Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Способы укладки ленты, конструкции лентоукладчиков и основные направления исследований процессов укладки ленты 11
1.1. Устройства для укладки ленты витками в цилиндрические тазы 11
1.2. Устройства для укладки ленты в цилиндрические тазы по спирали 18
1.3. Устройства для укладки жгута или ленты в овальные тазы 23
1.4. Устройства для укладки жгута или ленты в прямоугольные тазы 26
1.5. Нетрадиционные конструкции устройств для укладки ленты 26
1.6. Краткий обзор основных исследований технологических характеристик лентоукладчиков 30
Выводы 35
Глава 2. Анализ процесса укладки ленты витками в цилиндрический ТАЗ 37
2.1. Определение геометрических и кинематических параметров традиционных схем лентоукладчиков 37
2.2. Определение кинематических и геометрических параметров кривых укладки леїггы витками в цилиндрический таз 41
2.3. Практическое определение кинематических и геометрических параметров процесса укладки ленты витками во вращающийся газ 44
2.4. Анализ характера распределения плотности укладки ленты по поверхности укладки 53
2.5. Приближенный способ анализа распределения плотности укладки ленты витками її цилиндрический тач 62
2.6. Определение неровноты ленты, обусловленной работой лентоукладчика 68
Выводы 73
Глава 3. Разработка обобщенной методики расчета параметров процесса укладки ленты 75
3.1. Разработка методики анализа процесса укладки ленты в таз 75
3.2. Спиральная укладка ленты в цилиндрический таз 80
3.3. Анализ процесса укладки ленты в тазы овальной формы 93
3.4. Анализ процесса укладки ленты в прямоугольные контейнеры 105
3.5. Анализ процесса укладки ленты в прямоугольные контейнеры со скругленными углами 111
Выводы 122
Глава 4. Основные направления реализации результатов исследований 124
4.1. Описание программного обеспечения и инструкции по ею практическому использованию 124
4.2. Анализ технологических параметров лентоукладчиков с переменным радиусом укладываемых витков 129
4.3. Анализ технологических параметров лентоукладчиков с дополнительным колебательным движением оси таза 137
4.4. Анализ влияния кинематических и геометрических параметров лентоукладчиков па плотность укладки и неровному ленты 145
Выводы 150
Заключение и общин выводы 152
Библиографический список 156
Приложение 161
- Краткий обзор основных исследований технологических характеристик лентоукладчиков
- Определение кинематических и геометрических параметров кривых укладки леїггы витками в цилиндрический таз
- Анализ процесса укладки ленты в прямоугольные контейнеры со скругленными углами
- Анализ технологических параметров лентоукладчиков с переменным радиусом укладываемых витков
Введение к работе
В текстильном производстве и б промышленности синтетических волокон на многих машинах прием выпускаемого продукта, формируемого в виде ленты или жгута, осуществляется в контейнеры {тазы) различной формы и размеров. При этом механизмы приема (лентоукладчики или укладчики жгута) существенно отличаются друг от друга, как величинами скоростей укладки продукта, так и формами кривых, по которым располагается в контейнерах уложенный продукт.
В текстильном производстве скорости укладки ленты на чесальных, гребнечесальных и ленточных машинах относительно невелики и составляют от 1,5 до 20 м/с, тогда как на современных машинах химических и синтетических волокон скорости укладки жгута могут достигать 35 м/с и выше. Формы укладки ленты и жгута также имеют существенные различия: лента на текстильных машинах обычно укладывается витками в цилиндрические тазы, в то время как па машинах химических волокон жгуч чаще укладывается по спирали, "змейкой" или по кривым других типов. Кроме того, ленты из натуральных волокон имеют малую прочность и при укладке за счет вытягивания могут получать дополнительную неровноту, тогда как жгуты из синтетических материалов в процессе укладки можно ечшать практически нерастяжимыми.
Основными требованиями, предъявляемыми к механизмам укладки любых типов, являются: исключение возможности сцепления соседних участков уложенного продукта, надежность пзьлечения его из контейнера па последующих технологических переходах, достижение равномерной плотности укладки и максимальной массы продукта в заданном объеме контейнера, исключение появления дополнительной неровноты ленты в процессе укладки.
