Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния и путей повышения эффективности технологического процесса партионного снования 19
1.1. Натяжение и деформация нитей при партионном сновании 24
1.2. Анализ неравномерности натяжения нитей в партионном сновании и систематизация рекомендаций по ее снижению. 30
1.3. Современные направления совершенствования нитенатяжных устройств сновальных машин 44
1.4. Повышение точности измерения основных параметров процесса партионного снования 58
1.5. Влияние устройства останова машины при обрыве нити на качество формируемых сновальных валов и производительность процесса снования 74
1.6. Управление процессом наматывания нитей на сновальный вал... 81
1.7. Постановка задач теоретических и экспериментальных исследований 89
2. Теоретические и экспериментальные исследования натяжения нитей в условиях высокоскоростного снования 91
2.1. Влияние аэродинамического сопротивления на натяжение нитей в партионном сновании. 92
2.1.1. Натяжение нити на участке между гребенками шпулярника 92
2.1.2. Натяжение нити в зоне "шпулярник — сновальная машина" 99
2.1.3. Экспериментальные исследования влияния аэродинами ческого сопротивления на натяжение нити 105
2.2. Влияние мерильного валика на натяжение нитей ПО
2.2.1. Передаточная функция системы "мерильный валик - нити" 111
2.2.2. Амплитудно-частотные характеристики системы
"мерильный валик — нити" 113
2.3. Математическое описание процесса раскладки нитей разделительным рядком сновальной машины 118
2.4. Параметрически возбуждаемые поперечные колебания нитей в партионном сновании 123
2.5. Определение предельной скорости снования пряжи 134
2.6. Выводы 141
3. Нитенатяжные приборы сновальных машин и их роль в решении задач повышения эффективности процесса снования 144
3.1. Систематизация параметров и характеристик нитенатяжных приборов сновальных машин 146
3.1.1. Классификация нитенатяжных приборов 146
3.1.2. Параметры и характеристики нитенатяжных приборов . 148
3.2. Влияние типа нитенатяжного прибора на неравномерность натяжения нитей при сновании 152
3.3. Динамические характеристики роликовых нитенатяжных приборов 160
3.4. Применение роликовых нитенатяжных устройств группы нитей в партионном сновании. 173
3.5. Фрикционные колебания натяжения нити при прохождении через шайбовый нитенатяжной прибор 179
3.6. Динамические модели определения натяжения нити после шайбового натяжного прибора 190
3.7. Контроль параметров нитенатяжных приборов и прогнозирование неравномерности натяжения нитей при партионном сновании 201
3.8. Экспериментальные исследования нитенатяжных приборов 210
3.9. Выводы 223
4. Повышение точности отмеривания длины нитей при их наматывании на сновальный вал 225
4.1. Оценка погрешности измерения длины нитей в динамических режимах. 226
4.2. Погрешности косвенного измерения длины нитей 232
4.3. Деформация нитей при партионном сновании и уменьшение погрешности измерения длины 237
4.3.1. Аналитическая модель определения деформации движущихся нитей и обоснование уменьшения погрешно сти измерения их длины 238
4.3.2. Разработка нового устройства для измерения длины нитей 240
4.4. Выводы. 242
5. Исследование устройств контроля обрыва нити на шпулярнике сновальной машины и разработка мер по их совершенствованию 244
5.1. Сравнительный анализ устройств контроля по быстродействию 244
5.2. Влияние устройств контроля на натяжение нитей 254
5.3. Повышение быстродействия электронных устройств контроля... 263
5.3.1. Теоретические и экспериментальное обоснование применения пьезоэлектрических датчиков для контроля обрыва нитей на шпулярнике партионной сновальной машины 265
5.3.2. Разработка устройства автоматического останова сновальной машины при обрыве нити повышенного быстродействия 275
Выводы
литература
- Современные направления совершенствования нитенатяжных устройств сновальных машин
- Натяжение нити в зоне "шпулярник — сновальная машина"
- Классификация нитенатяжных приборов
- Деформация нитей при партионном сновании и уменьшение погрешности измерения длины
Введение к работе
Предложена система параметров и характеристик, позволяющая оценить уровень натяжителей при выпуске в обращение и техническое состояние при эксплуатации, а также определить их влияние на статистические параметры неравномерности натяжения нитей. Выполнены динамические исследования нового класса нитенатяжных устройств — роликовых натяжителей, обеспечивающих регулирование натяжения в широком диапазоне и-эффективное снижение уровня колебательной составляющей натяжения за счет фильтрации. Теоретически и экспериментально исследован процесс прохождения утолщения нити через шайбовый ните натяжной прибор. Осуществлена экспериментальная оценка изменения уровня: колебательной составляющей натяжения после на jjf тяжителей с различным соотношением аддитивной и мультипликативной составляющих натяжения.
