Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние проблемы. задачи исследования 8
1.1 Методологические аспекты нитеподачи 8
1.2 Методы подачи нити 11
1.3 Конструкции натяжных устройств 28
1.4 Цель и задачи диссертации 32
Глава 2 Моделирование динамических свойств нити 34
2.1 Классификация текстильных волокон 34
2.2 Простейшие модели нити 43
2.3 Описание предлагаемой математической модели нити 48
2.4 Экспериментальные исследования упруго-вязких свойств нити 49
2.4.1 Описание экспериментальной установки 52
2.4.2 Экспериментальные исследования релаксационных свойств нити 53
2.4.3 Определение динамического и статического модулей упругости нити 55
2.4.4 Сравнение теоретических и экспериментальных данных 58
2.4.5 Экспериментальные исследования ползучести нити 62
2.4.6 Определение влияния скорости нагружения на релаксационные свойства нити 64
2.4.7 Выводы по главе 2 68
Глава 3 Математическая модель натяжного устройства 70
3.1 Выбор схемы натяжного устройства 70
3.2 Расчетная схема натяжного устройства 72
3.3 Дифференциальные уравнения движения, описывающие динамику натяжного устройства 74
3.4 Результаты численного моделирования 77
3.5 Выводы по главе 3 86
Глава 4. Исследование системы активной нитеподачи с дифференциальным регулятором натяжения нити 88
4.1 Схема активной нитеподачи с дифференциальным регулятором натяжения нити 88
4.2 Расчетная схема системы управления приводом устройства автоматической нитеподачи 91
4.3 Исследование динамики системы нитеподачи с учетом свойств нити 98
4.4 Уравнения, описывающие динамику приводов механизмов 102
4.5. Экспериментальные исследования системы нитеподачи 105
4.6. Синтез системы автоматического управления нитеподачеи 109
4.7 Выводы по главе 4 116
5. Заключение 118
6. Библиографический список
- Конструкции натяжных устройств
- Экспериментальные исследования упруго-вязких свойств нити
- Дифференциальные уравнения движения, описывающие динамику натяжного устройства
- Расчетная схема системы управления приводом устройства автоматической нитеподачи
Введение к работе
Актуальность работы. Трикотажная промышленность в настоящее
время является одной из важнейших подотраслей текстильной
промышленности, продукция которой не только удовлетворяет постоянно
растущим потребностям населения в одежде из трикотажа, но и широко
применяется для технических целей. Росту трикотажной промышленности
способствуют развитие оборудования, применяемого для вязального
производства, обладающего значительно более высокой
производительностью, чем современные ткацкие станки. Сокращенный цикл производства трикотажа по сравнению с производством тканей; возможность изготовления изделий заданной формы, развитие сырьевой базы и особенно создание новых видов химических нитей, свойства которых наиболее полно проявляются в структуре трикотажа; определяют постоянно возрастающий спрос населения на трикотажные изделия. Трикотажным способом производства в настоящее время вырабатывается большой ассортимент изделий бытовой одежды, а также изделий и полотен технического, медицинского назначения и др.
Увеличение объема производства, повышение производительности труда, улучшение качества и расширение ассортимента продукции в значительной степени зависит от технической оснащенности трикотажных предприятий. Парк вязального оборудования постоянно совершенствуется. Возрастают требования к новому оборудованию. В процессе выработки трикотажа на вязальной машине принимают участие различные механизмы, основными из которых являются: механизм подачи нити и механизм вязания.
В данной работе подробно рассмотрены проблемы нитеподачи на трикотажной машине, разработаны методы расчета и проектирования автоматических нитенатяжных устройств.
Перерабатываемая на трикотажных машинах нить должна подаваться в систему с определенным оптимальным для данного типа нити натяжением. Натяжение это должно быть постоянным, так как его колебания вызывают
неравномерность петельной структуры трикотажа. Поэтому проблема создания высокоточных систем нитеподачи, обеспечивающих заданное натяжение нити является актуальной научно-технической задачей.
Объектом исследования данной работы являются динамические процессы, протекающие в сложной мехатронной системе, в которую входят нить, нитеподающее устройство с регулируемыми параметрами подвески натяжного барабана, система управления натяжением нити.