Несмотря на имеющиеся различия между процессами укладки ленты и жгута, их можно рассматривать как процессы одного класса, поскольку при любых способах укладки форма кривой укладки, ап следовательно, и характер
распределения плотности уложенного продукта, определяются относительным движением механизма подачи лепты (жгута) и контейнера.
В этой связи актуальной становится задача разработки общей методики и единого программного обеспечения для анализа кинематических и технологических характеристик устройств, осуществляющих укладку ленты ( жгута) любыми способами в контейнеры различных форм с целью использования их для исследования существующих и проектирования новых схем лен-тоукладчикоп,
В рамках данной общей задачи необходимо:
провести анализ основных существующих способов укладки ленты и установить типовые законы движения механизмов подачи ленты и привода контейнеров;
рассмотреть ряд конкретных, наиболее распространенных способов укладки ленты, и на их основе разработать последовательность математического анализа кинематики лентоукладчиков и методику определения характера распределения плотности укладки ленты;
разработать обобщенные механические и математические модели для исследования кинематических и технологических характеристик лентоукладчиков различных типов, включая определение плотности укладки и дополнительной неровпоты ленты, связанной с переменностью скорости укладки;
разработать методику перехода от обобщенной математической модели к математическим моделям для различных конкретных схем лентоукладчиков;
разработать и отладить программное обеспечение для исследования ленто-укладчиков различных типов;
использовать результаты теоретических исследований и проіраммное обеспечение для разработки новых конструктивных схем лентоукладчиков с улучшенными технологическими характеристиками.
В ходе исследования перечисленных выше аспектов решения общей задачи в диссертации были получены следующие новые научные результаты;
:>
разработана обобщенная расчетная схема для анализа кинематических и технологических параметров лентоукладчиков различных типов, основанная на представлении их структуры в виде совокупности устройств» подающих ленту, и устройств, осуществляющих раскладку ленты по поверхности укладки. Эта расчетная схема обеспечивает возможность исследования процессов укладки ленты в тазы различной формы (цилиндрические, овальные, прямоугольные и др.) по различным кривым укладки (витками, по спирали, змейкой).
получены обобщенные параметрические уравнения кривой укладки ленты, с помощью которых за счет конкретизации вида переменных, входящих в эти уравнения, можно получать уравнения кривых укладки ленты для лентоукладчиков различных типов и конструкции, С помощью данных уравнений обеспечивается возможность определения форм кривых укладки, их кривизны, а также скоростей и ускорений движения точки укладки относительно контейнера, что необходимо для выбора рациональных параметров лентоукладчиков различных типов.
установлено, что плотность укладки ленты и характер ее распределения следует рассматривать как один из важнейших технологических критериев, определяющих качество работы лентоукладчиков, в связи с чем были разработаны соответствующие расчетные методики и получены формулы для определения относительной плотности укладки, позволяющие производить сравнительную оценку различных способов укладки ленты,
разработана методика теоретического анализа дополнительной неровно лепты, обусловленной работой лентоукладчика, С помощью данной методики определяется характер изменения линейной плотности лепты в процессе укладки, а также производится спектральный анализ ее неровноты. Вместе с характеристиками плотности укладки данные показатели неровноты рекомендуется использовать в качестве критерия при сравнительном анализе различных способов укладки ленты.
- для традиционных схем лентоукладчиков получено и решено нели
нейное дифференциальное уравнение первого порядка для определения зако
на вращательного движения верхней тарелки, обеспечивающего постоянство
скорости укладки ленты.
Практическая значимость результатов работы обеспечивается их новизной и заключается в следующем:
все разработанные в диссертации теоретические методы, доведены до практической реализации в виде прикладных программ в среде MATLAB, которые в совокупности создают научно-техническую базу для проектирования лентоукладчиков с различными способами укладки ленты (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2006610326, 2006.)-Единое программное обеспечение, предназначенное для анализа кинематических и технологических характеристик лентоукладчиков, ориентировано на диалоговый режим взаимодействия с пользователем и допускает возможность расширения его за счет введения дополнительных программных блоков, что позволяет на базе данной программы пс только исследовать существующие схемы лентоукладчиков, но и производить сравнительный анализ вновь проектируемых конструкций.