Дана оценка точности измерения длины нитей и предложены меры для уменьшения погрешности измерения с целью снижения количества отходов в шлихтовании. Выполнены теоретические исследования устройств автоматического останова сновальных машин при обрыве нити и разработано устройство повышенного быстродействия, обеспечивающее снижение уровня энергообмена с контролируемой нитью. Автор защищает:
— математические модели для определения приращения натяжения на различных участках заправки нитей и установленные на их основе закономерности изменения неравномерности натяжения;
— новую концепцию влияния нитенатяжных устройств сновальных машин на параметры, характеризующие неравномерность натяжения нитей;
— результаты аналитических исследований по систематизации и обобщению параметров и характеристик нитенатяжных приборов сновальных машин;
— методики прогнозирования и экспериментальной оценки неравномерности натяжения нитей при сновании;
— результаты теоретического и экспериментального определения попе речных и продольных колебаний нитей при партионном сновании; (Л — математические модели для определения погрешностей измерения длины нитей, наматываемых на сновальный вал, и натяжения одиночной нити;
— результаты анализа быстродействия и влияния на натяжение нити устройств прерывания процесса снования при ее обрыве;
— новые технические средства контроля и управления процессом снования с высокой точностью функционирования.
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы
Рыночные условия отечественной экономики вынуждают производителя расширять ассортимент и повышать качество вырабатываемых тканей с учетом многообразия покупательского спроса различных слоев населения, т.е. повышать конкурентоспособность продукции. В конкурентной борьбе, наряду с отмеченными обстоятельствами, важное место занимает себестоимость производимых тканей, снижение которой достигается повышением эффективности всех без исключения технологий выработки тканей.
Эффективная подготовка основных нитей к ткачеству позволяет увели- •Ц чить производительность непосредственно в самом сновании за счет увеличе- - ) ния скорости снования и снижения обрывности, а также сократить отходы мягкой и ошлихтованной пряжи в шлихтовании. Разнонатянутые основные нити при шлихтовании имеют различную способность к пропитке клеящим раствором, что обуславливает изменение величины приклея, а это, в свою очередь, создает серьезные трудности переработки такой основы на ткацком станке. Потерянные концы при сновании, переплетенные и слабонатянутые нити приводят к увеличению простоев шлихтовальной машины, что отрицательно сказывается на эффективности работы всего ткацкого производства. • Неравномерное натяжение основных нитей при выработке ткани на ткац ком станке приводит к провисанию и перенатяжению нитей при образовании зева. Провисающие нити могут обрываться микрочелноком или рапирой, а сильно натянутые подвергаются еще большему воздействию. В обоих случаях увеличивается обрывность основных нитей и снижается КПВ ткацкого станка.
Низкая производительность процессов; производства тканей, неудовлетворительное их качество наносит серьезный ущерб экономике отрасли. Российские производители зачастую не могут конкурировать с зарубежными поставщиками тканей. В связи с этим особую актуальность приобретают научно-исследовательские работы, направленные на увеличение производительности оборудования и повышение качества вырабатываемых тканей. Важное место в решении этих проблем занимает технология подготовки основных нитей в партионном сновании, где закладываются основы высокоэффективного производства тканей.
В настоящее время имеются предпосылки дальнейшего совершенствования технологии партионного снования • и повышения его эффективности на основе широкого применения компьютерных технологий в теоретическом и экспериментальном обосновании рациональных режимов снования. ЭВМ позволяют не только выполнять анализ технологических процессов на основе численных решений задач, но и совершенно на новом уровне решать многие экс периментальные задачи. ( Большое значение в решении? проблемы повышения эффективности тех нологии партионного снования имеет техническое оснащение машины современными средствами; контроля и управления процессом. Низкая их точность, малое быстродействие, неудовлетворительные параметры надежности являются серьезным препятствием высокоэффективной подготовки основных нитей.
Нитенатяжные устройства современных партионных сновальных машин решают важную задачу в обеспечении рационального режима снования, с их помощью создается необходимое натяжение нитей. От точности функциониро вания этих устройств, характера их влияния на натяжение нитей, от выполне ния ряда других;условий во многом зависит успешное решение задач качественной сновки.
