Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ энергоемкого технологического оборудования текстильных производств как объектов управления скоростными режимами
1.1. Постановка задач повышения эффективности энергоресурсосбережения и их реализация за счет управления скоростными режимами
электромеханических систем прядильного оборудования 12
1.2. Особенности технологического оборудования аппаратно-прядильного производства 20
1.3. Анализ энергетических характеристик и технологических параметров электромеханических систем текстильного оборудования 26
Выводы .40
Глава 2. Исследование скоростных режимов и повышение эффективности работы электромеханической системы чесального аппарата
2.1. Технологические и энергетические особенности эксплуатации чесальных аппаратов фирмы «Бефама» 41
2.2. Математическая модель формирования волокнистого продукта на чесальном аппарате 57
2.3. Разработка и исследование системы автоматического выравнивания линейной плотности чесальной ленты 65
Выводы 75
Глава 3. Исследование динамических режимов сложных электротехнических комплексов с крутильно-мотальными механизмами
3.1. Определение закона управления электромеханической системы ровничной машины с дифференциальным электроприводом и крутильно-мотальным механизмом 76
3.2. Экспериментальное определение основного закона управления электромеханической системой с крутильно-мотальным механизмом 84
3.3. Электромеханическая система рогульчатой ровничной машины как объект системы автоматического управления процессом наматывания волокнистого материала 85
3.4. Разработка модернизированного способа автоматического управления сложной электромеханической системой с крутильно-мотальным механизмом 94
3.5. Вывод уравнений движения рабочих управляемого электротехнического комплекса 107
3.6. Экспериментально-теоретическое моделирование многодвигательной электромеханической системы с крутильно-мотальным механизмом 113
Выводы 130
Основные результаты и выводы 133
Библиографический список используемой литературы 137
Приложение 144
- Постановка задач повышения эффективности энергоресурсосбережения и их реализация за счет управления скоростными режимами
- Особенности технологического оборудования аппаратно-прядильного производства
- Технологические и энергетические особенности эксплуатации чесальных аппаратов фирмы «Бефама»
- Определение закона управления электромеханической системы ровничной машины с дифференциальным электроприводом и крутильно-мотальным механизмом
Введение к работе
Общая характеристика работы. Рациональное использование материальных и энергетических ресурсов в текстильной промышленности связано со спецификой работы автоматизированных электроприводов постоянного и переменного тока, являющихся основными элементами управляемых электромеханических систем сложных технологических комплексов.
Повышение эффективности текстильного производства путем создания современных электромеханических систем требует разработки объективных научно-обоснованных методов выбора оптимальных параметров технологических процессов и скоростных режимов рабочих органов оборудования, учитывающих показатели качества сырья и готовой продукции, и.разработки на их основе новой технологии и автоматизированных систем управления энергоемкими объектами.
В текстильной промышленности имеется большое количество технологического и вспомогательного оборудования, в котором требуется создать оптимальный скоростной режим при осуществлении заданных технологических процессов. В одних случаях необходимы поддержание или синхронизация скоростей узлов и механизмов, в других — изменение частоты вращения по заданному закону или регулирование ее в широких пределах.
В текстильных производствах преимущественное применение находят асинхронные короткозамкнутые двигатели как наиболее простые по конструкции, экономичные и надежные в работе.
Снижение потерь электроэнергии как в самих асинхронных двигателях (АД), так и в питающих сетях можно достичь за счет:
оптимального проектирования и улучшения технологии при изготовлении АД;
разработки комплектных электронных и микропроцессорных устройств для управления АД;
5 рационального выбора, анализа и расчета энергосберегающих режимов управляемых электромеханических систем текстильного оборудования.
Первые два способа снижения потерь электроэнергии требуют дорогостоящих исследований и конструкторских разработок. Появление и развитие третьего способа обусловлено тем, что эксплуатационные режимы асинхронных приводов характеризуются отклонением реальной нагрузки АД от нагрузки, на которую рассчитан двигатель, и которой соответствуют оптимальные значения его энергетических показателей. Существование таких режимов определяется завышенным по мощности выбором двигателя, а также переменным по времени характером нагрузки технологического оборудования. Завышение по мощности АД для привода объясняется, с одной стороны, несовершенством методик выбора двигателей, с другой - запасом по надежности с учетом тяжелых динамических режимов работы электромеханических систем текстильного оборудования. Переменный во времени характер нагрузки диктуется особенностями технологического цикла машин, аппаратов и механизмов. Указанные эксплуатационные режимы асинхронного привода характеризуются низкими значениями энергетических показателей АД - коэффициента мощности (cos <р) и коэффициента полезного действия (КПД).
Снижение энергозатрат в эксплуатации достигается выбором рациональных (в отдельных случаях оптимальных) скоростных режимов электромеханических систем технологического оборудования, определяемых энергетическими показателями и требованиями к технологическим процессам.
В настоящее время не сформулированы в полном объеме научно обоснованные требования к приводу рабочих органов чесальных аппаратов (ЧА) и рогульчатых ровничных машин (РМ), не выявлена их оптимальная структура, не разработано в достаточной степени устройств и систем, обеспечивающих оптимальное управление и энергосберегающие режимы.
Исследование вопросов повышения эффективности эксплуатации работы электромеханических систем прядильного оборудования, разработку технических решений на базе современных комплексных энергосберегающих
электроприводов постоянного и переменного тока с микропроцессорным управлением, оптимизацию процессов и скоростных режимов рабочих органов узлов формирования, транспортирования и наматывания волокнистого продукта следует считать актуальными задачами, требующими своего дальнейшего решения.
Цели и задачи работы. Целью диссертации является разработка методики расчета и повышения эффективности управляемых электромеханических систем текстильного оборудования.
В работе исследуются следующие перспективные направления. Первое из них относится к анализу технических средств, обеспечивающих в нерегулируемом электроприводе минимизацию вредного влияния на энергетические показатели отклонений нагрузки и качественных показателей электроэнергии от номинальных значений. Второе относится к разработке, научной концепции перехода от нерегулируемого электропривода к регулируемому для отдельных видов технологического оборудования. Этот объективный процесс, обусловленный повышением технического уровня текстильного оборудования, в котором используется электропривод, часто дает возможность рационального и оптимального решения задач управления скоростными режимами.
В текстильных производствах при переходе к регулируемому электроприводу экономия энергии достигается как за счет собственного привода, так и за счет технологического процесса, который привод обслуживает.
Основными этапами исследований являются следующие:
классификация прядильного оборудования по характерным режимам эксплуатации и энергопотребления;
постановка задач повышения эффективности энергоресурсосбережения за счет управления скоростными режимами;
определение технологических особенностей эксплуатации сложных электромеханических систем прядильного оборудования;
анализ энергетических характеристик и технологических параметров оборудования как объектов автоматического управления скоростными режимами;
повышение эффективности энергоресурсосбережения за счет оптимизации скоростных режимов электромеханических систем, исследования способов повышения энергетических показателей асинхронных электроприводов с микропроцессорным управлением;
разработка технических решений повышения эффективности эксплуатации управляемых электромеханических систем энергоемкого технологического оборудования.
На защиту выносятся:
1. Концепция построения структуры и исследования автоматизированных
электромеханических систем прядильного оборудования с;
: транспортирующими и крутильно-мотальными механизмами (Рис. 1).
Методики выбора и расчета рациональных скоростных режимов энергоемкого текстильного оборудования и оптимальных алгоритмов управления.
Система автоматического выравнивания линейной плотности чесальной'* ленты и управления процессом наматывания ровницы на паковки.
Математическая модель формирования волокнистого продукта на чесальном аппарате CR-24.
Алгоритмы управления скоростными режимами ЧА и РМ.
Технические решения системы управления скоростными режимами сложных электромеханических систем на базе микропроцессорного регулятора напряжения (МРН - 000) и комплектных параметрических электроприводов постоянного (ЭПУ2) и переменного тока (КПЭ).
Результаты моделирования и экспериментов.
Методика проведения исследований. Работа содержит теоретические и
экспериментальные исследования, проведенные современными
математическими и инструментальными методами. Теоретические исследования основывались на классических методах теории автоматического
8 управления и теории автоматизированного электропривода. При построении математических моделей процессов применялись методы экспериментальной идентификации технологических параметров с использованием аппроксимирующих уравнений.
Моделирование и обработка данных исследований, расчеты при анализе и синтезе систем управления проводились с использованием ПЭВМ по стандартным и разработанным автором программам.
Научная новизна работы состоит в разработке новых структур систем автоматического выравнивания линейной плотности чесальной ленты и автоматического управления процессом наматывания ровницы на РМ, реализующих связанное регулирование технологических параметров формирования волокнистого продукта на базе микропроцессорной технике и современных комплектных параметрических электроприводов постоянного и переменного тока.
Предложена математическая модель формирования волокнистого продукта на ЧА CR-24 в виде электрической цепи, имитирующей зону деформации вытяжного прибора.
Разработаны функциональная и структурная схемы, и физическая модель многодвигательной электромеханической системы с крутильно-мотальным механизмом. Получено математическое описание специальных режимов, происходящих в многодвигательной электромеханической системе с крутильно-мотальным механизмом, позволяющее анализировать статические и динамические характеристики рабочих органов рогульчатой ровничной машины для гребенного прядения шерсти при различных стадиях наматывания паковки и колебаниях питающего напряжения.
Разработана методика использования микропроцессорных регуляторов напряжения МРН 000 для низковольтных АД, которые кроме функций энергосбережения управляют режимами пуска, торможения, в отдельных случаях регулируют частоту вращения и момент, а также осуществляют защиту и диагностику, то есть повышают технический уровень привода в целом, увеличивают его надежность. С учетом многофункциональности применения
9 такое решение оказывается экономически целесообразным для электромеханических систем с переменной нагрузкой даже при относительно высокой цене энергосберегающего устройства.
Достоверность результатов работы подтверждается
удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных исследований методом физического и математического моделирования, а также результатами испытаний систем управления процессом наматывания ровницы на ровничной машине и формирования волокнистых материалов на ЧА в условиях производства текстильной фирмы «Купавна». Научные решения диссертации обоснованы и аргументированы в рамках принятых допущений с математической точки зрения и практической эксплуатации электромеханических систем.
Практическая ценность работы. Предложенные методы анализа и расчета рациональных энергетических и технологических режимов, реализуемых энергосберегающими комплектными электроприводами постоянного тока типа ЭПУ2 и переменного тока типа КПЭ и многофункциональным микропроцессорным регулятором напряжениям типа МРН 000, обеспечивают заданный технологический регламент текстильного оборудования.
Реализация рациональных скоростных режимов оборудования позволит осуществить повышение производительности, улучшение качественных показателей продуктов прядения, рациональное использование и экономию энергоресурсов в процессе ее потребления энергоемким технологическим оборудованием.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на III Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (г.Москва, МЭИ, 2006г.); на международной научно-технической конференции «Экологические и ресурсосберегающие технологии промышленного производства» (г.Витебск, 2006г.); на международной научно-технической конференции «Лен - 2006» (г.Кострома, 2006г.); на международной научно-технической конференции
10 «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г.Иваново, 2007г.); на межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2007), г.Иваново, 2007г.; на Всероссийской научно-технической конференции «Дни науки - 2007» (г.Санкт-Петербург); на межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (г.Кострома, 2007г.); на международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2006, 2007), г.Москва; на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (Техтекстиль - 2007), г.Димитровград, 2007.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 научно-технических статей.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка используемой литературы из 78 наименований, 12 таблиц, 51 иллюстраций, приложения.
Классификация энергоемкого технологического оборудования по характерным режимам эксплуатации и энергопотребления
Электромеханические системы
прядильного оборудования с крутильно-
мотальными и транспортирующими механизмами
Рогульчатые ровничные машины
Чесальные аппараты
Многодвигательный
электропривод
крутильно-мотального
механизма
Асинхронный
электропривод с
микропроцессорным
регулятором напряжения
Электропривод
постоянного тока с
цифровым
управлением
Исследуемые системы электроприводов сложных ЭМС для управления скоростными режимами
Экспериментальное
определение
технологических
параметров и
энергетических
характеристик сложных
электромеханических
систем.
Анализ технологических особенностей и
критериев оценки качественных
показателей продуктов прядения и их
взаимосвязь со скоростными режимами
работы оборудования, осуществляющего
процессы транспортирования,
формирования и наматывания
волокнистого материала.