Цель работы. Целью настоящей работы является повышение эффективности вязального оборудования за счет создания системы автоматической нитеподачи, обеспечивающей минимальное отклонение силы натяжения нити от заданного.
Для достижения поставленной цели в настоящей работе решаются следующие задачи:
-разработка математической модели нити - основного элемента нитеподачи -адекватно описывающей динамическое и квазистатическое (релаксация и ползучесть) поведение нити при работе автоматического натяжного устройства;
-экспериментальные исследования упруго-вязких свойств нити и определение основных параметров модели, описывающей свойства нити;
разработка расчетной схемы системы автоматической нитеподачи;
разработка математической модели, учитывающей релаксацию напряжений в нити при динамическом нагружении системы нитеподачи для ряда типовых воздействий;
численное исследование динамических характеристик системы нитеподачи для различных типов регулирования натяжения нити;
-разработка экспериментальной установки и проведение экспериментальных исследований статических и динамических режимов функционирования системы нитеподачи;
- разработка методики проектирования устройства активной нитеподачи и
разработка рекомендаций по внедрению устройств активной нитеподачи на
промышленном оборудовании.
Методы исследования. При выполнении работы использованы теоретические и экспериментальные методы теории колебаний, реологии, теории автоматического управления, теория электропривода, теория планирования эксперимента.
Достоверность научных положений и результатов. Основные научные результаты диссертации получены на основе фундаментальных положений и методов теоретической механики, теории колебаний, динамики машин, экспериментальных методов исследования. Теоретические результаты подтверждены результатами экспериментальных исследований.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту: -разработана математическая модель нити, адекватно описывающая как квазистатические, так и динамические режимы поведения нити; -разработана математическая модель системы нитеподачи, включающая в себя устройство для измерения натяжения нити, натяжной барабан с регулируемыми параметрами подвески, систему автоматического управления;
выявлена область параметров работы регулятора системы натяжения нити, обеспечивающих минимальное быстродействие и точность в пределах 5 %;
установлено, что наиболее точно динамическое поведение нити в задаче нитеподачи описывается моделью, построенной на основе уравнений Вольтерра - Больцмана с применением ядра Ржаницина.
Практическая ценность. Практическая ценность данной работы
состоит в том, что в результате исследований предложена новая конструкция
устройства для автоматической нитеподачи, позволившая разработать
принципиально новую трикотажную машину с индивидуальным приводом
игл, оригинальность которой защищена авторским свидетельством на
изобретение. Разработана методика проектирования систем активной
нитеподачи, позволяющая на основе математического моделирования
динамических процессов в нитенатяжном устройстве определять
оптимальные параметры натяжного устройства и регулятора. Результаты
работы использованы при выполнении гранта Министерства образования
Российской Федерации для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений (2003-2004 гг.) по теме: «Исследование динамики вязального механизма с индивидуальным электромагнитным приводом петлеобразующих органов» (шифр гранта А03-3.18-69), используются при выполнении гранта РФФИ № 05-08-33382 «Изучение закономерностей движения вибрационных мобильных роботов в различных средах» (2005-2006 гг.), в учебном процессе кафедры теоретической механики и мехатроники КурскГТУ. Личный вклад автора:
- разработана математическая модель нити и определены реологические
параметры функций релаксации и ползучести;
- разработана расчетная схема системы активной нитеподачи;
разработана математическая модель, описывающая распространение малых возмущений в системе нитеподачи для ряда типовых воздействий; .
разработана математическая модель САУ системы нитеподачи, разработана конструкция стенда для определения натяжения нити;
проведено численное исследование динамических характеристик системы нитеподачи для различных типов регулирования натяжения нити;
разработана экспериментальная установка и проведены экспериментальные исследования статических и динамических режимов функционирования системы нитеподачи;
разработана методика проектирования устройства активной нитеподачи.
Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались на Международных научно-технических конференциях «Вибрационные машины и технологии» (г. Курск 2001-2006), «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (г. Орел 2003г.), вузовских научных конференциях «Молодежь и XXI век» (г. Курск2 003-2005), Всемирном конгрессе «Звук и Вибрация» (С- Петербург, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, включая 9 статей, из них по перечню ВАК - 1, 1 свидетельство на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 92 наименований и приложения. Текст диссертации изложен на 138 страницах текста, содержит 59 рисунков, 6 таблиц.
