Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задач 8
1.1. Натяжение основы как один из основных факторов, определяющих уровень обрывности основных нитей и качество вырабатываемой ткани 8
1.2. Исследования, связанные с выявлением причин, определяющих уровень натяжения основы в ткачестве 12
1.3. Исследования механизмов отпуска и натяжения основы 19
1.4. Пути модернизации основных регуляторов 21
1.5. Выводы из аналитического обзора литературы 25
1.6. Постановка задач исследований 26
2. Аналитическое исследование взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала 28
2.1. Определение параметров упрутовязкой системы заправки ткацкого станка 28
2.2. Математическая модель взаимодействия нитей основы с подвижным скалом с учетом его осевого момента инерции 45
2.3. Исследование на АШ взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала 56
2.4. Выводы по второй главе 74
3. Исследование неравномерности натяжения основных нитей по мере срабатывания основы с навоя и возможности ее снижения 76
3.1. Анализ работы основного регулятора станка АТПР-І00-2У 76
3.2. Математическая модель модернизированной подвижной системы скала 80
3.3. Аналитическое определение статической составляющей натяжения основы 91
3.4. Статическая характеристика системы автоматической стабилизации положения подвижной системы скала 95
3.5. Аналитическое определение статической составляющей натяжения основы для станка с заводским основным регулятором 102
3.6. Выводы по третьей главе 114
4. Модернизация основного регулятора ткацкого станка 116
4.1. Определение необходимого закона движения концов пружин скальной системы основного регулятора станка АТПР-І00-2У 116
4.2. Определение геометрических характеристик механизма, управляющего величиной деформации пружин скальной системы 121
4.3. Математическая модель взаимодействия основных нитей с механизмом отпуска и натяжения основы гидравлического типа 126
4.4. Выводы по четвертой главе 129
5. Экспериментальные исследования натяжения основных нитей и их взаимодействия с подвижной системой скала 131
5.1. Датчики и приборы для регистрации параметров в экспериментальных исследованиях 131
5.2. Экспериментальные исследования натяжения основных нитей и их взаимодействия со скальной системой в цикле работы станка 139
5.3. Экспершлентальные исследования натяжения основных нитей при их взаимодействии со скальной системой за период срабатывания навоя 150
5.4. Выводы по пятой главе 159
6. Эффективность внедрения модернизированного основного регулятора на станке АТПР-І00-2У 162
6.1. Стабилизация плотности ткани по утку по мере срабатывания основы с навоя 162
6.2. Определение уровня обрывности основных нитей 166
6.3. Расчет экономического эффекта от повышения производительности ткацкого станка 167
6.4. Расчет экономического эффекта за счет
снижения расхода уточной пряжи 173
6.5. Выводы по шестой главе 175
Общие выводы го работе 176
Список литературы 179
Приложение 196
- Исследования, связанные с выявлением причин, определяющих уровень натяжения основы в ткачестве
- Математическая модель взаимодействия нитей основы с подвижным скалом с учетом его осевого момента инерции
- Статическая характеристика системы автоматической стабилизации положения подвижной системы скала
- Определение геометрических характеристик механизма, управляющего величиной деформации пружин скальной системы
Введение к работе
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года /I/ предусматривается дальнейшее повышение производительности труда в легкой промышленности, улучшение качества и увеличение объема выпускаемой продукции. Среди мер, направленных на решение поставленной задачи, особое место занимает техническое перевооружение производства путем дальнейшего внедрения высокопроизводительных бесчелночных ткацких станков. К концу XI пятилетки предусматривается увеличить парк текстильного оборудования на 15,5$, в том числе за счет пневморапирных станков на 5,2$.
Работы по освоению пневморапирных станков и расширению их технологических возможностей ведут, главным образом, по пути модернизации отдельных узлов и механизмов, оптимизации и совершенствования технологического процесса ткачества.
Важная роль в формировании ткани на ткацком станке с постоянными физико-механическими свойствами отводится натяжению основных нитей.