Диссертационная работа выполнена в рамках хозяйственных договоров с текстильными предприятиями и НИИ. На заключительном этапе работа выполнялась по заданию Министерства образования Российской Федерации Ивановской государственной текстильной академии на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ (регистрационный номер ИГТА 1.03).
Цель работы состояла в повышении эффективности технологического процесса партионного снования путем увеличения его производительности, снижения неравномерности натяжения и повышения качества намотки нитей на сновальный вал на основе новых технологических и технических решений.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
— разработаны математические модели влияния аэродинамического сопротивления нитей, нитенатяжных устройств различных типов и мерильного вала сновальной машины на натяжение нитей и его неравномерность;
- выявлены опасные с точки зрения параметрического резонанса режимы сновки на существующем сновальном оборудовании и определены в связи с этим направления совершенствования технологического процесса;
- из условия сохранения упругих свойств нитей различной линейной плотности и ограничения допустимой неравномерности их натяжения установлены максимальные значения скорости снования;
— предложена: новая концепция влияния нитенатяжных устройств сновальных машин на характеристики неравномерности натяжения нитей;
— разработаны новые методики оценки и прогнозирования неравномерности натяжения нитей при сновании;
- получены аналитические соотношения для определения погрешностей измерения длины нитей, наматываемых на сновальный вал;
— разработаны новые технические решения для повышения эффективности технологического процесса партионного снования.
Основные методы исследований
Поставленные в работе задачи решались теоретически и экспериментально. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального, интегрального и операционного исчислений, теоретической механики, в том числе механики нити, теории вероятностей и математической статистики, теории автоматического управления, методы решения дифференциальных уравнений математической физики. Экспериментальные исследования осуществлялись с помощью общепромышленных и специальных средств измерений на лабораторном и действующем производственном оборудовании. Измерения проводились по стандартным и специально разработанным методикам. Обработка результатов экспериментов выполнялась на ПЭВМ с использованием методов математической статистики, корреляционного и регрессионного анализов. Достоверность экспериментальных результатов исследований обеспечивалась корректным использованием методов оценки погрешностей измерений, достоверность результатов теоретических исследований подтверждена экспериментально.
Новые научные результаты, полученные в работе
1. С помощью уравнений контурного движения нити уточнено распределение приращений натяжения между трибо- и аэродинамической компонентами на различных участках заправки. Установлены закономерности изменения неравномерности натяжения нитей с повышением скорости при сновании с секционных и V-образных шпулярников.
2. Составлено математическое описание динамической системы "мерильный вал — упругие нити", на основе которого установлено влияние конструктивно-кинематических параметров системы на характеристики натяжения нитей;
3. Показано, что колебательная составляющая натяжения в определенных условиях является причиной возникновения параметрически возбуждаемых
t, поперечных колебаний нитей, которые приводят к увеличению обрывности и
, / вызывают ошибочные срабатывания устройства автоматического контроля об X рывов нитей с электромеханическими датчиками.
4. На основе предложенной концепции влияния нитенатяжных устройств сновальных машин на неравномерность натяжения нитей предложена новая система параметров и характеристик натяжных приборов, позволяющая І оценить их технический уровень при выпуске и состояние при эксплуатации. Показана роль нитенатяжных приборов в формировании стохастической картины, неравномерности натяжения нитей на шпулярнике сновальной машины.
5. Разработан компьютерный метод определения максимальной скорости -U снования пряжи заданной линейной плотности, ограниченной: допустимыми значениями продольной деформации и неравномерности натяжения.
6. Доказано, что на партионной сновальной машине при определенных условиях возможно возникновение г поперечных колебаний нитей, вызванных периодическими изменениями натяжения при сматывании с бобин. Получены аналитические соотношения, устанавливающие взаимосвязь между областью неустойчивости по натяжению перематываемой пряжи и уровнем колебательной составляющей натяжения.
7. С учетом физико-механических свойств нити, характера движения Vi фрикционных элементов натяжителя уточнена модель взаимодействия утолще- •М ния пряжи с шайбовым натяжным прибором. На основе полученной модели разработаны рекомендации по снижению динамических нагрузок на транспортируемую нить при прохождении утолщения через шайбовый натяжитель и сформулированы требования, предъявляемые к современным натяжным приборам.