разработаны и исследованы две новые схемы лентоукладчиков для укладки ленты витками в цилиндрические тазы: с переменными радиусами укладываемых витков и с подвижной осью таза, анализ которых показал возможность с помощью данных схем существенно снизить неравномерность плотности укладки ленты.
Материалы диссертации изложены в следующей последовательности.
В первой главе рассмотрен ряд основных способов и конструкций лентоукладчиков и укладчиков жгута, в которых использованы наиболее употребительные формы контейнеров и кривых укладки ленты. Анализ этих конструкций в дальнейшем стал основой для построения обобщенной механической и математической моделей процессов укладки ленты. Проведенный в
этой же главе обзор исследований в области теоретического анализа процессов укладки ленты, подтвердил необходимость дальнейшего изучения характера распределения плотности укладки и иеровноты ленты, обусловленной работой лептоукладчиков.
Во второй главе изложена методика определения конструктивных, кинематических и геометрических параметров процесса укладки ленты витками во вращающиеся контейнеры. Получены параметрические уравнения кривых укладки ленты, формулы для определения скорости укладки, радиусов кривизны уложенной ленты, детально с помощью разработанных вычислительных программ исследованы различные аспекты процесса укладки ленты, включая характер распределения ее плотности, В ходе данных исследований установлено, что при укладке ленты витками во вращающиеся цилиндрические тазы неизбежно возникновение существенной неравномерности плотности укладки, обусловленной преимущественно используемой геометрической схемой укладки. Получено также дифференциальное уравнение для приближенного определения изменений линейной плотности ленты на выходе из наклонного канала верхней тарелки, на основе которого разработано программное обеспечение для спектрального анализа иеровноты ленты.
Третья глава является теоретической основой диссертации и посвящена разработке обобщенной методики анализа кинематических и технологических параметров лептоукладчиков, позволяющей в рамках единой математической модели и общего программного обеспечения исследовать подавляющее большинство существующих, а также новых схем лептоукладчиков. Данная методика основана на представлении механической модели лептоукладчиков в виде совокупности устройства подающего ленту и устройства, осуществляющего раскладку лепты по поверхности укладки, причем считается, что каждое из этих устройств может совершать сложное плоское движение. Получены обобщенные параметрические уравнения кривой укладки ленты, с помощью которых за счет конкретизации вида переменных, входя-
щих в эти уравнения, можно получать уравнения кривых укладки ленты для лентоукладчиков различных типов и конструкции.
Разработаны методики теоретического анализа лентоукладчиков, обеспечивающих укладку ленты в различные по форме тазы: цилиндрические, овальные, прямоугольные и прямоугольные со скругленными углами. Для всех этих случаев приведены необходимые аналитические зависимости и результаты определения законов движения всех элементов лентоукладчиков, характера распределения относительных плотностей укладки ленты и неров-поты ленты, возникающей в процессе укладки.
В четвертой главе подводятся итоги исследований и даются основные направления практического использования результатов работы. В качестве одного из главных результатов выделяется разработка в системе MATLAB единой программы анализа кинематических и технологических характеристик лентоукладчиков, ориентированной на диалоговый режим работы с пользователем. Приведена подробная инструкция, позволяющая пользователю использовать программное обеспечение для решения конкретных задач, возникающих в процессе исследования существующих схем лентоукладчиков или при проектировании их новых конструкций.
Возможности практического применения программного обеспечения демонстрируются на примере анализа новых конструктивных схем лентоукладчиков: с переменным радиусом витка и с подвижной осью вращения таза,
В ходе исследования данных конструкции подтверждена необходимость использования при оценке конструктивно-технологических схем лентоукладчиков двух основных технологических критериев: равномерности распределения плотности укладки и дополнительной неровноты лепты, возникающей в процессе укладки. На основании полученных результатов был сделан вывод, что внесение в традиционную схему укладки ленты изменений, обеспечивающих возможность перераспределения положении витки в ленты на поверхности укладки целесообразно с практической точки зрения,
поскольку данный спосоо позволяет повысить степень равномерности плотности укладки ленты.
При этом была установлена предпочтительность использования схем лентоукладчиков с подвижной осью таза, поскольку они одновременно позволяют повысить равномерность плотности укладки и уменьшить дополнительную неровноту ленты.
В конце диссертации приведены общие выводы и практические рекомендации по использованию результатов работы,
В приложении приведен текст разработанной единой программы для анализа различных типов и конструкций лентоукладчиков.
Краткий обзор основных исследований технологических характеристик лентоукладчиков
В литературе исследованиям процессов укладки лепты и жгута посвящены многочисленные работы, в которых решаются вопросы взаимосвязи технологических, конструктивных и кинематических параметров различных способов и устройств для укладки ленты.
Первоначально исследования процессов укладки ленты проводились с целью определения конструктивных и кинематических параметров лентоук-ладчиков, при которых обеспечиваются нормальные условия работы этих устройств. [7, 13, 14]. В решение этих задач наиболее существенный вклад внесли А. Г. Севостьянов, П. С. Малевский-Малевич, А. И. Макаров, Г. А. Ермилов, Э, А. Попов и др. Целый ряд практически важных задач решен сотрудниками английского исследовательского института «Шерли».
В дальнейшем с ростом скоростей укладки возникла потребность в более глубоком и всестороннем изучении процессов укладки, включая математическое описание кривых укладки, определение скоростей укладки и их влияние на дополнительную неровноту уложенной в таз ленты.
Для оценки неровно ленты по линейной плотности в производственных условиях обычно используются значения, дисперсии и коэффициента вариации, которые определяются по массе коротких (3 см) и длинных (100 см) отрезков лепты. [28]. Для нахождения конкретных значений дисперсии и коэффициента вариации отбираются п (обычно 100) отрезков исследуемой леніьі и посредством взвешивания определяются их массы. Затем подсчитываемая средняя величина массы отрезков:
Далее по формулам (1,2) и (1.3) вычисляются соответственно значения дисперсии и коэффициепта вариации: [29J
Вышеприведенные формулы вполне достаточны для оценки в производственных условиях неровноты продукта и соответствия качества ленты техническим требованиям, но они не дают информации о характере распре деления линейной плотности по длине ленты и о возможных причинах появления этой неровно.
Наиболее полную информацию о неровноте ленты и других продуктов прядения можно получить с помощью ровнотомера и спектрографа «Устер», который осуществляет представление текущих значений линейной плотности (толщины продукта) в виде ряда Фурье с конечным числом гармонических составляющих. [15, 30]. Лента с определенной скоростью пропускается через датчики толщины прибора «Устер», и результаты выдаются в виде спектрограммы, в которой по оси абсцисс выводятся длины волн в логарифмическом масштабе, а по оси ординат средние значения коэффициентов вариации для каждого из диапазонов длин волн. (Рис.1.13).
Периодические колебания линейной плотности проявляются на спектрограмме в виде резких выступов, что позволяет по значениям соответствующих длин волн (частот) найти источник этих возмущений.
Например, на рис.1.13 явно проявляется выступ с длиной волны ОЕСОЛО 50 см. Анализ показывает, что эта длина волны соответствует длине одного витка, укладываемой на чесальной машине лепты, а, следовательно, источником этого дефекта является лептоукладчик.
Для более подробного выяснения причин этого дефекта были проведены теоретические исследования по определению формы кривой и скорости укладки, которые позволили установить, что скорость укладки колеблется с частотой вращения верхней тарелки, чем и вызывается всплеск амплитуды перовноты на данной частоте. [31, 32]. На основании этих исследований в работе [32] было предложено осуществлять вращение верхней тарелки с переменной угловой скоростью от эксцентричных зубчатых колес и таким образом получить постоянную скорость укладки ленты и исключить неровпоту ленты с данной длиной волны.
Дальнейшее развитие исследований по изучению процесса укладки лепты были выполнены в работе [33], где была сделана попытка разработки общего метода теоретического определения кривых укладки ленты. Однако, предложенный метод позволяет исследовать только обычные и планетарные лентоукладчики с доцентровой и зацептровой укладкой ленты витками.