Существующие устройства для регулирования натяжения основы на ткацком станке полностью своих функций не выполняют, так как натяжение основы к концу срабатывания основы с навоя возрастает. Это отражается на структуре ткани, ее физико-механических свойствах, расходе пряжи на выработку единицы продукции и увеличивает уровень обрывности основных нитей.
Актуальность темы заключается в том, что она направлена на совершенствование технологического процесса ткачества за счет стабилизации натяжения основы по мере ее срабатывания с навоя, позволяющей вырабатывать ткань с
минимальным уровнем обрывности основных нитей и постоянными физико-механическими свойствами. Достигаемое при этом снижение обрывности основных нитей повышает производительность оборудования и труда, качество ткани.
Исследование выполнено в соответствии с научным направлением работ кафедры ткачества Костромского технологического института по стабилизации технологических режимов на станках СТБ и АТПР.
Целью настоящей работы является изыскание возможности улучшения качества ткани и снижения расхода сырья за счет стабилизации плотности по утку и повышения производительности труда и оборудования за счет уменьшения обрывности основных нитей.
Научная новизна. Для достижения поставленной цели впервые:
получена новая более точная математическая модель взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала станка АТЇЇР-І00-2У с учетом осевого момента скала и упруговязких свойств системы заправки;
установлено, что неравномерность натяжения основных нитей в цикле работы станка определяется упрутовязкими свойствами заправки и инерционным сопротивлением скальной системы, которое в значительной мере зависит от осевого момента инерции скала;
получена математическая модель подвижной системы скала основного регулятора с управлением величиной деформации пружин по мере уменьшения радиуса намотки основы на навое;
предложены новые механизмы отпуска и натяжения основы гидравлического и механического типов с изменяющимся силовым воздействием на основу по мере срабатывания ее с навоя
(а.с. 667615, II0034I);
разработана методика расчета нового основного регулятора.
Практическая ценность. Результаты аналитического исследования могут быть использованы при модернизации существующих и проектировании новых основных регуляторов.
На основе анализа изменения статической соетавлявдей натяжения основных нитей на станке АЇПР-І00-2У с диаметром фланцев навоя 650 мм разработана экспериментальная конструкция нового основного регулятора, установка которого на ткацкий станок позволяет стабилизировать натяжение основы по мере срабатывания ее с навоя и обеспечивать выпуск ткани с постоянной структурой. Б результате достигается повышение производительности оборудования за счет снижения уровня обрывности основных нитей, снижение расхода сырья на выработку единицы продукции и повышение качества вырабатываемой ткани за счет стабилизации ее свойств. При выработке ткани Репс арт. 871 обрывность нитей основы снизилась на 11$, изменение плотности ткани по утку снизилось с 3,2$ до 0,6$.
Результаты выполненных исследований опубликованы в двух статьях, защищены двумя авторскими свидетельствами.
Исследования, связанные с выявлением причин, определяющих уровень натяжения основы в ткачестве
Наиболее полно процесс натяжения основных нитей на ткацком станке исследовал проф. Гордеев В.А. /24-26/. Он ввел понятия "упругая система заправки", "эквивалентная длина основы" и впервые получил математические модели взаимодействия меха низмов отпуска и натяжения основы различных типов с основными нитями. Теоретически обосновал влияние упругих свойств заправки станка на деформацию и натяжение основных нитей, на величину прибойной полоски. В соответствии с /24/ общая величина натяжения основы определяется суммой статической и динамической составляющих. Статическая (начальная) составляющая является постоянной, равной натяжению основы при минимальной циклической деформации и определяется типом вырабатываемой ткани, дайной основы в заправке и упругими свойствами нитей основы. Динамическая составляющая циклически изменяется как по величине, так и по знаку. Определяется эта составляющая инерционным сопротивлением звеньев и движением подвижной системы скала. Часть параметров, определяющих натяжение нитей основы, изменяется при уменьшении диаметра намотки основы на навое.
Исследования, проведенные на челночных ткацких станках, подтвердили изменение натяжения основы по мере схода основы с навоя.
Беляев П.Н. в /27, 28/ указывает, что возрастание натяжения основы происходит, главным образом, за счет роста динамической составляющей натяжения, обусловленной возрастанием приведенного момента инерции вследствие изменения величины плеч кулис при изменении диаметра навоя. Также отмечается увеличение коэффициента жесткости упругой системы заправки и некоторое увеличение угла поворота подекалины. Величина статической составляющей натяжения, определяемая силой первоначальной затяжки пружин и длиной плеч звеньев подвижной системы скала, изменяется мало.
В работе Ефремова Б.Д. /29/ отмечается, что величина статического натяжения изменяется значительно. Изменение величи ны натяжения происходит за счет изменения угла схода основы по мере срабатывания ее с навоя и зависит от положения скала в гнездах кронштейнов. Установлено, что наименьшие колебания натяжения, с учетом динамической составляющей, будут при установке скала в третьем от подекалины гнезде кронштейна /30/.
Бакунин Б.А. в /31/, анализируя изменение натяжения основы за период работы станка, получил аналогичный результат. Наибольшую роль в общем натяжении основы имеет составляющая, зависящая от коэффициента жесткости пружин регулятора и длины плеч нажимного рычага. Особенно заметно действие этой составляющей в конце срабатывания навоя при диаметре равном 200 мм и ниже, натяжение при этом возрастает на 25-30%.
Обширные исследования проведены по изучению натяжения нитей основы на бесчелночных ткацких станках Святенко М.В., Мам-цевымЕ.Н., Дрохлянским Й.М., Ефремовым Е.Д., Ерохиным Ю.Ф., Петуховым В.Л., Сперанской Т.Ф., Снетковым В.А., Гарелиньм В.Н., Іейзиной В.М., Шутовой С.А., Беляевым В.Н., Лахтиным Н.В., Боги-нич Т.Ф., Башметовым B.C., Балакиревым И.И. и др.
В работах /23, 26, 32, 33, 34, 36, 48/ указывается на неравномерность натяжения нитей основы при изменении диаметра намотки основы на навое, увеличивающуюся неравномерность отпуска основы с навоя и обрывность основных нитей.
Сперанской Т.Ф. в /35/ определено, что первоначально установленное заправочное натяжение увеличивается по мере уменьшения диаметра намотки основы на навое на 20-35%, а плотность ткани по утку на 4,7%. Причем в /36/ отмечается, что в связи с созданием по технологическим причинам более высокого уровня заправочного натяжения на бесчелночных станках, динамическая составляющая не оказывает существенного влияния на уровень и характер натяжения основных нитей в ткачестве. Это проти-воренит выводам /20, 23, 24, 26, 27/, так в /23/ установлено, что динамическая составляющая натяжения составляет 15 2Ъ% от общего натяжения.
Согласно исследованиям Святенко М.В. /32, 38/ характер натяжения основы и ткани зависит от собственной частоты колебаний упругой системы заправки - подвитой системы скала, которая, в свою очередь, изменяется с изменением заправочного натяжения. Увеличение заправочного натяжения вызывает увеличение собственных колебаний вышеуказанной системы, изменяет характер движения скальной системы, увеличивает неравномерность натяжения. Согласно /32/ заправочное натяжение основы должно устанавливаться минимально возможным с учетом требуемой плотности по утку, минимальной величины прибойной полоски, низкого уровня обрывности и четкой работы кромкообра-зущего механизма. В /39/ установлено существенное влияние диссипативных характеристик пряжи на закономерность изменения натяжения основы и ткани,движение подвижной системы скала.
Влияние упруговязких свойств пряжи на натяжение отмечено также в /40, 41/, учет наряду с коэффициентом жесткости коэффициента вязкого трения (демпфирования) позволил повысить точность аналитических расчетов, определить условия, исключающие колебательность системы упруговязкая система заправки -подвижная система скала /42, 43/.
Математическая модель взаимодействия нитей основы с подвижным скалом с учетом его осевого момента инерции
На ткацком станке в цикле его работы происходит циклическое изменение деформации системы заправки при ее взаимодействии с зевообразовательным механизмом, с бердом, механизмом отвода ткани и отпуска основы с навоя. Согласно /24/ действия последних механизмов вносят малое изменение в общую величину деформации заправки станка в отдельные моменты цикла его работы. При этом обязательным условием нормального протекания технологического процесса ткачества при выработке ткани заданной структуры является равенство нулю суммарного изменения деформации заправки от действия механизмов отвода ткани и отпуска основы за цикл работы станка. .