8. С применением оригинальной экспериментальной установки и специально разработанных средств измерения и регистрации натяжения доказана возможность проведения высокопроизводительного периодического контроля V параметров нитенатяжных приборов у с целью оценки их качества, влияния на характеристики неравномерности натяжения, установления пригодности к дальнейшей эксплуатации.
9. Выполнена оценка погрешности измерения длины нитей, наматываемых на сновальный вал. Механизм измерения длины нитей на основе мерильного вала в динамических режимах не обеспечивает требуемой точности измерения. Предложено новое устройство измерения, в котором уменьшается погрешность от проскальзывания и компенсируется погрешность, вызванная деформацией нитей.
10. Доказано, что устройства автоматического прерывания процесса снования при обрыве нити с электромеханическими датчиками исчерпали.свои возможности повышения быстродействия. Предложены и обоснованы новые направления совершенствования подобных устройств.
Научная новизна
В диссертации впервые с применением компьютерных технологий теоретически и экспериментально обоснованы рациональные режимы партионного« снования, выполнен комплекс исследований по систематизации, обобщению и дальнейшему развитию теории нитенатяжных приборов, разработаны методики оценки и прогнозирования неравномерности натяжения нитей, научно обоснованы технические решения-новых средств контроля, диагностирования-и управления.,
Практическая значимость работы
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики оценки неравномерности натяжения нитей в партионном сновании и его выравнивания, внедренные на текстильных предприятиях (ОАО "Солидарность", п. Савино; Ивановской обл.; ОАО«"Торговый дом Истомкин-ская текстильная компания", г. Ногинск Московской обл.; ОАО СТШО "Пролетарий", г. Серпухов Московской обл.; ОАО "Фурмановская прядильно-ткацкая фабрика", г. Фурманов Ивановской обл.; ОАО "Яковлевская мануфактура", г. Приволжск Ивановской обл.), повышающие качество формируемых i сновальных паковок и способствующие на последующих переходах текстиль- ного производства уменьшению потерь и улучшению потребительских свойств вырабатываемых тканей.
Технические разработки новых средств контроля параметров снования использованы конверсионным, предприятием — Красноармейским научно-исследовательским институтом механизации — при разработке нового приготовительно-ткацкого оборудования. На ряде предприятий (ОАО "Фатекс", г. Иваново, ЗАО ФПК "Чайковский текстильный дом", г. Чайковский Пермской обл.; Красноармейский НИИ механизации, г. Красноармейск Московской обл.; Вое-кресенское объединение по производству технических тканей, г. Воскресенск Московской обл.) внедрены портативные приборы для измерения-натяжения нитей при партионном сновании, прибор для измерения;плотности намотки нитей : на сновальном валу, устройство автоматического останова сновальной машины при обрыве нити.
Аналитически обоснованное и экспериментально подтвержденное возникновение параметрически возбуждаемых поперечных колебаний нитей на отдельных участках заправки и разработанная методика оценки неравномерности натяжения нитей позволяют выбрать рациональный режим; снования, при котором обеспечивается необходимое качество сновальных паковок и высокая производительность сновальной машины.
Новая концепция функционирования нитенатяжных приборов- сноваль ных машин позволила сформулировать требования к ним с целью обеспечения требуемой неравномерности натяжения и исключения параметрически возбуждаемых поперечных колебаний нитей.
Разработан ряд оригинальных устройств, способствующих решению задач повышения эффективности партионного снования.. Техническая новизна решений подтверждена одним патентом; десятью авторскими свидетельствами на изобретения и одним свидетельством на полезную модель. Г Ряд положений теоретического и экспериментального обоснования вы , ( , сокоэффективной подготовки основных нитей использован при выполнении —г» / диссертационных работ на соискание ученой степени кандидата технических наук аспирантами под руководством автора.
Основные положения разработанных автором предложений по повышению эффективности партионного снования внедрены в учебный процесс ИГТА при изучении учебных дисциплин "Технологические процессы и производства", "Моделирование систем".
Апробация работы
Материалы по теме диссертации обсуждались на 8 международных и 20 всесоюзных и всероссийских конференциях, в том числе:
— на международном научно-техническом конгрессе "Современные проблемы научно-производственно-образовательного комплекса" в Ивановской государственной текстильной академии в 1996 г.;
— на международных научно-технических конференциях в Ивановской государственной текстильной академии в 1997-2003 гг.;
— на всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация технологических процессов легкой промышленности" в Московском текстильном институте в 1982 г.;
— на всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы разви- Л тия производства и применения текстурированных нитей и высокообъемной чі.! пряжи из химических волокон" в Каунасском научно-исследовательском, институте в 1983 г.;
— на всероссийских научно-технических конференциях "Состояние и проблемы технических измерений" в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана в 1997 и 2002 гг.;
— на расширенном заседании кафедры автоматики и радиоэлектроники в 2004 г.
