. утка/ч 2,22 18,82 22,29 27,27 65,83

Съем ткани с единицы площади м7ч 0,721 1,027 1,348 0,81 1,893

Для производства круглотканых полотен, тканных полипропиленовых мешков, чехлов, покрытий в России и странах СНГ широко используются круглоткацкие станки австрийской фирмы «Старлингер» и их модели, изготавливаемые в Индии, Турции и некоторых других странах.

Заказчиком такого оборудования и получаемых на нем изделий являются ряд предприятий и стратегически важные Федеральные ведомства, в число которых входит МЧС, Федеральное космическое агентство (ФГУП «Институт термохимии», г Пермь) и др. Между тем как, запчасти для такого

оборудования в России не производят. Приобретение запчастей для быстро изнашиваемых деталей таких машин требует значительных валютных затрат Поэтому разработка современных технологий технического обслуживания и ремонта круглоткацких машин в данный момент является важной актуальной задачей.

12. Технологические задачи сокращения простоя и повышения производительности круглоткацких машин

Проведенные производственные исследования показывают, что значительный простой круглой ткацкой машины ТКП-110-У по причине выполнения ремонтных работ связан с устранением отклонений в кулачковой паре зево образующего механизма. Кулачковая пара зевообразовательного механизма круглоткацкой машины ТКП-110-У предназначена для синхронизации раскрытия зева, через который осуществляется пролет челноков с нитью.

В процессе эксплуатации машины происходит износ рабочей поверхности кулака, а, следовательно, и увеличение зазора в соединении кулака и ролика до значения, при котором дальнейшая эксплуатация машины не представляется возможной. Продолжительность работы кулачковой пары до наступления критического износа составляет порядка 12 месяцев при двухсменной работе станка. При достижении этого срока эксплуатации машина ТКП- 110-У останавливается для проведения трудоемких ремонтных работ, которые включают:

- разборку станка и съем кулака, масса которого составляет 200 кг;

- перенос и установку на кулака монтажный стол;

- наплавку металла на изношенную рабочую поверхность кулака;

- зачистку восстановленной рабоче