Конструкции натяжных устройств
В переработке химических нитей используются различные устройства для их осевого сматывания. Одно из них, например, содержит два соединенные штангами фланца. Между ними помещена сматываемая двухфланцевая катушка. В нижнем фланце имеется вращающаяся подставка, в верхнем - подпружиненный нитепроводник. Его основание опирается на верхний фланец катушки. При возрастании натяжения нити уменьшается торможение катушки. Между фланцами устройства напротив одной из штанг содержится стойка с подвижным ните проводником. Сравнительно высокая инерционность катушки, слеты нитей с нитепроводников при сматывании и высокий общий уровень натяжения нитей приводят к значительной обрывности их и неполному сматыванию с катушки [9].
Указанные недостатки частично ликвидированы в устройствах, исключающих вращение исходной паковки, в частности в устройствах для осевого сматывания, используемых на однопроцессной крутильной машине для капроновых кордных нитей КОЭ-315-ИКМ1. Это устройство имеет ось, посаженную на нее втулку с тремя нитепроводниками, два из которых жестко на ней закреплены, а третий посажен на вторую втулку, свободно вращающуюся относительно первой, и связан с ней с помощью плоской спиралевидной пружины. Ко второй втулке прикреплен один из концов фрикционной ленты, охватывающей по поверхности тело первой втулки. При повороте подвижного нитепроводника натяжение фрикционной ленты ослабевает и устройство растормаживается. Существенными недостатками этого устройства являются также неполное сматывание (до 20 %), резкое повышение натяжения нити в начале ее сматывания, часто приводящее к обрыву нити, высокая инерционность и сложность в изготовлении вследствие большого количества деталей.
Задачей работы, проводимой автором, являлось конструирование, изготовление и испытание такого устройства, которое устраняло бы указанные выше недостатки и позволяло бы достичь максимальной полноты сматывания нити с двухфланцевой катушки, С этой целью выполнено устройство, изображенное на рисунке 1.14. В этом устройстве на ось 1 жестко посажена фрикционная шайба 2, на шариковых подшипниках 4 — втулка 3 с закрепленным на ней рычагом 8, имеющим нитепроводник 9. На втулку 3 со скользящей посадкой посажена втулка 5 с винтовой прорезью, опирающаяся нижним торцом на фрикционную шайбу 2 и соединенная со втулкой 3 витой пружиной 11. На ней также закреплен рычаг 6 с нитепроводником 7. В винтовую прорезь втулки 5 входит штифт 10, устанавливаемый в рычаге 8. Нижний конец оси 1, на котором находится устройство, располагается отверстии двухфланцевой катушки 12 с нитью таким образом, чтобы нижний нитепроводник 7 находился на 10—30 мм ниже верхнего фланца катушки. Конец нити с катушки 12 заправляется в нижний нитепроводник 7, затем проводится в верхний нитепроводник 9 и через центральный нитепроводник 14 направляется на наматывающее устройство 15.
Рис. 1.14. Устройство для осевого сматывания.нитей В начале процесса сматывания при возникновении натяжения нити, Конструкция устройства предусматривает такое расположение нитепроводников, при котором верхний находится под углом 90 — 120 к нижнему по окружности с опережением в сторону рабочего вращения втулок и в статическом состоянии удерживается в этом положении пружиной 11. Этой же пружиной верхняя втулка опущена по винтовой поверхности до касания нижним торцом с фрикционной шайбой 2, что способствует торможению устройства. Вращающий момент, создаваемый пружиной 11, подбирается меньшим крутящего момента тангенциальной составляющей силы натяжения нити на участке между нитепроводниками 7 и 9. последняя сближает нитепроводники 7 и 9, вращая навстречу втулки 3 и 5. Втулка 5, отталкиваясь от штифта 10, поднимается по винтовой прорези и выходит из контакта с фрикционной шайбой 2. Таким образом, устройство растормаживается и получает возможность свободного вращения на оси 1 от силы натяжения нити.
В момент окончания процесса сматывания, когда натяжение исчезает, рычаг 8 пружиной 11 возвращается в исходное положение. Верхняя втулка 5, поворачиваясь, опускается винтовой поверхностью, входит в контакт с фрикционной шайбой 2 и моментально затормаживает устройство, что исключает инерционный сход нити и запутывание ее на катушке.