Отдельные результаты работы представлялись на конкурсах и выставках У[ и отмечены двумя бронзовыми медалями и несколькими дипломами.
Личное участие автора в получении изложенных в диссертации научных, технических и технологических результатов
Постановка цели работы, определение методов решения поставленных задач, методов проведения и обобщения полученных результатов, теоретические положения и сформулированные в работе рекомендации принадлежат автору. В выполнении экспериментальных исследований вместе с автором принимали участие сотрудники PITTA и аспиранты.
Публикации. Основные результаты работы отражены в 83 работах, из них 1 монография, 1 патент, 11 авторских свидетельств и свидетельств на интеллектуальную собственность, 18 статей в журнале "Изв. вузов. Технология текстильной промышленности". Кроме того, по результатам исследований опубликовано 8 статей в сборниках трудов и Вестнике ИГТА, 3 статьи в журналах "Изв. вузов. Технология легкой промышленности" и "Текстильная промышленность", 40 тезисов докладов международных конференций, задепони-рованы 3 статьи.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Основное содержание изложено на 334 страницах, содержит 79 рисунков и 26 таблиц. Библиографический список включает 229 источников. Приложения составляют 23 страницы.
Современные направления совершенствования нитенатяжных устройств сновальных машин
Натяжение нитей при сматывании с питающих паковок секционных шпу-лярников, как правило, недостаточное для формирования сновального вала необходимой плотности намотки. Поэтому для увеличения натяжения применяются нитенатяжные приборы. Известно огромное количество конструкций таких устройств. Общее количество запатентованных устройств намного превышает число технических решений, направленных на совершенствование X» « других узлов и механизмов сновальной машины.
Современные нитенатяжные приборы должны отвечать целому комплек і су требований; которые условно можно разделить на технические, эргономиче ские и экономические. Не рассматривая подробно содержание каждого класса требований (это сделаем позже), остановимся на анализе известных результатов и рекомендаций по совершенствованию этого важного устройства сновальных машин.
Одной из первых работ в этой области, выполненной отечественными исследователями, была монография Оникова Э.А. [50]. Отмечая большое разнообразие нитенатяжителей применяемых на машинах текстильного, швейного, трикотажного и других производств, Оников Э.А. подчеркивает, что для изуче--Ґу ния существующих и разработки новых натяжителеи необходима их классификация. Разделение нитенатяжителей на две группы, принятое в классификации [51], по мнению Оникова Э.А., является неудачным; так как оно не учитывает характера сил, с помощью которых создается натяжение. Поэтому автор предлагает классифицировать нитенатяжители по трем признакам: по принципу создания дополнительного натяжения; по характеру силы, с помощью которой создается натяжение; по наличию или отсутствию автоматической регулировки ; натяжения. Авторы исследования [52], наоборот, считают, что при исследовании нитенатяжителей основное внимание должно быть уделено их общим ди- - намическим свойствам, поэтому предлагают разбить все известные конструкцій v ции натяжителеи на два: класса: с автоматической регулировкой натяжения и без нее.
В классификации Оникова Э.А. по принципу создания дополнительного натяжения рассматриваются нитенатяжители, у которых дополнительное натяжение создается за счет трения нити между двумя фрикционными поверхностями и возрастает на величину, не зависящую от входного натяжения. Ко второй группе отнесены нитенатяжители с выходным натяжением, пропорциональным входному. В них увеличение натяжения достигается за счет трения "Г нити об огибаемую криволинейную поверхность, а его величина определяется по известной формуле Эйлера. Нитенатяжители третьей группы содержат оги \ баемый нитью; вращающийся; ролик, который v для увеличения натяжения под тормаживается. Натяжение здесь также возрастает на величину, не зависящую от уровня входного натяжения. По сути, нитенатяжители первой и третьей групп с точки зрения влияния их на среднее значение натяжения и его колеба тельную составляющую, а также закономерностей изменения характеристик неравномерности натяжения можно отнести к одной группе. В то же время сле дует заметить, что в нитенатяжителях очень часто увеличение натяжения дос тигается комбинированным способом: за счет трения о фрикционные элементы ив результате трения при огибании криволинейной поверхности. Поэтому для. Х- отражения перечисленных свойств нитенатяжителей целесообразно первую и третью группы классификации [50] объединить, а в третью группу выделить натяжные приборы с комбинацией первого и второго принципов создания дополнительного натяжения.