Ряд частных случаев исследования процессов укладки ленты выполнен также в работах [25, 34, 35], где рассматривались пространственная кривая укладки ленты витками и некоторые формы кривых укладки жгута,
Еще одним важным вопросом, которому постоянно уделяется внимание, является вопрос определения плотности укладЕси и характера ее распределения по поверхности таза. Из исследований, выполненных в этом направлении, следует отметить работы [25, 35, 36J, в которых ставилась задача определения характера распределения плотности укладки, для чего теоретически вычислялось количество ленты, укладываемой в каждый элемент нанесенной на поверхность укладки расчетной сетки.
В целом анализ исследовательских работ по изучению процессов укладки ленты показывает, что они главным образом направлены на решение следующих задач: а) устранения дополнительной неровно, возникающей в процессе укладки ленты, б) развитием методов математического описания кинематики процес сов укладки и геометрических свойств кривых укладки ленты, в) разработкой методов теоретического определения характера распре деления плотности плотности укладки. При укладке жгутов из синтетических материалов, обладающих значительным модулем упругости при растяжении, основное внимание следует уделять только двум последним из перечисленных выше пунктов. В то же время здесь возникают дополнительные задачи, связанные с необходимостью высокоскоростного транспортирования и укладки жгута, а также легкой повреждаемостью поверхности жгута при контакте его с рабочими органами, что требует использования при проектировании специальных способов и средств, таких как пневматическая подача жгута, применение механизмов пантографов и т. п.
Определение кинематических и геометрических параметров кривых укладки леїггы витками в цилиндрический таз
Для вывода уравнений кривой укладки ленты воспользуемся системами координат, изображенными на рис.2,2.
На этом рисунке: XOY - неподвижная система координат с началом на оси врашения верхней тарелки, неподвижная система координат с началом на оси вращения таза, XiOjY} - подвижная система координат, вращающаяся вместе с тазом.
Отметим, что полученные ниже зависимости справедливы как для до-центровой, так и зацентровой укладки, а выбор встречной или попутной укладки производится посредством присвоения соответствующих знаков величинам 0)\ HCOj.
Закон движения точки укладки ленты В в системе координат XOY описывается равенствами:
Последовательный переход к другим системам координат осуществляется на основе следующих зависимостей: [38,39] Для получения полного представления о кинематических и геометрических характеристиках кривых укладки приведем также аналитические зависимости, определяющие скорости, ускорения» кривизну и радиусы кривизны кривых укладки. Полные значения скоростей и ускорений ленты при укладке можно найти из равенств:
Кроме нахождения уравнений траекторий, по которым укладывается лента, важное значение для анализа процесса укладки ленты имеет определение такой характеристики траекторий, как их кривизна, включая определение радиусов и центров кривизны. Для этого следует использовать известные из дифференциальной геометрии зависимости. [40].
В случае параметрического задания уравнений кривых кривизна К радиус кривизны R определяются из равенств: Координаты центров кривизны находятся по формулам:
Как уже отмечалось выше, с помощью данной схемы лентоукладчика возможна реализация четырех способов укладки ленты: доцентровая с попутным и встречным вращением верхней тарелки и таза и зацентрован с такими же сочетаниями направлений вращения тарелки и таза.
В качестве исходных примем следующие значения основных технологических и конструктивных параметров:
Рассмотрим сначала варианты доцентрового способа укладки, считая, что верхняя тарелка вращается против часовой стрелки. (Это направление угловой скорости здесь и в дальнейшем принято за положительное.). При попутной укладке таз также будет вращаться против часовой стрелки, а витки ленты при укладке будут смещаться относительно таза в направлении часовой стрелки. Данный вариант укладки представлен на рис,2.3, где для наглядности при расчете выбирался промежуток времени, несколько меньший времени одного оборота таза.
Па этом рисунке показан случай, когда кривая укладки начинается в точке А и заканчивается в точке В, причем витки образуются укладкой ленты в направлении против часовой стрелки, а раскладка витков лепты по поверхности таза - по часовой стрелке. Скорость укладки ленты (рнс.2.4) является переменной (кривая 2) и достигает при попутной укладке максимума при минимальных расстояниях точек укладки от оси таза, а минимума - при максимальных расстояниях. Средняя скорость укладки меньше, чем скорость выпуска ленты 1, и, следовательно, ее необходимо увеличивать, что можно сделать за счет соответствующего увеличения угловой скоросш верхней тарелки (о?. Кривая, определяющая положения центров кривизны укладываемой ленты, изображена на рис.2.5, откуда видно, что она незначительно отличается от окружности радиуса д.
Для значений радиусов кривизны наблюдается такая же зависимость от расстояния до оси таза, как и для скоростей укладки, то есть они достигают максимальных значений при минимальных расстояниях точек укладки от оси таза, а минимальных-при максимальных расстояниях. (Рис.2.6).
Для доцентрової! укладки ленты при встречном вращении верхней тарелки и таза ряд графических данных приведен на рис.2.7 - 2.10. Здесь по сравнению с предыдущим вариантом изменения скорости укладки (кривая 2, рис.2.7) и радиусов кривизны (кривая 2, рис,2,8) в зависимости от радиуса точки укладки имеют обратный характер. Кроме того, средняя скорость укладки лепты превышает скорость ее выпуска, в связи с чем во избежание появления неконтролируемой вытяжки ленты скорость вращения верхней тарелки необходимо уменьшить. На рис.2.10 представлены кривая укладки 1 и кривая 2, характеризующая положения центров кривизны, откуда видно, что эти параметры практически такие же, как и в предыдущем варианте.
Сопоставление данных, полученных при анализе доцентрового способа при попутной и встречной укладке, показывает, что основные различия между ними заключаются в характере изменения скорости укладки и радиусов кривизны укладываемой ленты. Поэтому при анализе зацеитрового способа укладки приведем только эти данные.
Анализ процесса укладки ленты в прямоугольные контейнеры со скругленными углами
Рассмотрим сначала первый вариант. При этом в уравнениях (3-6), (3.7) необходимо использовать следующие параметры: Размеры контейнера и его перемещения (рис.3.33) предварительно могут быть выбраны из условий: Отметим, что в равенствах (3.52) следует при заданных размерах контейнера задаваться такими размерами радиуса витка, чтобы тип укладки ленты соответствовал зацентровому способу, рассмотренному в главе 2,
Предполагая, что горизонтальные и вертикальные перемещения контейнера в прямом и обратном направлениях осуществляются по симметричным законам, запишем: (В предыдущих равенствах индексы 1 и 2 относятся соответственно к перемещениям в прямом и обратном направлениях.).
Предыдущими равенствами можно воспользоваться только после нахождения значения угловой скорости верхней тарелки, минимальная величина которой определяется из соотношения: откуда с учетом равенств (3,53) и (3.54) получим:
Из рис.3.33 видно, что лента заполняет контейнер, оставляя свободное пространство вблизи его центра, причем кривые, сопрягающие прямолинейные участки, образуются автоматически, что нужно учитывать при изготовлении контейнеров. Частота вертикальных перемещений, а, следовательно, и их скорость существенно ниже, чем горизонтальных, и время цикла работы лепгоукладчика можно считать равным времени цикла вертикальных перемещений. (Рис.3.34, кривые I и 3.).
Качество укладки ленты (рис.3.35 и 3.36) с точки зрения равномерности распределения плотпости находится примерно на том же уровне, что и при укладке ленты традиционными способами в цилиндрические тазы.
Это позволяет сделать вывод о возможности практического использования рассмотренной схемы укладки ленты. Наличие колебаний теоретических значений относительных плотностей вдоль эквидистантных кривых не следует считать существенным недостатком, так как в реальпых условиях эти колебания будут сглажены за счет остаточных деформаций готовой наковки и случайных отклонений фактической кривой укладки ленты от полученной теоретически.
Второй вариант укладки ленты представлен на рис.3,37, и отличается он от обычной доцентровой укладки в цилиндрический таз только формами контура контейнера и кривой, на которой располагаюіся центры витков. Для определения кривой укладки в уравнениях (3,6), (3.7) следует положить: a0=b(t=c(t)=d(t) = ri2\t(t) = p2(t)=0, M(t)=Rv=consU (радиус витка), (p](t) = r L Функции a(i)= x(t) и b(t)=y(t) найдем из рассмотрения кривой 2 (рис.3,37), состоящей из восьми участков:
Результаты расчетов, полученные с использованием этих равенств, и соответствующие исходным данным: V=2 м/с, А=0,6м, В=0Ам, а 0,25 м, h 1=0,05.и, R$=0J75 ли Ry=0,068 м, R=0J07 м, представлены на рис.3.37 -3.39. Из ірафиков 2 и 4 (рис.3.38} видно, что скорости точки раскладки в горизонтальном и вертикальном направлениях но величине одинаковы, но различаются между собой длительностью выстоев. Сами значения скоростей не превышают по абсолютной величине 0,075 м/с, что говорит о возможности реализации полученных законов поступательных перемещений контейнера с достаточно низким уровнем динамических нагрузок.
Характер распределения значений относительных плотностей (рис. 3.39, 3.40) отличается большей равномерностью по сравнению с предыдущим вариантом, но с практической точки зрения оба варианта следует считать одинаковыми, и окончательный выбор между ними необходимо делать на основе сопоставления их дополнительных параметров: сложности конструкций, величин динамических нагрузок и т.п.
В ходе расчетов было также установлено, что для получения большей равномерности плотности укладки целесообразно использовать контейнеры с одинаковыми размерами в горизонтальном и вертикальном направлениях
Для более полной оценки способов укладки ленты в прямоугольные тазы со скругленными углами на рис.3.41 и 3,42 приведены графики, характеризующие влияние этих способов укладки на показатели неровно лепты.
При раскладке витков по «змейке» (рис3.41) в спектре неровпоты проявляется комплекс длин волн, обусловленных процессом образования витков и изменениями скорости укладки вследствие возвратно-поступательных движении таза в горизонтальном и в вертикальном направлениях. Это явление следует отнести к недостаткам данного способа укладки и учитывать его при проектировании лситоукладчиков подобного типа. Па рнс.3.42 приведены данные для случая раскладки витков по кривым, эквидистантным внешнему контуру таза, откуда видно, что характер дополнительной нерогшоты в этом случае близок к традиционному способу укладки, рассмотренному в главе 2. Учитывая, что масса ленты в квадратном тазу больше, чем в цилиндрическом таких же габаритов, последний вариант укладки можно рекомендовать для практического использования.
В заключение данной главы отметим, что рассмотренные примеры использования обобщенной схемы для анализа различных способов укладки ленты поясняют последовательность расчетов, их необходимые этапы, и свидетельствуют об эффективности применения разработанной методики для оценки технологических характеристик существующих и вновь проектируемых механизмов для приема ленты на различных машинах текстильного производства.
Разработанные расчетные методики и их программное обеспечение позволяют оперативно исследовать взаимосвязи между конструктивными, кинематическими и технологическими параметрами лентоукладчиков, что дает возможность выявления и устранения имеющихся недостатков лентоуклад-чиков. В конечном счете исследования, выполненные в данной главе, создают предпосылки для совершенствования технологических характеристик устройств для укладки ленты.
Анализ технологических параметров лентоукладчиков с переменным радиусом укладываемых витков
Повышение равномерности распределения плотности ленты по поверхности укладки является одной из важнейших задач, которые ставятся при создании новых и модернизации существующих конструкций лентоукладчиков. В главе 2 при исследовании лентоукладчиков, выполненных по традиционной схеме и укладывающих ленту в таз витками, было установлено, что плотность ленты в зонах, расположенных вблизи центрального отверстия паковки и на периферии таза значительно выше, чем средняя плотность укладки, Естественным способом устранения данного недостатка является уменьшение количества ленты, поступающей в зоны переуплотнения, Ниже рассмотрен один из путей решения данной задачи за счет использования лентоукладчиков с дополнительными устройствами, обеспечивающими возможность периодического изменения радиуса укладываемых витков, что позволит в некоторой степени перераспределить плотность лепты на поверхности укладки. [50]. Однако, заранее оценить количественный эффект от реализации данного предложения без проведения подробных исследований не представляется возможным. Эту возможность дает описанное выше программное обеспечение, главное назначение которого заключается в оперативной оценке новых технических решений в области способов и устройств, реализующих укладку лепты в контейнеры различной формы. Одна из возможных технологических схем лентоукладчика с переменными радиусами укладываемых витков принедеЕіа па рис.4.9. Здесь лента, подаваемая плющильными валиками 1 с линейной скоростью У, поступает в телескопический наклонный капал, вращающийся вместе с верхней гарелкои 6. Верхняя часть 2 наклонного капала шарпирио соединена в точке А со стойкой 3, а нижняя часть 4 может совершать возвратно-поступательное движение в пазу 5 верхней тарелки за счет чего периодически изменяется положение точки раскладки В и соответственно радиус r(t) витков, укладываемых во вращающийся таз 7.
Определим далее основные геометрические параметры укладываемой ленты, учитывая, что при постоянном радиусе витка значения величин радиусов г и эксцентриситетов а определяются формулами (2.4), (2.5) для до-центровой укладки и формулами (2.6), (27) -для зацентровой.
Из схемы, приведенной на рисАІО-а, видно, что при доцентровой укладке величина эксцентриситета при укладке с переменными радиусами витков сохраняется и по-прежнему определяется формулой (2.5), причем формулой (2.4) в данном случае определяется максимальный радиус витка. Следовательно, полагая амплитуду изменения радиуса витка, равной Лг, можно записать закон изменения радиуса витка в виде:
Частоту изменения радиуса виткам следует выбирать из соотношения: р = ксо2,...(2 к 8), где к- неправильная дробь, числитель и знаменатель которой являются простыми числами, о)2 - угловая скорость нижней тарелки. При зацентровой укладке (рисА10) для сохранения неизменной зоны укладки ленты следует уменьшить величину эксцентриситета на Лг, а среднее значение радиуса витка принять равным величине радиуса, определяемого формулой (2.6), то есть использовать соотношения: которое должно выполняться для произвольного промежутка времени (t2- ґ/Л равного времени любого целого числа оборотов верхней тарелки.
После внесения всех необходимых дополнений в вычислительную программу был произведен анализ влияния изменения радиуса витка на характер распределения плотности укладки ленты. В процессе вычислений использовались следующие исходные данные: D- 0,5 м, V- На рис.4.11 представлены графики распределения относительной плотности Р укладки ленты по кольцевым элементам при различных значениях /1г, где кривые 1, 2, 3, 4 и 5 относятся соответственно к значениям Аг = 0, Аг =0,2 Данные графики, полученные для доцснтровой встречной укладки, показывают, что применение лептоукладчиков с переменным радиусом витка обеспечивает возможность существен г го го снижения неравномерности плотности укладки. Так в варианте 4 (Лг 0,4 d) отношение максимального значения плотности к минимальному снизилось в 1,4 по сравнению с укладкой с постоянным радиусом витка (кривая 1), что позволяет рекомендовать данный вариант для практического использования. Недостатком данного способа укладки следует считать увеличение колебаний значений скорости укладки (рис.4Л2). При этом дополнительно появляется низкочастотная составляющая колебаний скорости укладки, обусловленная периодическими изменениями радиуса витка, причем величины отклонений скорости укладки от скорости выпуска в основном определяются изменениями радиуса витка.
Наличие этой составляющей сказывается на характере изменения линейной плотности ленты и приводит к появлению дополнительных длин волн с спектре неровноты ленты.
Полученные спектральные характеристики неровноты ленты, возникающей вследствие переменности радиуса витка (1 - Лг =0, 2 - Лг 0,45 dt 3 -Аг -0,6 d\ для доцентровой встречной укладки представлены на рис.4.13. Здесь первая составляющая спектра с длиной волны порядка 50 см связана со средней длиной витка, вторая составляющая с длиной волны около 450 см обусловлена частотой колебаний величины радиуса нитка и имеет амплитуду, в4-5 раз превышающую амплитуду первой составляющей.
Влияние способа укладки иллюстрируется графиками, приведенными на рисА14, которые соответствуют зацентровой встречной укладке при тех же, как и в предыдущем случае, параметрах изменения радиуса витка.
В данном варианте наблюдается существенное уменьшение амплитуд составляющих с длиной волны, соответствующей частоте колебаний размеров витка (-410 см), и небольшое снижение амплитуды, зависящей от дайны витка (- 100 см), что свидетельствует о предпочтительности зацентрового способа укладки ленты.
Вместе с тем следует отметить, что при использовании рассмотренной выше конструкции с периодически изменяющимся радиусом витка практически невозможно одновременное достижение повышения равномерности плотности укладки и сохранение на приемлемом уровне неровноты ленты.