Разработка основных
принципов построения и
методов расчета управляемых
электромеханических систем в
свете современного состояния
теории и методов
математического описания
систем управления.
и^-
Порядок исследования ресурсосберегающих режимов ЭМС технологического оборудования
Расчет
электромеханических
переходных
процессов и
устойчивости
Определение
параметров и
характеристик
узлов и
механизмов
Учет влияния гибкости
механических звеньев
кинематических передач,
электромагнитных процессов в
электроприводах
Разработка положений методики выбора, анализа и
расчета ресурсосберегающих режимов управляемых
электромеханических систем
Рис. 1. Концепция построения структуры и исследования автоматизированных электромеханических систем прядильного оборудования с транспортирующими и
крутильно-мотальными механизмами.
Постановка задач повышения эффективности энергоресурсосбережения и их реализация за счет управления скоростными режимами
Экономия энергии должна достигаться за счет совершенствования технологических процессов, создания и внедрения энергосберегающего оборудования, рационального использования тепловой и электрической энергии.
Экономия энергетических ресурсов осуществляется по следующим направлениям: переход на энергосберегающие технологические производства, сокращение его материалоемкости; снижение удельной энергоемкости и теплоемкости товарной продукции; повышение уровня организации производственных процессов; совершенствование энергетического оборудования, модернизация и реконструкция устаревшего технологического оборудования; создание и внедрение в производство более эффективных в энергетическом отношении машин, механизмов, энерготехнологических агрегатов, сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов и низкопотенциальной теплоты; улучшение структуры управления производством. Работу по энергосбережению целесообразно проводить в два этапа [1]: 1) Разработка и реализация мероприятий, не требующих крупных дополнительных затрат (частичная модернизация); 2) Технико-экономическое обоснование и внедрение новой энергосберегающей техники и технологии, а также технических решений, требующих значительных материальных вложений.
Проведение энергосберегающих исследований рекомендуется проводить по следующей схеме: разработка энергетического баланса и определение прогрессивных удельных норм расхода энергии; выявление оборудования с высоким потреблением энергии; оценка эффективности различных технических решений по экономии и рациональному использованию энергоресурсов; составление алгоритмов и программ для решения задач рационального использования энергии и топлива; оценка результатов внедрения энергосберегающих мероприятий и технических решений.
На предприятиях текстильной промышленности насчитываются сотни наименований технологического оборудования, среди которого немало машин и аппаратов высокой сложности: прядильные, ровничные, прядильно-крутильные машины, чесальные аппараты, ткацкие станки и др. При работе технологического оборудования, вызванные неправильными условиями эксплуатации, несвоевременным и некачественным ремонтом изменения энергетических характеристик приводят к отклонению параметров и показателей от паспортных данных, а также происходит отклонение технологических процессов от нормированных режимов. Это определяет значительный перерасход энергоресурсов, в частности, электроэнергии на единицу продукции.
Важнейшим условием сохранения технического состояния оборудования является правильная ориентация при оценке и применении научно-обоснованных методов выбора оптимальных параметров технологических процессов и скоростных режимов рабочих органов машин и аппаратов, учитывающих показатели качества исходного сырья и готовой продукции.
В этой связи важное значение приобретают теоретические, разработки, позволяющие на основе передовых достижений науки решать конкретные прикладные задачи.
Технологическое оборудование в текстильной промышленности обладает рядом особенностей, сказывающихся на постановке и методах решения задач оптимизации режимов работы. Среди них следует отметить зависимость между техническим состоянием электрооборудования, его скоростными режимами, производительностью и качественными показателями волокнистого материала, в частности обрывностью и неровнотой продукции. Другая существенная особенность - высокая кинематическая сложность рабочих органов машин и динамическая напряженность режимов их работы. Таким образом, теоретическое и экспериментальное изучение нормально функционирующих машин является необходимым этапом решения задач рационализации и оптимизации режимов работы электромеханических систем.
На текстильной фирме «Купавна» и производственном объединении «Обухово» проведены исследования по разработке энергосберегающих, решений для текстильных объектов на базе комплектных параметрических асинхронных регулируемых электроприводов серии КПЭ [2].
Работа электропривода обеспечивается плавным изменением выходного напряжения по принципу фазового регулирования в зависимости от величины входного (заданного) сигнала управления. Данный способ регулирования ведет к дополнительным выделениям-потерь в роторе АД промышленной серии 4АМ и его перегреву. Применение АД специальной конструкции позволило исключить такой недостаток. АД специального исполнения выполнен на базе АД серии 4АМ, имеет полый массивный ротор и охлаждается с помощью осевого вентилятора с независимым электроприводом. Двигатель специального исполнения имеет плавную регулировочную характеристику и высокий пусковой момент, составляющий 4-4.8М,юм. В электроприводе КПЭ применяется регулятор напряжения, который позволяет повысить энергетические показатели двигателя при изменении нагрузки на валу за счет снижения энергопотребления. Это в свою очередь приводит к снижению затрат на компенсирующие устройства и потерь электроэнергии в питающих сетях.
Особенности технологического оборудования аппаратно-прядильного производства
В шерстяной промышленности имеются две системы прядения: камвольная и аппаратная. Несмотря на то, что аппаратная система прядения является самой короткой по числу технологических переходов, технико-экономические показатели выработки пряжи по этой системе намного ниже показателей камвольной (гребенной) системы прядения, особенно по производительности оборудования.
Основными причинами такого состояния аппаратного прядения являются: сложность и несовершенство подготовки компонентов к смешиванию, применение несовершенных методов подбора смесей, низкая производительность кардочесальных аппаратов, значительная обрывность и малые зоны обслуживания в прядении [4].
Другой важнейшей проблемой, без решения которой невозможно значительно повысить зоны обслуживания, а следовательно, и производительность оборудования, является качество аппаратной ровницы и ленты [5].
Качество аппаратной ровницы и ленты, как конечных продуктов приготовительной операции, определяется процессами подготовки сырья к смешиванию, смешиванием его различных компонентов и кардочесанием. В данных процессах закладываются важнейшие технологические параметры -равномерность по составу и расположению образующих ленту или ровницу волокон, сохранение их первоначальной длины и крепости, качественная очистка от сора и пыли и другие параметры, оказывающие прямое воздействие на последующие процессы образования пряжи и предопределяющие свойства получаемого продукта прядения.
Установление взаимосвязи технологических параметров с энергетическими характеристиками (в частности со скоростными режимами) оборудования с целью повышения производительности, рационального использования электроэнергии, улучшения качественных показателей продуктов прядения по переходам путем совершенствования электромеханических систем и режимов обработки волокнистых материалов -является одной из основных задач, решаемых в настоящей работе [6].
В отличие от технологической линии производства чесальной ленты в камвольном прядении шерсти линия производства аппаратной ленты и ровницы имеет более сложную систему подготовки сырья к смешиванию и более сложную и несовершенную систему питания самовесов чесальных машин. Указанные сложности вызваны тем, что на суконных предприятиях перерабатывается большое количество разнообразных сильно засоренных компонентов. Отдельные компоненты поступают в виде обратов камвольного или собственного производства. Волокна этих компонентов сильно переплетены между собой и требуют тщательной обработки перед включением их в смесь.
Как правило, на суконных предприятиях в чесании единовременно обрабатывается на небольших группах ЧА по несколько различных партий смеси со сравнительно частыми перезаправками машин с одной партии смеси на другую.
Для производства аппаратной ленты и ровницы, кроме натуральной шерсти, применяют химические волокна и различные отходы от аппаратного и гребенного прядения шерсти, применяют хлопок и искусственную шерсть, полученную от разработки шерстяного лоскута. Для этого различные компоненты волокнистого материала смешивают между собой по заданному рецепту. Перед поступлением для смешивания компоненты подвергаются тщательной очистке и разрыхлению. При составлении рецепта смеси учитывают возможность лучшего использования прядильной способности различных волокон, входящих в ее состав. С ЧА выходит готовая ровница или лента при установке выпускного устройства ЧА.
Для производства пряжи непосредственно из аппаратной ровницы или ленты необходимо, чтобы исходный продукт обладал исключительной ровнотой.
Прядильная машина не способна улучшить ровноту полупродукта, поэтому неровнота ровницы или ленты, поступивших на прядильную машину, будет только повышена в выработанной пряже [7, 8, 9].
В производстве получения аппаратной ровницы и ленты имеет большое значение средняя длина волокон, составляющих исходный продукт. Чем больше средняя длина, то есть чем больше длинных волокон в продукте, тем меньше выпадов и обрывов в прядении и ткачестве.
План технологической линии производства аппаратной ленты и ровницы текстильной фирмы «Купавна» и состав перерабатываемых смесок представлены соответственно на рис. 2 и в табл. 2.
Натуральная шерсть в мытом виде из цеха крашения поступает на трепальные машины ТП-90Ш, где проходит трепание и рыхление. Если шерсть сорно-репейная, то одна из кип поступает на двухбарабанную трепальную, машину 2БТ-150 и затем на обезрепеивающую машину О-120Ш, где происходит удаление растительных примесей из шерсти механическим способом. Сильно засоренную цепкими примесями шерсть перед крашением карбонизируют. Способ карбонизации основан на том, что шерсть пропитывают слабым раствором серной кислоты, затем отжимают и. просушивают в сушильных камерах, где под действием горячего воздуха влага испаряется, а концентрирующая серная кислота обезвоживает целлюлозу сорных примесей, которые распадаются на легко удаляемые частицы. Аппаратный очес очищают на угароочищающей машине У-ОШ и расчесывают на однобарабанной чесальной машине 4-11-Ш1.
Выпады из-под трепальных, щипальных, чесальных машин обрабатывают на угароочищающей машине. Сильно засоренные выпады дополнительно очищают на обезрепеивающей машине и расчесывают на однобарабанной чесальной машине
Сдир аппаратный очищают на угароочищающей машине и прочесывают на однобарабанной чесальной машине, а иногда, промывают, отжимают на центрифуге и сушат.
Технологические и энергетические особенности эксплуатации чесальных аппаратов фирмы «Бефама»
Исследования чесальных аппаратов осуществлены с целью разработки технических решений модернизации управляемых электромеханических систем, позволяющих обеспечить повышение производительности технологических объектов.
Чесальный аппарат (ЧА) предназначен для получения из смеси волокон однородной по составу и строению ровницы или ленты определенной линейной плотности и представляет из себя сложнейшую электротехническую систему с распределенными и сосредоточенными параметрами.
Существующая система управления процессом формирования и транспортирования волокнистого материала на ЧА не обеспечивает в должной мере синхронное вращение всех рабочих органов из-за несовершенства электропривода, наличия гибких связей в виде текстропных и клиноременных передач, длинных валов, редукторов и муфт, а также заданный скоростной режим, его стабильность и управляемость, при которых должна вырабатываться лента или ровница с заданными параметрами качества и допустимой неровнотой по геометрическим и физико-механическим свойствам.
Ставится и реализуется задача повышения производительности ЧА за счет разработки способа выравнивания линейной плотности волокнистого продукта. Исследования проведены по трем основным этапам: 1) Анализ технологических особенностей эксплуатации ЧА. 2) Разработка математической модели зоны деформации волокнистого продукта и представление ее в виде объекта системы автоматического регулирования. 3) Разработка и исследование системы автоматического выравнивания линейной плотности чесальной ленты.
Одним из существенных недостатков электромеханической системы является появление неровноты питающего слоя, возникающей из-за дискретности подачи волокнистого материала в весовой механизм самовеса со стороны вертикальной игольчатой решетки и принятого порядка расположения игл на планках.
Проф. В.И. Будниковым показано, что при определенных условиях в бункере самовеса может происходить рассортировка волокон. Для устранения этого явления заполнение бункера самовеса должно быть, по возможности, постоянным. В его же работе [27] теоретически и проф. Н.М. Ашниным [28] экспериментально показано, что с понижением уровня материала в бункере уменьшается количество материала, подаваемого игольчатой решеткой в; единицу времени, и таким образом колебание веса материала в бункере вызывает и колебание бросков по весу. Рядом отечественных и зарубежных исследователей показано, что оптимальным является заполнение самовеса на 0,5-0,75 его объема.
С целью снижения неровноты бросков самовеса фирма «Платт» [29].. рекомендует сдвоенный самовес, состоящий из двух соединенных самовесов, где назначение первого самовеса (без весового механизма) состоит в обеспечении постоянства уровня заполнения бункера второго самовеса.
Другой причиной возникновения неровноты бросков по весу является погрешность в работе весового механизма и неоднородность по плотности материала, подаваемого в.весовую коробку.
Для повышения равномерности питающего слоя проф. В. Вегенер [30] предложил располагать порции питания на питающей решетке под некоторым углом к оси питающих валиков. На современных ЧА этот угол составляет 20-21. Подобное расположение позволяет на 30% снизить неровноту продукта [31].
Значительная неровнота бросков по весу влияет не только на неровноту выходящего продукта, но и на качество прочеса, так как при подаче в машину тяжелых порций увеличивается загрузка главного барабана от питания, а при подаче легких бросков она уменьшается. Вес порций на современных аппаратах значителен (порядка 300-500 г), его колебания будут изменять загрузку барабана и, соответственно, качество прочеса.
В работе [32] для создания равномерного питающего слоя на машине CS-2 самовес изменен следующим образом: снято весовое устройство; между игольчатой и питающей решетками установлен вертикальный прямоугольный бункер с выводными валиками; задняя стенка бункера вибрирует под действием эксцентрикового механизма; в верхней части бункера установлен фотоэлемент.
Материал с игольчатой решетки поступает в бункер, из которого он выводится выводными валиками и поступает на питающую решетку ЧА.
Перечисленные способы устранения волновой неровноты обладают рядом недостатков. Так, расположение порций под некоторым углом к оси питающих цилиндров в известной мере уменьшает продольную неровноту, но увеличивает поперечную нероноту слоя питания, что снижает эффект выравнивания ровницы по длине и ухудшает условия чесания и качество прочеса по ширине машины. В результате выравнивание слоя питания по длине не приводит к улучшению качества прочеса на практике.
Применение сдвоенного самовеса, во-первых, увеличивает габарит машины примерно на 1,5 м, во-вторых, не устраняет неровноты бросков, обусловленной неточностью работы собственно весового механизма.
Использование автоматической загрузки и регулирование количества материала в бункере самовеса также не устраняет погрешностей в работе собственно весового механизма.
Введение в конструкцию самовеса электрической системы управления процессом взвешивания различных электронных устройств значительно улучшает работу самовеса, но усложняет его конструкцию, изготовление, наладку и ремонт.
Определение закона управления электромеханической системы ровничной машины с дифференциальным электроприводом и крутильно-мотальным механизмом
Для расчета системы автоматического управления процессом наматывания волокнистого материала на паковки, необходимо знать зависимость изменения текущего диаметра наматывания ровницы на паковку от числа наматываемых слоев и толщины текущего слоя ровницы.
Указанная зависимость может быть определена лишь тогда, когда будет известна закономерность изменения толщины текущего слоя ровницы от параметров перерабатываемого сырья (тонины, длины, упругих свойств, степени распрямления, степени уплотнения волокон в ровнице и др.) и заправочных данных ровничной машины (РМ) (натяжения, крутки, угла подъема витков, частоты вращения паковки и т.п.). Теоретически указанную зависимость получить очень трудно, так как вопросы теории деформаций волокнистого материала при его сложном нагружении не разработаны к настоящему времени в должной мере, поэтому поставленная задача может быть решена лишь на основе выделения значимых факторов, постановки специальных экспериментов и статической обработки полученных опытных данных.
Различные авторы по-разному учитывали влияние отдельных факторов на изменение диаметра намотки и при профилировании коноидов получали различные расчетные формулы [44].
Проф. С.А. Парамонов, считая приращение толщины слоев ровницы пропорциональным падению давления лапки, предлагает вычислять радиус намотки (гк) для хлопчатобумажной ровницы по формуле [45]: k х 2Pl(Ro-r0)(Lp-A) rK=r0+[25, + (k-l)A]— =r0 + , (3.1) 2 Lp Lp(Lp-x)(pi-p) + p,(Lp-A) где Го - радиус пустой катушки; Ro — радиус полной катушки; 51 - толщина первого слоя; к - номер наматываемого слоя; А - приращение толщины каждого слоя по сравнению с соседним, предшествующим (является постоянным для всех слоев ровницы); х — перемещение ремня вдоль осей коноидов; Lp - рабочая длина коноидов; pi - давление лапки рогульки на первый слой; р - давление лапки рогульки на последний слой.
При pi = р получается выражение для определения текущего радиуса намотки в зависимости от перемещения ремня и соответствующее четвертому кинематическому условию намотки ровницы на РМ: rK=(Ro-r0)(x/Lp). (3.2)
По экспериментальным данным проф. В.Е. Зотикова [46] зависимость радиуса намотки для хлопчатобумажной ровницы от числа слоев аппроксимировалась выражением rK = r0+6,kv, (3.3) где для толстой РМ v = 1,16; для перегонной — v = 1,14 и для тонкой -v = 1,11.
Для инженерных расчетов данная формула неудобна, так как включает в себя не вполне определенную величину V.
В работе [47] проведено теоретическое определение радиуса намотки ровницы и получены формулы, используемые при исследовании и проектировании профиля коноидных барабанчиков РМ завода «Таштекстильмаш»: Ro-ro k + (z-l)(k-l)2 гк=Го + ; (3.4) m+[(z-l)(m-l)]/2 2(m-l) rK = AeB(k-1)-G, (3.5) где A = (Ro - r0 - 80/(z - 1); В = [b,(z - 1)]/(R0 - r0 - 50; G = [Ro - (r0 - 8i)z]/(z - 1), z - коэффициент увеличения толщины слоя; m — число слоев ровницы в полной катушке.
Выражение (3.4) получено из предположения, что толщина слоя с каждым новым слоем ровницы увеличивается на одну и ту же величину. При выводе формулы (3.5) предполагалось, что толщина слоя ровницы зависит от силы давления лапки рогульки на ровницу и сила давления последней в зависимости от радиуса намотки изменялись по линейному закону.
Тем же автором предложена еще одна формула для определения диаметра намотки от степени наработки паковки: 2(flo-do) l + (q-l) (ак-1) dK = d0+ " "ак, (3.6) a(l+q) 2 а-1 где До, d0 - соответственно диаметр полной и пустой катушки; a - полное перемещение ремня по коноидам; ак - перемещение ремня, соответствующее диаметру наматывания dK; 1 - перемещение ремня за один слой намотки; q -величина, показывающая, во сколько раз толщина последнего слоя ровницы на катушке больше толщины первого слоя.
В работе [48] на основании экспериментальных исследований приращений слоев хлопчатобумажной ровницы на катушке установлено, что характер нарастания диаметра наматывания является различным для разных номеров ровницы и зависит от степени параллелизации волокон. Для определения текущего диаметра намотки рекомендуется формула: dK = d0 + G,p + G2p2, (3.7) где Gi = До - d0 - 3(1 - 0)(ДО + d0); G2 = 3(1 - 0)(ДО + do); p = k/m, 0 - коэффициент, выражающий отношение фактической длины ровницы, намотанной на катушку, к длине, которая наматывалась бы, если толщина слоев была бы одинаковая (согласно [49] величина этого коэффициента колеблется в зависимости от толщины ровницы и параллелизации волокон от 0,88 до 0,98).
Автором указанных работ сделан вывод о целесообразности расчета вариатора скорости с учетом свойств вырабатываемой ровницы (плотности, податливости и т.д.), так как только в этом случае более строго будет соблюдаться равенство скоростей выпуска ровницы из вытяжного прибора и наматывания ее на паковку в течение всего процесса намотки, что является залогом отсутствия линейной неровноты от неконтролируемой вытяжки в зоне кручения и намотки.
В работе [50] приводится следующее уравнение для определения текущего диаметра наматывания, полученное на основании многочисленных измерений, проведенных на хлопке различных сортов, на шерсти и смесях натуральных и химических волокон при разных крутках и толщинах вырабатываемой ровницы: dr = d0 = 96k/a + 5.75(k/a)3(l + k/a), (3.8) где a - коэффициент, зависящий от состава смеси, толщины ровницы и т.д. Однако в работе не приводятся значения коэффициента а, поэтому невозможно провести сопоставление имеющихся результатов.