В работе Оникова Э.А. подробно проанализированы аналитические: выражения для определения натяжения на выходе шайбового (в зарубежных источниках его чаще называют тарельчатым) натяжителя, полученные Костицы-ным В.Т. [53], в предположении, что нить является идеально ровной и что шайбы не вращаются. По замечанию Оникова Э.А.,.вращение шайб не оказывает существенного влияния на величину натяжения, поэтому принятое Костицы 0, ным В.Т. допущение оправданно. Правда, далее отмечено,.что при засорении; натяжителя может прекращаться давление верхней шайбы на нить и натяжение резко падает. Авторы рассматриваемой ранее работы [13] учли вращение шайб и получили аналитическое выражение, из которого следует, что без учета вращения получается завышенная; величина натяжения. Здесь следует обратить внимание на исключительно сложный характер взаимодействия текстильной нити с шайбами нитенатяжного прибора.. В і частности, принятое в[ 13] равномерное распределение веса шайбы на нить в точках касания дано для частного / случая заправки нити и не учитывает того факта, что верхняя шайба опирается на нить и нижнюю шайбу в трех точках. При экспериментальных исследованиях выявлена зависимость скорости вращения шайбы от величины нагрузки на верхнюю шайбу и скорости движения нити. Помимо вращательного движения вокруг стержня верхняя шайба при определенных условиях совершает относительно него и поступательное движение. Видимо, сложный характер рассматриваемого взаимодействия потребовал новых подходов к моделированию натяжения; нити после шайбовых- нитенатяжных приборов [ 11 ]. Присутствие на осциллограммах натяжения нити после натяжителя колебаний с частотой, зависящей от длины волны неровноты пряжи, свидетельствует о зависимости параметров движения шайбы, а следовательно, и характеристик дополнительного натяжения от качественных показателей пряжи.
Натяжение нити в зоне "шпулярник — сновальная машина"
К числу основных характеристик НП і относят функцию: преобразования? Ш1 - зависимость выходного натяжения; от кинематических: и динамических параметров нити и НП.. В общем; случае функция- преобразования может быть получена в виде передаточной функции из системы дифференциальных уравнений. В! отдельных случаях, когда; например, НП не относится. к устройствам параметрической!: или компенсационной стабилизации;, можно; ограничиться? рассмотрением статических зависимостей выходного натяжения.
Важной характеристикой і НП является? их надежность. Следует учитывать, что ненадежнымиНП считаются не только устройства, теряющие способность штатно І функционировать из-за механических" повреждений, но ш НП; у которых: функция преобразования» выходит: за допустимые пределы, например, из-за засорения і пылью или забивания Ї пухом:. Надежность, НП оценивается общепринятыми ; количественными характеристиками: вероятностьюt безотказной работы, частотой отказов, средним временем безотказной работы и др.
Стабильность создаваемого дополнительного натяжения можно - охарактеризовать а чувствительностью - к изменению коэффициента трения, поскольку натяжение у большинства широко распространенных НП увеличивается за счет фрикционного взаимодействия нити с поверхностью-шайб илшстержней;НП: } Следует заметить, что рассматриваемый параметр тесно связан с надежностью НП; которая в [160]: классифицирована!как параметрическая,-.так как значительное изменение коэффициента трения может вызвать недопустимое изменение функции преобразования:
Натяжение нити содержит постоянную и колебательную составляющие, которые можно характеризовать; относительным; значением і амплитуды основных гармоник и частотным спектром. Если ограничиться рассмотрением? ос-новнойг гармоники, то относительное; значение амплитуды Fl колебательной составляющей натяжения на входе НШ р - F\ /F0, где F0 - постоянная составляющая і натяжения: У многозонного аддитивного НП; содержащего вs общем случае / аддитивных фрикционных элементов, натяжение на выходе Febix = +Е( + ,Ж, (3:1) где Fex — натяжение на входе НП; МІ МІ+І коэффициенты трения о поверхности /-го аддитивного источника; V Nr- нормальное давление на нить.