Необходимым условием процесса ткачества является некоторая постоянная величина деформации заправки для создания так называемого заправочного натяжения, которое устанавливается при начальном периоде работы станка с полным навоем. В дальнейшем это натяжение изменяется в сторону увеличения по мере срабатывания основы с навоя. Данное натяжение является постоянной составляющей.натяжения основы, которое Е.Д.Ефремов в работе /128/ назвал статической составляющей, которая определяется натяжением всех нитей или их группы (в зависимости от раппорта переплетения) в момент заступа на остановленном станке.
Итак, в цикле работы станка изменение величины деформации его заправки определяется зевообразовательным и батанным механизмами, то есть данные механизмы задают и определяют силовое воздействие на заправку станка, которое воспринимается всей заправкой и, в частности, основными нитями. Основные нити затем взаимодействуют с ламелями, с механизмами подвижной системы скала и навоя. Б результате данного взаимодействия изменяется величина циклически изменяющейся дефорлации основных нитей, вызванная указанными выше механизмами, часть которой компенсируется изменением положения ламелей, отклонением скальной системы и некоторым циклическим поворотом навоя, который обусловлен наличием упругих связей между навоем и рамой станка.
При составлении математической модели взаимодействия нитей основы с подвижным скалом в качестве задающего силового воздействия на систему упруговязкая заправка - подвижная система скала возьмем суммарную деформацию X() , которая равна где X0(t) - постоянная составляющая деформации, которая необходима для создания статической составляющей натяжения Кет основных нитей; (t) - циклически изменяющаяся деформация, которая определяется: составляющие которой A-a(t) - деформация заправки станка от действия зевообразовательного механизма и VnC -) - дефорла-ция от действия берда на опушку ткани. На рис. 2.6 показан график изменения суммарной деформа ции заправки станка Я ft) , который построен за цикл работы станка от одного момента заступа до следующего момента заступа (переплетение полотняное). На рис. 2.6 линия I - деформация заправки X0(t), которая графически просуммирована с деформацией заправки от зевообразования Яз( .) (линия 2) и с деформацией основы ofc) (линия 3), возникающей при прибое уточины к опушке ткани. Заметим, что относительная деформация всей заправки в зоне от скала до опушки ткани при известных допущениях совпадает с относительной деформацией нитей основы во все моменты цикла работы станка, за исключением периода прибоя уточины. Поэтому, согласно работе В.А.Горде ева /24/ где с - коэффициент жесткости всей упруговязкой заправки ткацкого станка; С0 - коэффициент жесткости нитей основы в заправке; Яопф - движение опушки ткани (прибойная полоска) в период ее контакта с бердом. Пренебрегая результатом взаимодействия нитей основы с ламелями, трением нитей основы в зубьях берда, глазках галев, ламелях на основании (2.1) и с учетом ранее принятых обозначений получим величину силы, которая действует на ветвь основы в зоне основонаблюдатель - скало в цикле работы станка
Статическая характеристика системы автоматической стабилизации положения подвижной системы скала
Для выработки ткани с постоянной плотностью по утку необходим постоянный отпуск основы с навоя, для этого необходимо сохранять равенство где L - длина основы, сходящая с навоя за цикл работы станка; р - радиус намотки основы на навое; Фи - У1,0-71 поворота навоя. Угол поворота ткацкого навоя должен изменяться обратно пропорционально радиусу р намотки основы на навое. По мере срабатывания основы с навоя угол поворота последнего на отпуск основы возрастает. Известно /26, 66/, что величина угла поворота ткацкого навоя 21 (рис. 3.1) зависит от продолжительности включения ведомой 16 и ведущей 15 полумуфт основного регулятора, что, в свою очередь, определяется временем воздействия ролика 13 на профилированную поверхность горки 14. Расстояние между роликом 13 и горкой 14 уменьшается по мере срабатывания основы с навоя за счет отклонения подвижной системы скала 2 от заданного (первоначального) положения против часовой стрелки. Определим зависимость между углом отклонения р подвижной системы скала от ее первоначального положения и радиусом 0 намотки основы на навое. В данном случае радиус р намотки основы на навое, определяющий необходимый угол срн поворота навоя для сохранения постоянства отпуска длины L основы с него, является входной величиной, а угол отклонения подвижной системы скала от ее первоначального положения - выходной величиной системы автоматической стабилизации положения, подвижной системы скала. Зависимость между выходной и входной величинами в установившемся (статическом) режиме определяет статическую характеристику системы регулирования. Нами снималась статическая характеристика для 10 станков АТПР-І00-2У, оснащенных навоями с диаметром фланцев 650 мм и вырабатывающих ткань Репс рубашечный арт. 871. Предварительно на всех станках был установлен одинаковый коэффициент усиления.
Измерение отклонения подвижной системы скала проводили по следующей методике. На зубчатом рычаге I (рис. 3.4) устанавливался палец 2 посредством струбцины, к которой он был приварен. Палец 2 устанавливался в одной горизонтальной плоскости с неподвижным пальцем 3, на котором закреплен один конец пружины 4. Расстояние от оси 02 подекалины до горизонтальной плоскости крепления пальцев k4 = 165 мм. По мере схода основы с навоя на работающем станке при различных радиусах намотки с помощью штангельциркуля измерялись расстояния s, и вг . Изменение от первоначальных значений при полном навое определяет линейное отклонение соответственно при нижнем и верхнем положениях скальной системы в цикле работы станка. При известных диаметрах пальцев 2 и 3, равных 12 мм, можно с учетом расстояний S и %х определить размах колебаний подвижной системы скала. Изменение положения кронштейнов скала по мере срабатывания навоя определялось углом ср , который определялся по форлуле где S«o и Sxo - расстояния $ и S». при полном навое на станке; и и Vu - расстояния St и Sa при текущем значении радиуса намотки основы на навое. Измерение угла ср проводилось с точностью до 0,1/165 = 6,06.10 рад (0,1 мм - точность измерения расстояний Sj и зг по штангельциркулю, k 4 = 165 мм). За нулевое (первоначальное) положение принято положение подвижной системы скала при полном навое. Б табл. 3.1 приведены средние значения угла отклонения подвижной системы скала Ф от первоначального положения и /135/, полученные по данным десяти измерений при каждом значении радиуса намотки основы на навое. Проверка данных табл. 3.1 показала, что случайные отклонения угла ср от среднего значения распределены нормально и дисперсии однародны, так как расчетное и табличное значение критерия Кочрена имеет соотношение G-R GT , GR определено как
Определение геометрических характеристик механизма, управляющего величиной деформации пружин скальной системы
Для осуществления показанных на рис. 4.2 законов перемещения свободных концов прушш, необходимо иметь в механизме передачи движения от основного щупа к пружине кулачок, профиль которого обеспечивал бы выполнение необходимого закона управления деформацией пружин кронштейнов скала. В этом случае механизм передачи движения от основного щупа к пружинам получился бы сложным. Поэтому мы задались некоторой неравномерностью статической составляющей натяжения основы по мере ее срабатывания с навоя и пошли на упрощение данного механизма, схема которого приведена на рис. 3.2 и в котором использован четы-рехзвенный механизм.
При настройке механизма, передающего движение от основного щупа к свободным концам пружин на полном навое (0 = 305-310 мм), кривошип 0 В4 (рис. 3.2) устанавливается под углом р г = 2,12706 рад к вертикальной линии, а линия 04Вт, , которая проведена через точку 0А и точку Ва , имеет установочный угол Л = 5,6146»10 рад к вертикали. Заметим, что основный щуп изготовлен из стальной полоски шириной 30 мм и изогнут с радиусом кривизны равным 355 мм, конец щупа изогнут в противоположную сторону с радиусом 100 мм на участке 30 мм. Это позволяет сохранять постоянным изменение утла ft по мере срабатывания основы с навоя и пропорциональным изменению радиуса ее намотки. Наибольшее давление конца основного щупа на основу соответствует положению пружин на 22 зубе зубчатого рычага, и при радиусе намотки основы Р =50 мм оно составляет 8,1 H/cwr.
Координаты точки 0к : эсц= 83 мм и = 345 мм (рис.3.2). Остальные геометрические размеры в ходе аналитических расчетов параметров четырехзвенника определялись с целью максимального совпадения движения точки kt для положений пружины на 2. t , Ze , Ztl, Z 6, Z ai с соответствующими необходимыми законами перемещения конца пружины, показанными на рис. 4.2. Расчеты были произведены по формуле которая получена из (3.28) с учетом того, что при малых перемещениях ос имеем Заметим, что рычаг А Аг нами выбран не криволинейным, как показано на рис. 3.2, а прямолинейным, и его нижнее плечо при радиусе намотки основы 0 = 305-310 мм с вертикалью составляет угол оСъ = 3,0929«10 рад. За счет изменения этого угла путем некоторого изменения длины тяги АгВ = 1г= 286 мм можно подобрать плавно необходимую первоначальную величину натяжения основных нитей. Остальные размеры звеньев четырехзвенного механизма выбраны следующие: А = t4 = 28 мм; 0 В = 1 = 30 мм. В зависимости от положения пружины на зубчатом рычаге размеры плеча Ajpi = г, сведены в табл. 4.3. То есть в отличие от экспериментального образца, показанного на рис. 4.1, на последущих образцах были изготовлены рычаги А Аа , нижнее плечо которых Аа(Ц имело несколько отверстий, межцентровые расстояния для которых соответствовали данным табл. 4.3. В табл. 4.4 сведены значения углов ft и ft для различных значений радиусов намотки основы на навое. Итак, мы имеем все необходимые данные для определения фактического закона движения свободного конца пружины по фор муле (4.2), в которой а ответствующим выражениям, приведенным в третьей главе. Из выражения (3.48) с учетом (3.65) получим По формулам (4.2) и (4.4), используя данные табл. 4.3 и табл. 4.4, определим статическую составляющую натяжения основы для II значений радиусов намотки основы на навое при положении пружины на 2-е и F0 = 590 Н. Сведем расчетные данные в табл. 4.5. По данным табл. 4.5 построены графики g, f(9} и КсТ-Х(о) , приведенные на рис. 4.3, где они соответственно обозначены линиями I и 2. Анализируя данные табл. 4.5 в отношении изменения Кст можно сказать, что неравномерность ее изменения за весь период срабатывания навоя за счет проведенной модернизации основного регулятора станка АТПР-І00-2У не превышает 1,5$. В авторском свидетельстве № 667615, представленном в приложении I, приведено описание механизма отпуска и натяжения основных нитей гидравлического типа, подвижную систему скала которого можно выполнить согласно а.с. II0034I. Тогда, наряду с конструктивной простотой данного устройства, будет обеспечено постоянство натяжения основных нитей по мере срабатывания навоя. Кроме этого, в гидравлическую схему данного механизма отпуска и натяжения основных нитей, показанную на рис. 4.4, можно включить управляемый дроссель I, а золотниковый распределитель 2 будет выполнять роль клапана, то есть величина его сопротивления незначительна. В этом случае по мере срабатывания основы с навоя сопротивление дросселя будет уменьшаться, что вызовет увеличение угловой скорости поворота навоя в цикле работы станка. То есть можно организовать управление дросселем I от механизма основного щупа с учетом характеристики дросселя так, что с уменьшением радиуса намотки основы на навое время поворота его на отпуск основы будет оставаться постоянным. Такой закон движения навоя наиболее благоприятен с точки зрения ткачества, так как постоянство отпуска основы с навоя во времени сохраняет постоянным характер изменения натяжения основных нитей в цикле работы станка. Заметим, что существующий основный регулятор станка АТПР-І00-2У увеличивает время отпуска основы с навоя по мере срабатывания ее, что и является одной из причин возрастания неравномерности натяжения нитей основы в период зевообразова-ния к концу срабатывания навоя.