Описанное устройство позволяет полностью смотать нить с двухфланцевой катушки и максимально снизить количество отходов. Кроме того, выравнивание натяжения нити в процессе сматывания улучшает показатели качества нити, а также дает возможность исключить из ряда технологических операций переработки нити один или несколько промежуточных переходов, например процесс перемотки при вязании трикотажных полотен. [9].
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет повысить производительность труда при обслуживании, улучшить удобства обслуживания машины. Причина снижения качества готового продукта в нестабильном натяжении, поэтому возникла необходимость усовершенствовать компенсатор трикотажной машины. Для стабилизации натяжения нити, особенно при смене направления ее движения, связанного с петлеобразованием, необходимо было вычислить перемещения и напряжения в прутковом механизме компенсирующего устройства. Необходимо усовершенствовать устройство компенсатора нити, оснастив его тремя последовательно регулируемыми зонами, как в статическом, так и в динамическом состоянии рабочей системы.
Проанализировав механизмы подачи нити на различных трикотажных машинах, мы пришли к выводу, что проблема разработки и создания активных (позитивных) систем нитеподачи применительно к нитям чувствительным к растяжению остается актуальной. Особенно важным вопрос нитеподачи становится в машинах с индивидуальным приводом игл. Это связано с тем, что необходимо создавать оптимальные условия для петлеобразования в таких машинах возможно только при проектировании системы включающей в себя как петлеобразующие органы с ограниченной мощностью привода, так и устройства нитеподачи обеспечивающие подачу нити с заданными свойствами.
В идеальном случае нитеподачи нить должна иметь минимальное входное натяжение, при котором ее положение точно обеспечит подачу на петлеобразующие органы. Кроме того, необходимо учитывать такие факторы, как свойства перерабатываемых нитей (особенно разрывное удлинение), тщательность снования, кладки нитей (особенно комбинированные), вид переплетения и др.
Исходя из всего вышеперечисленного, мы предлагаем: заменить кинематические контролирующие устройства электрическими датчиками; установить электрический датчик, соединенный с валом вращения бобины; добавить микропроцессор, соединенный с главным валом машины, контролирующий вращение бобины и передающий информацию на датчик контроля натяжения нити.
Цель работы. Целью настоящей работы является повышение эффективности вязального оборудования за счет создания системы автоматической нитеподачи, обеспечивающей минимальное отклонение силы натяжения нити от заданного.
Экспериментальные исследования упруго-вязких свойств нити
Для определения параметров функций ползучести и релаксации разработаны специальные установки, позволяющие создавать в нити два типа напряженно деформированных состояний. В первом случае в нити создается постоянная величина деформации, а изменяющееся во времени напряжение растяжения, возникающее в нити регистрируется специальным датчиком..
Такой эксперимент позволяет построить кривые релаксации и определить функцию релаксации. Второй тип опытов основан на создании в нити постоянного напряжения, а изменяющаяся во времени величина деформации нити регистрируется специальным датчиком. Такая методика позволяет находить кривые ползучести нити и определить параметры функции ползучести. Для исследования были отобраны три типа нитей применяемых в трикотажном производстве. Все образцы прошли предварительную вытяжку на стенде в течение 2 часов.
Установка состоит из следующих элементов: 1- образец нити, 2- датчик измерения силы, возникающей при растяжении нити, 3- датчик измерения перемещения якоря электромагнита во время нагружен ия нити эта информация необходима для определения времени и скорости нагружения нити, 4- аналогово-цифровой преобразователь, 5-компьютер, 6-электромагнит, 7- корпус установки, 8-регулировочный узел, 9- блок электрического питания электромагнита.
Работа установки происходит следующим образом. В заданный момент времени на катушку электромагнита поступает электрическое напряжение. В результате этого якорь электромагнита притягивается к статору и происходит деформация нити. Величина деформации регулируется с помощью регулировочного узла.
Сигналы с датчиков поступают через АЦП на параллельный порт компьютера, и происходит их запись и последующая обработка.
В качестве датчика измерения силы натяжения нити, выступал датчик давления FSL05N2C. В качестве датчика определения скорости нагружения использован датчик ускорения ADXL 150. Примеры кривых релаксационного течения нити приведены на рис.2.6-2.8.
В данном параграфе приведены результаты экспериментальных исследований релаксационных свойств нити. С помощью электромагнита экспериментальной установки нить деформировалась в диапазоне от 0,03 до 0,115. Анализ кривых релаксации приведенных на рис. 2.3,2.5 показывает, что напряжение, возникающее в нити после приложения нагрузки, быстро падает, В среднем период релаксации напряжений мало зависит от типа нити и равен 25сек. Скорость релаксации напряжения равна максимуму в начальный момент времени и затем плавно стремится к нулю. Уровень падения напряжения в нити за период релаксации можно оценить с помощью отношения tt. а = (ст0 - СТіУ где Си о"і -напряжение в начальный и конечный моменты времени.
Важной для практического использования теоретических результатов полученных в предыдущих параграфах является вопрос об определении значений мгновенного и длительного модулей упругости нити. Разработанное экспериментальное оборудование позволяет варьировать скорость нагружения нити за счет изменения уровня электрического питания подаваемого на обмотку электромагнита, создающего деформацию в нити.
Датчик ускорения, установленный на якоре электромагнита позволяет определить время нагружения нити с высокой точностью. На рис.2.9. приведены кривые релаксации для различных значений времени нагружения.
Хорошо видно, что время нагружения является значительным фактором, влияющим на характер релаксационного процесса. С ростом времени нагружения происходит сближение модулей упругости и величина длительного модуля приближается к величине мгновенного, а параметр а стремится к нулю. Кроме этого, разработанное экспериментальное оборудование позволяет изучить влияние начального уровня напряжений на величину мгновенного и длительного модулей. Мгновенный модуль определяется по формуле :Е0"о0/е, а длительный по формуле: Е\ = G]/c.
Полученные экспериментальные данные в виде кривых релаксации позволяют определить вид функции - ядра релаксации. В работах Работнова Ю.Н. описаны различные типы ядер релаксации
Сравнение с экспериментами показало что экспоненциальное ядро не обеспечивает моделирование высокой начальной скорости релаксации, а гиперболическое достаточно точно воспроизводит начальный период процесса релаксации, но на большом интервале времени приводит к значительным погрешностям (рис.2.13).
В результате экспериментальных исследований установлено, что мгновенный модуль упругости зависит от величины начального напряжения возникающего в нити (рис.2.10-2.13), поэтому в общем случае формула, связывающая напряжения и деформации может быть представлена следующим образом
Дифференциальные уравнения движения, описывающие динамику натяжного устройства
Вязальное оборудование постоянно совершенствуется: расширяются его технологические возможности, создаются условия для улучшения качества вырабатываемой продукции, повышения производительности труда и машин.
В главе I изучен процесс принудительной подачи нити на трикотажной машине, установлены критерии оценки качества натяжения нити, а также проанализированы конструкции нитенатяжных устройств, выявлены их достоинства и недостатки.
На базе полученных знаний была предложена системы нитеподачи. Предлагаемый механизм, разработанный в данной главе, имеет определенные достоинства, главными из которых являются возможность работы с большим ассортиментом нитей, контроль качества натяжения нити на всех этапах ее подачи к механизму вязания, а также возможность применения данного механизма на трикотажных машинах любого назначения.
Среди различных устройств, применяемых для регулирования натяжения нити в вязальных машинах, наибольший интерес представляют устройства с активным контролем и управлением натяжением нити. Так как такая система позволяет исключить обрыв нити, обеспечить наилучшие условия работы петлеобразующих органов, что особенно важно при проектировании машин с индивидуальным приводом игл. Недостатком данных устройств является повышение сложности оборудования за счет установки дополнительного привода нитеподачи и системы датчиков, непрерывно измеряющих натяжение нити. Кроме этого система должна содержать блок управления с встроенной функцией регулятора. В ряде случаев оправданным является применение дополнительных приводов вращения принимающего и подающего барабанов [1]. Для решения этих задач можно предложить использовать шаговый двигатель вращательного движения, который позволяет поддерживать постоянными по величине скорость нити и момент на валу. Однако данный вариант не позволяет скомпенсировать непостоянство вращения подающего барабана, что в отдельных случаях приводит к существенной неравномерности подачи нити к игле [2].
Основная идея, реализованная в устройстве для натяжения нити схема которого рассмотрена в данной главе состоит в том, что для минимизации отклонения натяжения нити от номинального значения предлагается изменять свойства самой механической системы подачи нити, а именно упруго-диссипативные свойства подвески демпфирующего барабана в зависимости от текущего значения ускорения.
В настоящее время, с появлением материалов с новыми, изменяющимися свойствами [1, 2, 11, 12], существует возможность помимо регулирования и отслеживания вынуждающего момента, что во многих случаях является затруднительным и дорогостоящим, изменять реологические свойства элементов системы нитенатяжения [33, 34]. Наиболее просто с технической точки зрения создать управляемуго подвеску подвижного барабана , который собственно и обеспечивает натяжение нити за счет поступательного движения своей оси. Причем здесь применяется как регулирование коэффициента жесткости, так и коэффициента диссипации или вязкости подвески. Для этого сегодня используются различные методы. Один из перспективных вариантов - это создание регулируемой подвески на основе специальных материалов с управляемыми свойствами. Примером такого материала является магнито-реологические жидкости [3], позволяющие изменять свои упруго-диссипативные свойства в зависимости от интенсивности внешнего магнитного поля, которое может быть создано соленоидом с регулируемым напряжением питания. Система регулирования, построенная на этом принципе, не требует полных знаний о характере вынуждающего момента и в ходе работы может приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям. Для исследования возможностей динамики такой механической системы предлагается следующая схема устройства для регулирования натяжения нити.
Основным элементов системы активной нитеподачи остается подвижный барабан, оснащенный приводом перемещения оси. Поэтому в данной главе разработана подробная динамическая модель, описывающая движение не только подвижного барабана, но и системы барабанов, обеспечивающих перемещение нити от поковки к игле
Устройство работает следующим образом. Подающий барабан 1 вращается под действием натяжения разматывающейся нити. Подвижный барабан 2 подвешен на исполнительное звено двигателя поступательного движения и совершает плоско-параллельное движение, вращаясь вокруг мгновенного центра скоростей. Нить огибает подвижный барабан 2 и наматывается на принимающий барабан I, который приводится во вращение от внешнего двигателя (на рис. 3.1 не показан). Система регулирования отслеживает натяжение нити с помощью датчика, определяющего натяжение в нити, и по определенному закону через драйвер двигателя поступательного движения регулирует вертикальное положение подвижного барабана.
Таким образом, достигается минимизация отклонения натяжения нити от номинального значения.
Существует два типа управления перемещением оси барабана.
1) Барабан установлен на упруго-вязком подвесе, выполненном в виде пружины и вязкого демпфера, установленных параллельно. Движение оси барабана можно регулировать, изменяя коэффициенты жесткости и вязкости системы подвеса оси. В данном случае осуществляется косвенное управление движением оси барабана. Траектория движения формируется в результате действия многих факторов.
2) Ось барабана перемещается за счет специального привода выполненного на основе электромагнита или на основе электродвигателя и редуктора, обеспечивающего преобразование вращательного движения в поступательное. В этом методе ось барабана движется по траектории заданной приводом этой оси. По сути это прямой метод управления движением.
С точки зрения реализации конструкции натяжного устройства первый метод является наиболее предпочтительным в силу того, что управлять коэффициентами жесткости и вязкости можно простыми способами. Однако этот подход требует применения более сложного регулятора и управляющей программы.
Расчетная схема системы управления приводом устройства автоматической нитеподачи
Для опускания иглы напряжение, поступающее на реверсивный электродвигатель, меняет полярность, и вал электродвигателя вращается в противоположную сторону, опуская рейку с
толкателем, в котором закреплена игла. Иглы движутся в пазах игольницы вязального механизма. Для выключения иглы из работы напряжение на электродвигатель не подается и игла не вяжет. Номинальное значение напряжения, подаваемого на двигатель - 12 В. Вязание трубчатого полотна происходит посредством последовательного включения и смены полярности напряжения питания реверсивных электродвигателей. Время включения і-го малогабаритного реверсивного электродвигателя и временной интервал между включениями і-го и і+1-го электродвигателей задаются программой вязания. Датчики перемещения петлеобразующих органов информируют САУ о ходе выполнения приводом петлеобразующего органа программы вязания.
Для устройства нитенатяжителя используется реверсивный двигатель постоянного тока со встроенной реечной передачей, аналогичный приводу петлеобразующего органа. Устройство натяжения поддерживает в течение всего процесса вязания необходимые технологические параметры натяжения нити при помощи линейного перемещения подвижного ролика устройства натяжения (рис. 4.6). Натяжение нити фиксируется датчиком натяжения. При излишнем натяжении нити вследствие кулирования нити петлеобразующими органами, устройство натяжения ослабляет натяжение до заданного программой вязания уровня. И, наоборот, при недостаточном натяжении подвижный ролик перемещается на большее расстояние от привода нитенатяжителя, совершая, таким образом, компенсацию натяжения нити.
В качестве приводов нитевода и активной нитеподачи выступают шаговые двигатели. В механизме активной нитеподачи шаговый двигатель приводит во вращение с необходимой скоростью бобину с пряжей. При осуществлении вращения бобины с пряжей в направлении сматывания нити во время процесса петлеобразования достигается минимальное натяжение пряжи, вследствие чего пряжа до входа в зону вязания не деформируется. Нитевод приводится во вращение от шагового двигателя при помощи ременной передачи. Вращаясь, нитевод прокладывает нить таким образом, чтобы обеспечить игле возможность кулирования. Датчики положения нитевода информируют САУ о текущем положении нитевода относительно петлеобразующих органов вязальной машины.
Для моделирования электромеханической системы приводов петлеобразующих органов вязальной машины (рис. 4.6) можно записать следующую систему дифференциальных уравнений, описывающих динамику і-го электропривода:
Проведенные экспериментальные исследования натяжного устройства автоматического типа для различных параметров алгоритма управления показали, что коэффициент неравномерности удается снизить приблизительно в пять раз по сравнению с пассивной системой нитеподачи (рис.4.7). Разработана инженерная методика проектирования натяжных устройств, основанная на моделировании динамического поведения устройства нитенатяжения.
Возмущения, возникающие в нити при работе петлеобразующего механизма, компенсируются системой автоматического нитенатяжения. Важно определить время прохождения возмущений по нити, что позволяет оценить задержку передачи сигнала с датчика натяжения на регулятор и скорректировать расположение датчика и алгоритм управления.
Установлено, что сигнал, поступающий с датчика, контролирующего натяжение нити, из-за эффектов релаксации запаздывает, что значительно снижает показатели качества системы управления натяжением нити. Поэтому при расчете системы натяжения предлагается учитывать эффект запаздывания. В работе также разработаны и исследованы устройства управления жесткостью подвески барабана дискретного типа.
Решение задач, связанных с изучением деформаций и напряжений, возникающих при динамических процессах, происходящих в нити, требует точных данных о динамических свойствах нити. Для описания связи между напряжением и деформацией разрабатываются различные математические модели, например [1,2].
Эффекты релаксации напряжения и пластического течения можно изучать, применив модель линейного вязкоупругого тела при одноосном растяжении. Как было установлено в главе 2, в наиболее общем виде такая модель имеет вид [61, 50]: і o{t) = 0[є(0 - \R{t- т)є(т) dx] % (4.2) где Е0 - мгновенный модуль упругости; о(/) - напряжения, возникающие в нити; е(0 - деформация, возникающая в нити; R(t) - ядро релаксации.
Решение задач динамики нити с применением данного закона дает возможность более точно учесть наследственно-упругие свойства нити, а также определить влияние последних на протекающие в нити колебательные процессы. Напряжение растяжения определим по формуле о = N/F, где N - сила, возникающая в нити при растяжении; F - площадь поперечного сечения нити.
Рассмотрим применение зависимости (1) при исследовании продольных гармонических колебаний. Таким образом, полученные зависимости показывают, что применение закона (4.2) при решении задач динамики нити в случае продольного гармонического возмущения дает возможность получить простые выражения для определения деформаций и напряжений с учетом эффектов релаксации и ползучести. Получены математические формулы, определяющие демпфирующие свойства нити. Выявлена возможность определения реологических коэффициентов из квазистатического эксперимента.