К аддитивным НП относятся; также нитенатяжители, у которых дополнительное натяжение создается; в і результате торможения моментом сил Мт /-го У ролика радиуса Rit вращаемого нитью. В этом случае Febtx = F + Mr /R-, где т- число роликов. Для характеристики: уровня: дополнительного натяжения? можно предложить новый параметр — коэффициент увеличения с натяжения І kj, представляющий! собой относительное увеличение постоянной; составляющей; натяжения, который позволит сравнивать характеристики различных типов НП:
Для аддитивных НП с одним фрикционным элементом и /Л\=Мі=М коэффициенты кт = кА равны соответственно 2juN/F0 и MT l{R\F0). Аналогично для мультипликативного НП с одним мультипликативным фрикционным элементом при постоянной скорости движения нити и пренебрежении ее изгибной жесткостью натяжение на выходе Fewc = F ехр(/а), а кт = км =ехр(/а) - Г, (3.2) где а — угол огибания нитепроводника; /— коэффициент трения. Таким же об разом можно получить кт и для комбинированных НП с различным числом ад — дитивных и мультипликативных фрикционных элементов и разнообразным по рядком их чередования.
Воздействие НП на колебательную составляющую натяжения: будем характеризовать изменением относительного значения ее амплитуды рвьа/рвх- Очевидно, у мультипликативных НП рвых/рех 1 т.е. относительное значение амплитуды колебательной составляющей не изменяется, а для аддитивных НП Рвьи/Рвх= 1/(1+ уменьшается с ростом коэффициента увеличения натяжения кт по гиперболическому закону.
Определим влияние порядка чередования источников трения в комбини-рованных НП на параметр pebJPex- Несложно показать, что в обоих случаях \ рвых/Рвх= —» т.е. относительное значение колебательной составляющей у 1+кт комбинированных НП не зависит от порядка чередования: фрикционных элементов.
Классификация нитенатяжных приборов
Если возникает необходимость в оценке доверительного интервала натяжения на выходе НП, то в случае нормально распределенных FQH А закон распределения натяжения на выходе прибора также является нормальным и величина доверительного интервала составляет A =tsF, где t — квартальный коэффициент нормального распределения для выбранной доверительной вероятности; sF -СКО среднего арифметического.
Аналогично в случае мультипликативного характера НП при независимости рассматриваемых случайных величин и в соответствии с теоремой умножения математических ожиданий F=SF0, а СКО [164] sF2 = sF2ss2 +sF2S2 +ss2F02, где ss — СКО коэффициента увеличения натяжения.
Сравнение коэффициентов вариации мультипликативного НП при детерминированном и случайном характерах коэффициента увеличения натяжения показывает, что с учетом случайного характера коэффициента S неравномерность натяжения нитей в соответствии с (3.13) увеличивается. Сравнение с аддитивным НП также не в пользу мультипликативного прибора: если предположить равные относительные увеличения натяжения приборами и равные соответствующие СКО, то у мультипликативного НП коэффициент вариации выше. Для комбинированного НП с последовательно чередующимися фрикционными элементами функцию преобразования (3.8) можно представить в виде: (, Ft = SF0i + А, где S — общий коэффициент увеличения натяжения, равный произведению коэффициентов отдельных элементов прибора; А- аддитивная составляющая натяжения, не зависящая от входного натяжения. В этом случае F = F0S + А , СКО s,.. = Js,2s2 + s S2 + ss2F02 + s2 и ко эффициент вариации v = sF/ F. На натяжение нитей, наматываемых на сновальный вал, оказывает влия ние аэродинамическое сопротивление и направляющие элементы гребенок у-" шпулярника [126]: натяжение с более удаленных от сновальной машины бобин выше, чем с ближних. Для оценки а-неравномерности на выходе шпулярника рассмотрим нити, сматываемые с паковок, расположенных на одной вертикали, секции шпулярника. Учитывая, что большую часть приращения натяжения при движении нитей вдоль шпулярника дает аэродинамическая составляющая, имеющая аддитивный характер [126], примем, что для каждой из рассматриваемых нитей приращение натяжения одинаково и равно Ан. Возникает вопрос: у следует ли учитывать это приращение при оценке неравномерности натяжения на выходе шпулярника и нужно ли предпринимать меры по ее уменьшению путем индивидуальной регулировки НП? Составляющая А„ имеет детерминированный характер, a tsF - случайный.
