Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ НАТЯЖЕНИЯ НИТЕЙ НА СНОВАЛЬНЫХ, ШЛИХТОВАЛЬНЫХ МАШИНАХ И ТКАЦКИХ СТАНКАХ 13
1.1. Технологические требования, предъявляемые к автоматическим регуляторам натяжения нитей и нитенатяжным приборам сновальных машин 13
1.1.1. Анализ основных нитенатяжных приборов используемых в текстильной промышленности 16
1.1.2. Анализ централизованных систем управления натяжением нитей в процессе снования 26
1.2. Технологические требования, предъявляемыек автоматическим регуляторам натяжения нитей основына входе шлихтовальных машин 28
1.2.1. Анализ основных замкнутых систем автоматического регулирования натяжения нитей основы, используемых на входе шлихтовальных машин... 30
1.2.2. Структурные схемы систем автоматического регулирования натяжения нитей основы
на входе шлихтовальных машин и их анализ 34
1.3.Технологические требования, предъявляемые к автоматическим регуляторам натяжения основы на ткацких станках 36
1.3.1. Анализ замкнутых систем автоматического регулирования натяжения основы на ткацких станках 39
1.3.2. Структурные схемы систем автоматического регулирования натяжения основы на ткацком станке и их анализ 45
Ы.Выводы 47
2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЗОН СМАТЫВАНИЯ ПАРТИОННЫХ СНОВАЛЬНЫХ И ШЛИХТОВАЛЬНЫХ МАШИН И ЗОНЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТКАНИ НА ТКАЦКОМ СТАНКЕ, КАК ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 50
2.1.Математическая модель зоны перематывания как объекта автоматического управления 50
2.1.1. Математическая модель зоны сматывания партионной сновальной машины, как объекта автоматического управления Содержание
2.1.2. Математическая модель зоны сматывания партионной шлихтовальной машины, как объекта автоматического управления 57
2.1.3. Математическая модель зоны формирования ткани ткацкого станка как объекта автоматического управления 61
2.1.4. Аналитическое определение параметров, характеризующих зону формирования ткани на ткацком станке, как объекта автоматического управления 66
2.2.Выводы 75
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НАТЯЖЕНИЕМ НИТЕЙ ОСНОВЫ И ИХ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 77
3.1. Теоретический анализ системы централизованного управления натяжением нитей основы для сновальных машин 77
3.1.1. Исследование основных параметров электромагнитных шайбовых нитенатяжных приборов 77
3.1.1.1. Исследование влияния конструктивных параметров электромагнитных шайбовых нитенатяжных приборов на тяговую характеристику и натяжение нити 78
3.1.1.2. Амплитудно-частотная характеристика и возможность питания электромагнитных шайбовых нитенатяжных приборов с помощью устройств широтно-импульсного регулирования 82
3.1.2. Исследование взаимодействия электромагнитного шайбовогонитенатяжного прибора с упругорастяжимой нитью 85
3.1.2.1. Исследование натяжения нити при ступенчатом нагружении шайбы электромагнитного нитенатяжного прибора 85
3.1.2.2. Исследование натяжения нити при нагружении по закону«меандр» шайбы электромагнитного нитенатяжного прибора 86
3.2.Исследование основных элементов дополнительных систем управления для сновальных машин 88
3.2.1. Исследование закона изменения давления тормозной жидкости дискового тормоза партионной сновальной машины 88
3.2.2. Исследование полосы пропускания электронного датчика обрыва нити и времени его реакции на обрыв 93
3.3.Теоретический анализ системы автоматическогорегулирования натяжения нитей основы на входе шлихтовальной машины Содержание
3.3.1. Оценка точности измерения радиуса сновального валика контактным методом 97
3.3.2. Оценка точности измерения суммарного натяжения нитей основы в зоне сматывания шлихтовальной машины 101
3.3.3. Оценка влияния относительной частоты вращения фрикционных дисков на тормозной момент 105
3.3.4. Динамика процесса разматывания сновального валика 108
3.3.5. Динамика автоматического регулирования натяжения нитей основы... 110
3.4.Теоретический анализ системы автоматического регулирования натяжения нитей основы для ткацких станков 127
3.4.1. Исследование статических и динамических характеристик качающегося скала, как чувствительного элемента аварийного датчика натяжения основы 130
3.4.2. Исследование измерительного устройства натяжения нитей основы для ткацких станков 143
3.4.3. Исследование динамических характеристик исполнительного механизма 147
3.4.4. Исследование динамических характеристик регулируемого привода для системы автоматического управления натяжением основы на ткацком станке 152
3.4.5. Динамика автоматического регулирования натяжения нитей основы на ткацких станках 154
3.5. Выводы 160
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ НАТЯЖЕНИЯ НИТЕЙ ОСНОВЫ ДЛЯ СНОВАЛЬНЫХ И ШЛИХТОВАЛЬНЫХ МАШИН И ТКАЦКИХ СТАНКОВ, А ТАКЖЕ СИСТЕМ, ПОВЫШАЮЩИХ КАЧЕСТВО ОСНОВ 163
4.1. Системы управления натяжением нитей основы для сновальных машин 163
4.1.1. Централизованная система управления натяжением нитей основы для сновальных машин 163
4.1.1.1. Электромагнитные нитенатяжные приборы с принудительным вращением шайб 165
4.1.1.2. Блок управления электромагнитными шайбовыми нитенатяжными приборами 167
4.2. Дополнительные системы управления, повышающие качество основ на сновальных машинах 169
Содержание 5
4.2.1. Система контроля обрывов нитей основы с повышенным быстродействием и надежностью 169
4.2.1.1. Электронный датчик обрыва нити 171
4.2.2. Система автоматического управления тормозом сновального вала партионной сновальной машины 172
4.2.2.1. Тормоз сновального вала партионной сновальной машины и главный тормозной цилиндр гидравлического привода 177
4.2.2.2. Электропневматическое устройство для управления тормозом сновального вала партионной сновальной машины 179
4.3. Системы автоматического регулирования натяжения нитей основы на входе шлихтовальных машин 180
4.3.1. Автоматический регулятор натяжения нитей основы на входе шлихтовальной машины 181
4.3.2. Автоматический регулятор натяжения нитей основы для партионных шлихтовальных машин с микропроцессорным управлением 182
4.3.2.1. Устройство контроля суммарного натяжения нитей основы для шлихтовальных машин 185
4.3.2.2. Усилитель постоянного тока с модуляцией сигнала 186
4.3.2.3. Исполнительный механизм со встроенным датчиком тормозного момента 188
4.4. Системы автоматического регулирования натяжения нитей основы для ткацких станков 189
4.4.1. Автоматический регулятор натяжения нитей основы для ткацких станков с микропроцессорной системой управления 189
4.4.1.1. Определение конструктивных параметров редуктора исполнительного механизма автоматического регулятора натяжения нитей основы 194
4.4.1.2. Датчик угла поворота главного вала ткацкого станка 196
4.4.1.3. Качающееся скало, как чувствительный элемент аварийного датчика натяжения основы 199
4.4.1.4. Измерительное устройство натяжения нитей основы 199
4.5.Выводы 200
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАТЯЖЕНИЕМ НИТЕЙ ОСНОВЫ ДЛЯ СНОВАЛЬНЫХ И ШЛИХТОВАЛЬНЫХ МАШИН И ТКАЦКОГО СТАНКА 202
Содержание 5.1. Экспериментальная оценка погрешности измерительных устройств натяжения нитей основы на сновальных и шлихтовальных машинах и ткацких станках 202
5.1.1. Статическая характеристика специализированного сканирующего устройства измерения натяжения одиночных нитей в ряду. 203
5.1.2. Статическая характеристика устройства контроля суммарного натяжения нитей основы
на входе шлихтовальной машины 208
5.1.3. Статическая характеристика измерительного устройства натяжения нитей основы для ткацкого станка 211
5.2. Экспериментальные исследования работы централизованной системы управления натяжением нитей, системы автоматического контроля обрывов нитей основы и системы автоматического управления тормозом сновального вала на партионной сновальной машине 214
5.2.1. Экспериментальное исследование работы электромагнитных шайбовых нитенатяжных приборов 215
5.2.2. Экспериментальное исследование централизованной системы управления натяжением нитейв зоне шпулярника сновальной машины 218
5.2.3. Экспериментальные исследования системы автоматического контроля обрывов нитей основы и системы автоматического управления тормозом сновального вала партионной сновальной машины 222
5.3.Экспериментальное исследование неравномерности общей вытяжки, суммарного натяжения нитей основы на входе шлихтовальных машин и разрывного удлинения ошлихтованных нитей 223
5.3.1. Оценка неравномерности суммарного натяжения нитей основ при ворсовом и гладьевом ткачестве 225
5.3.2. Оценка влияния неравномерности суммарного натяжения нитей основы на входе шлихтовальной машины на общую вытяжку и разрывное удлинение ошлихтованных нитей 233
5.3.3. Эффективность автоматического регулирования суммарного натяжения нитей основы
на входе шлихтовальной машины 237
5.4. Экспериментальное исследование системы автоматического регулирования натяжения
нитей основы на ткацком станке СТБ2-220 238
Содержание 7
5.4.1. Оценка неравномерности натяжения нитей основы на ткацком станке в зоне скало-ламельный прибор при выработке ткани 238
5.4.2. Экспериментальное исследование динамических характеристик системы автоматического регулирования натяжения нитей основы на ткацком станке 242
5.5.Выводы 244
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 247
ЛИТЕРАТУРА 249
ПРИЛОЖЕНИЯ 2
Введение к работе
Основной объем текстильных материалов до настоящего времени вырабатывается на ткацких станках, поэтому совершенствование процесса ткачества в целом и, в частности, снования и шлихтования - одних из ответственейших подготовительных операций, имеет большое значение. Хорошо проведенные процессы снования и шлихтования не только повышают производительность ткацких станков, но и улучшают качество готовой ткани.
Как известно, качество тканей и уровень производительности всего ткацкого оборудования определяется в самом начале технологического процесса -в сновании. Исследоваїгая, проведешше как нами, так и другими исследователями, показали, что основной причиной неудовлетворительного качества подготовки основ является неравномерность и нестабильность натяжения нитей в процессе снования и шлихтования.
Наличие в основах таких дефектов, как провисание слабо натянутых нитей, разомшенность, длинные концы у связашьх узлов, затрудняет прокладывание уточной нити на бесчелночных ткацких станках различных типов, приводит к увеличению числа остановов станка и сшшению качества ткани из-за недолетов утка, пусковых полос и обрывности нитей основы. Провисание нити, образовавшееся в результате неравномерного натяжения нитей при сновании, вызывает при шлихтовании закрутки нитей основы. Оборванные концы нитей приводят к образованию такого брака, как хомуты, задиры и т.д. В конечном счете, все эти дефекты значительно ухудшают технико-экономические показатели процессов шлихтования и, особенно, ткачества.
Отклонение величины вытяжки при шлихтовании от оптимальной ухудшает физико-механические свойства нитей основы и их поведение в процессе ткачества. Так, увеличение вытяжки вискозных комплексных нитей на шлихтовальной машине на 2% снижает, примерно, на 25% их разрывное удлинение и, как минимум, на 10% увеличивает обрывность нитей основы в ткачестве. Кроме того, известно, что увеличение вытяжки нитей основы в шлихтовании приводит к увеличению усадки готовых тканей после стирки, снижая, таким образом, их качество [1, 2, 9, 53, 54]. Вытяжка нитей при шлихтовании, в свою очередь, определяется тем натяжением, которому подвергаются нити основы при прохождеши через шлихтовалыгую машину. Таким образом, величина и стабильность натяжения нитей является одним из основных факторов, определяющих качество ошлихтованной основы.
До настоящего времени в России для сновальных и шлихтовальных машин, а также, ткацких станков не создано достаточно надежных и эффективных систем автоматического регулирования натяжения нитей основы.
Актуальность работы. В настоящее время реальное повышение конкурентоспособности отечественной текстильной промышленности невозможно без ее технического перевооружения на основе современного высокопроизводительного оборудования, реализующего интенсивные, но в то же время щадящие по отношению к перерабатываемому продукту, технологические процессы.
Введение Создание конкурентоспособного отечественного высокопроизводительного оборудования для выработки ткани не возможно без повышения технического уровня машин ткацкого производства.
Проблемы повышения технического уровня сновальных и иілихтовальньїх машин, а также ткацких станков, улучшающие протекание технологических процессов и повышающие качество выпускаемых суровых тканей в полной мере стоят в настоящее время перед текстильной промышлешюстыо России.
На отечественных фабриках в настоящее время в основном используются сновальные и шлихтовальные машины, где нет систем автоматического регулирования (САР) натяжения нитей основы, что снижает эффективность работы дащшх машин и качество выпускаемых суровых тканей. Сновальные и шлихтовальные машины, выпускаемые в настоящее время отечественной промышлешюстыо, также не имеют эффективных автоматизированных систем управления натяжением нитей основы. При работе таких машин наблюдается значительная неравномерность и разброс натяжения нитей основы, а также повышенная обрывность, что в свою очередь значительно снижает качество вырабатываемых основ, а следовательно и тканей.
В ткацких производствах на отечественных фабриках используются ткацкие станки с механическими автоматическими регуляторами отпуска (натяжения) нитей основы, которые не обеспечивают на заданном уровне стабилизацию натяжеїшя шггей основы в процессе полного срабатывания навоя, что в свою очередь повышает обрывность основных нитей и снижает качество выпускаемых суровых тканей.
Поэтому предлагаемая работа направлена на разработку теоретических основ, структур и методов исследования, позволяющих создать автоматизированные системы управления натяжением основы, повышающие стабильность создаваемого натяжешя и снижающие разно натянутость и обрывность. Всё это в свою очередь позволяет повысить эффективность работы сновальных и шлихтовальных машин и ткацких станков, а также качество вырабатываемых суровых тканей.
Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью единого комплексного подхода к созданию САР натяжения шггей основы машин ткацкого производства с учетом влияния на показатели качества вырабатываемой ткани и производительность оборудования. Комплексный подход предусматривает разработку и эксперименталыгую проверку САР натяжения основы и создание средств измерений основных показателей качества регулирования, характерных для текстильной промышленности.
Цель п задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение технического уровня машин ткацкого производства и качества выпускаемой ими ткани. Для достижения этой цели в работе необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать концепции теоретических основ и методов исследования САР натяжения нитей основы для сновальных и шлихтовальных машин и ткацких станков.
Введение 2. Уточнить математические модели зон сматывания сновальных и шлихтовальных машин и зоны формирования ткани на ткацких станках.
3. Разработать структурные схемы САР натяжения основы, отвечающие всем требованиям технологических процессов снования, шлихтования и ткачества.
4. Разработать основы теоретических исследований электромагнитных шайбовых нитенатяжных приборов для системы централизованного управления натяжением основы на сновальных машинах.
5. Разработать основы теоретических исследований САР натяжения основы и ее элементов, установленной на входе шлихтовальной машины.
6. Разработать основы теоретических исследований САР натяжения основы и её элементов, используемой на ткацком станке.
7. Определить на основе теоретических исследований САР натяжения основы и их элементов конструктивные и настроечные параметры, необходимые при практической разработке данных систем.
8. Разработать теоретические основы исследовашю основных элементов систем контроля обрывов нитей и управления тормозом сновального вала партионной сновальной машины.
9. Разработать и уточнить экспериментальные методы исследования САР натяжения основы и их элементов, практически реализованных в этих системах.
Задачи, поставленные в работе, решались теоретическими и экспериментальными методами. В теоретических исследованиях применены методы математического моделирования, дифференциального и интегрального исчисления, теоретической механики, теории механизмов и машин, сопротивления материалов и теории автоматического регулирования.
Основные результаты теоретических исследований подвергались экспериментальной проверке в лабораторных и производственных условиях.
Обработка экспериментальных результатов проводилась методами математической статистики на ЭВМ с использованием стандартных пакетов программ.
Практическая ценность работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили создать комплекс САР натяжения основы от сновальной машины до ткацкого станка включительно, снизить обрывность основных нитей, повысить техшческие характеристики и эффективность работы данного оборудования и качество вырабатываемой суровой ткани.
Разработанные методики исследования САР натяжения основы и их элементов могут использоваться при разработке подобных систем для других текстильных машин, при проведении научно-исследовательских работ по отработке заправочных параметров и в учебном процессе.
Разработанные рекомендации по созданию САР натяжения нитей основы могут быть использованы также при модернизации сновальных и шлихтовальных машин и ткацких станков.
Созданный комплекс САР натяжения нитей основы от сновальной машины до ткацкого станка включителыго снижает обрывность основных нитей и повышает качество вырабатываемой суровой ткани, а следовательно повышает эффективность работы данного оборудования.
Введение Научная новизна заключается в разработке теоретических основ, структур и методов исследования САР натяжения основы с использованием современных методов анализа, позволяющих оптимизировать как структуру систем в целом, так и параметры элементов входящих в эти системы.
В диссертационной работе получены следующие основные новые результаты:
1. На основе анализа современных САР натяжения основы, выпускаемых ведущими фирмами в мире, и предъявляемых к ним технологическими процессами снования, шлихтования и ткачества требованиями разработаны уточнённые структурные схемы данных систем.
2. Уточнены математические модели зон сматывания сновальных и шлихтовальных машин и зоны формирования ткани на ткацком станке.
3. Разработаны основы теоретических исследований и определены статические и динамические характеристики электромагнитных шайбовых нитенатяжных приборов.
4. Разработаны теоретические основы исследования основных элементов систем контроля обрывов нитей и управления тормозом сновального вала партионной сновальной машшіьі.
5. Определены динамические характеристики дискового тормоза сновального вала в зависимости от радиуса наматывания, полоса пропускания электронного датчика обрыва нити и время его реакции на обрыв.
6. Разработаны основы теоретических исследований и определены основные характеристики САР натяжения основы и её элементов, установленной на входе шлихтовальной машины.
7. Разработаны основы теоретических исследований и определены основные характеристики САР натяжения основы и её элементов, используемой на ткацком станке.
8. Теоретически и экспериментально определены метрологические характеристики измерительных устройств натяжения основы на шлихтовальной машине и ткацком станке.
9. Определены основные конструктивные и настроечные параметры САР натяжения основы и их элементов, необходимые при практической разработке данных систем.
Ю.Разработана теоретически обоснованная и экспериментально подтвержденная концепция создания отечественных САР натяжения основы для сновальных и шлихтовальных машин и ткацких станков. 11.На основании теоретических и экспериментальных исследований впервые разработан и внедрён комплекс САР натяжения основы от сновальной машины до ткацкого станка
Реализация результатов работы. Разработанные теоретические и практические решения, обеспечивающие оптимальные режимы работы сновальной и шлихтовальной машин и ткацкого станка внедрены на четырех предприятиях текстильной промышленности России, что подтверждено актами производственных испытаний, внедрений и рекомендациями при создании новых образцов данного оборудования.
Введение Разработанные системы автоматического управления и элементы этих систем могут быть использованы в научной работе при отработке технологических процессов снования, шлихтования и ткачества, а также в учебном процессе.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме «Основные направления использования микропроцессорной и робототехники в легкой промышленности — 1988 г.», на текстильных предприятиях и заседаниях кафедр проектирования текстильных машин и автоматизации оборудования МГТУ им. А.Н. Косыгина.
Положительные результаты при использовании положений данной работы, получены на ряде текстильных предприятий:
• ОАО «Московский шелковый комбинат им. Розы Люксембург «Красная Роза»»;
• ОАО «Московский шелковый комбинат им. П.П. Щербакова»;
• ЗАО «Московский шелк».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, общих выводов и приложений. Изложена на 261 странице текста, иллюстрирована 181 рисунком, содержит 42 таблицы, включает 215 литературных источников.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 32 публикациях, в том числе 12 авторских свидетельств и 1 патент.