Для их суммирования используем методику суммирования случайных и систематических составляющих погрешностей измерения, принятую в метрологии [135], из которой следует, что если детерминированная составляющая меньше 0,8$ , то ею можно пренебречь. Если же, наоборот, A SsF, то не учитывают случайную составляющую. Сравнивая приращение натяжения, получаемое ни тью из-за аэродинамического сопротивления и трения о направляющие гребен ки, с параметрами неравномерности натяжения нитей, сматываемых с питаю "X щих паковок, расположенных на одной: вертикали, и учитывая разброс пара метров НП и их регулировочные возможности, можно сделать вывод о необходимости их индивидуальной подстройки для рассматриваемой группы нитей.
Учитывая, что приращение натяжения отдельной нити из-за аэродинами ческого сопротивления сильно зависит от скорости, ее не следует изменять при наработке сновальных валов, так как это в соответствии с проведенным анали зом увеличивает неравномерность натяжения. В связи с этим возрастают требо вания к точности стабилизации линейной скорости снования. При разработке сновальной машины следует ориентироваться на использование привода, обес печивающего необходимую стабильность скорости снования.
В условиях часто меняющегося ассортимента тканей, вырабатываемых на предприятии, в случае, когда к неравномерности натяжения предъявляются жесткие требования, надлежит принять организационные меры по закреплению сновальных машин за определенным ассортиментом перематываемой пряжи.,
Деформация нитей при партионном сновании и уменьшение погрешности измерения длины
При исследованиях / -неравномерности отмечено увеличение амплитуды колебаний! натяжения с ростом скорости движения« нити [13], обусловленное ростом динамической составляющей натяжения при сматывании нити І С паков-г ки. Однако в [114] замеченаtнесколько иная закономерность изменения нерав-f номерности натяжения:: на малой \ скорости движения нитей - наблюдается повышенная неравномерность натяжения, затем; с ростом І скорости \ сначала прослеживается t снижение: амплитуды колебательной? составляющейЇ натяжения; а затем ее увеличение.. Причиной колебаний натяженияша заправочной:скоростш движения!нити являются давно известные фрикционные автоколебания, описанные в [170];
Пусть упругорастяжимая J нить наматывается ша сновальный вал с некоторой линейной скоростью Ко, а другой конец нити, находящийся у НП, не-" подвижен. Рассмотрим исходное состояние, при котором нить недеформирова на, а зависимость силы трения нити о шайбы натяжного прибора от скорости имеет вид, показанный на рис. 3.17. По мере роста деформации нити ее натяжение достигает величины силы трения в точке 2 характеристики R{V), в результате конец нити, находящийся у НП, придет в движение со скоростью Vi, соответствующей точке 3 характеристики. При этом сила упругости нити уменьшается, скорость нити и сила трения тоже падают (точка 4 на рис. 3.17). Дальнейшее V_ уменьшение скорости означало бы увеличение силы трения, однако поскольку скорость V4 все еще больше VQ, то сила упруго сти не может расти, поэтому в точке 4 скорость должна мгновенно измениться, что означает разрыв скорости, когда ее значение уменьшается до нуля, т.е. нить перестает двигаться. Поскольку при этом правый конец нити продолжает двигаться со скоростью VQ, то сила упругости будет возрастать и при достижении ею значения силы трения покоя (точка 2 на рис. 3.17) вновь произойдет разрыв скорости, что будет означать переход на характеристике R(V) в точку 31 Описанные автоколебания являются релаксационными и наблюдаются в безмассовой системе [170]. Для приближенного решения задачи примем упрощенную характеристику трения: будем считать, что эта характеристика имеет две силы трения - максимальную, соответствующую силе трения покоя, и минимальную, наблюдаемую при движении нити и имеющую постоянное значение.
Цикл автоколебаний можно представить проходящим в два этапа. На первом этапе один конец нити движется со скоростью Vo, другой неподвижен. На втором этапе конец нити, расположенный у НП, движется со скоростью, боЛЬШеЙ VQ. Рассмотрим уравнения движения нити на первом этапе. В этом случае можно принять модель, когда один конец нити (s = 0, s — координата Лагранжа) закреплен у нитенатяжителя, а другой (s = /) движется с постоянной скоростью VQ. В действительности здесь имеют место волновые процессы, которые следует рассматривать с учетом контурного движения нити. Однако в [147] показывается, что для нити в большинстве случаев расчеты можно проводить без учета ее контурного движения. Считаем, что упругорастяжимая нить расположена на прямолинейном участке и ее вес для рассматриваемой задачи пренебрежимо мал. В этом случае дифференциальные уравнения движения идеально гибкой нити имеют вид [147]:
