Введение к работе
Актуальность темы. В приводах машин текстильной и легкой промышленности наибольшее распространение получили конструкции, в которых главный (распределительный) вал машины получает вращательное движение от электродвигателя либо непосредственно через клииоременную передачу, либо через комбинацию клипоременной передачи с управляемой фрикционной муфтой. При этом схемы клипоремениык передач и способы осуществления натяжения ремня обычно определяются исходя из условий достижения максимальной простоты и минимальной стоимости конструкции привода.
Величина предварительного натяжения ремня, как правило, является постоянной и не зависит от характера изменения полезной нагрузки в процессе работы машины. Это приводит к возникновению в сечениях ремня избыточных напряжений, быстрому росту остаточных деформаций и необходимости частых регулировок предварительного натяжения ремня, что увеличивает эксплуатационные расходы и сокращает сроки службы ременных передач.
Одним из наиболее эффективных способов улучшения условий работы приводов с ременными передачами является создание систем автоматического регулирования натяжения в зависимости от величины передаваемого крутящего момента. Практическому использованию подобных систем препятствует их повышенная стоимость и отсутствие надежных методов расчета, позволяющих реализовать все преимущества систем автоматического поддержания натяжения ремней на минимально необходимом уровне.
В связи с этим в настоящей работе основное внимание уделено анализу механических характеристик наиболее простых конструктивных схем регуляторов натяжения ременных передач: планетарных и с шарнирным подвесом двигателя. Рассмотрена также конструкция регулятора натяжения в двухступенчатой ременной передаче. Эти задачи актуальны для текстильного и лег-
кого машиностроения и обеспечивают повышение научного уровня выполнения проектных и конструкторских разработок.
Предложенные расчетные методики основаны на математическом моделировании условий работы регуляторов натяжения и реализации этих методик в виде программного обеспечения для ПЭВМ. Ориентированы они в основном на решение задач, возникающих при проектировании приводов чесальных машин и пневматических ткацких станков.
Цель и задачи исследований. Целью работы является анализ и разработка на основе использования возможностей современных ЭВМ методик расчета приводов машин текстильной и легкой промышленности с автоматическим регулированием натяжения ременных передач.
При этом решались следующие задачи:
-
Разработка методики анализа условий работы ременных передач в динамических режимах с учетом возможности проскальзывания ремня относительно шкивов.
-
Математическая формулировка условий существования различных режимов работы ременных передач и составление соответствующих им уравнений движения.
-
Математическое моделирование и разработка программного обеспечения для исследования условий работы регуляторов натяжения различных типов.
-
Выявление основных параметров, определяющих характер работы регуляторов натяжения, и разработка рекомендаций для их проектирования.
Общая методика исследований. При решении поставленных выше задач использовались методы и общие положения теоретической механики, теории колебаний, деталей машин и динамики машин. Для математического описания разработанных динамических моделей использовался аппарат кусочно-линейных и нелинейных систем дифференциальных уравнений, решения которых находились численными методами, реализуемыми с помощью современной вычислительной техники.
Научная новизна. При выполнении диссертационной работы получены следующие новые научные результаты.
-
Анализ ряда динамических моделей планетарного регулятора натяжения, составленных с различной степенью приближения к реальной конструкции, показал, что в расчетных моделях регуляторов необходимо учитывать упруго-диссипативные свойства ремня и динамическую характеристику электродвигателя. Эти же требования необходимо учитывать и при анализе регуляторов натяжения других типов.
-
В зависимости от наличия или отсутствия проскальзывания ремня относительно ведущего и ведомого шкивов установлена возможность реализации четырех различных режимов работы ременных передач, входящих в состав регуляторов натяжения. Для каждого из этих режимов работы получены математические условия их существования и составлены соответствующие дифференциальные уравнения движения.
З.При частотном анализе регуляторов натяжения установлено, что наличие проскальзывания в ременной передаче приводит к уменьшению количества ненулевых собственных частот на единицу. В использованных моделях это связано с исключением из расчетной схемы колебательного контура, образуемого упругим ремнем и ведомым шкивом.
4. Для достижения максимального быстродействия планетарного регулятора натяжения его начальная конфигурация должна характеризоваться перпендикулярным расположением водила и линии центров ременной передачи. Такой начальной конфигурации соответствуют максимальные значения собственных частот колебаний регулятора. Аналогичным образом (с поправками на конструктивные отличия) следует выбирать и начальное расположение звеньев регуляторов других типов. В тоже время
при необходимости увеличения натяжения ремня и сокращения длительности режимов работы, сопровождающихся проскальзыванием в ременной передаче, можно рекомендовать отклонения от перпендикулярности в пределах примерно 30 .
-
Анализ динамических моделей планетарного регулятора натяжения ремня и регулятора с шарнирным подвесом двигателя показал, что в случае больших приведенных к главному валу моментов инерции масс машины регуляторы натяжения могут выполнять функции пусковых устройств, предохраняющих двигатель от пусковых перегрузок за счет кратковременного проскальзывания в ременной передаче.
-
Предложена и проанализирована схема регулирования натяжения в двухступенчатой ременной передаче. Данная схема является комбинацией двух ранее рассмотренных схем регуляторов и ее математическое описание построено на основе аналогичных систем дифференциальных уравнений.
-
Для всех рассмотренных типов регуляторов натяжения разработаны математические модели, вычислительные алгоритмы и программное обеспечение, позволяющее исследовать процессы пуска и установившегося движения машин с учетом возможности проскальзывания в ременной передаче.
Практическая значимость результатов работы. Разработанные динамические и математические модели, их программная реализация на ПЭВМ являются научной базой и рабочим инструментом для проектирования приводов машин с регулированием натяжения ременных передач. При этом достигается автоматизация выполнения расчетов, сохраняется время и трудозатраты на проектирование, доводку и внедрение в производство машин с новыми конструкциями приводов.
Планетарный регулятор натяжения рекомендуется для использования в приводе чесальных машин в качестве пускового устройства, заменяющего фрикционную муфту. На конструкцию двухступенчатой ременной передачи с одновременным регулированием натяжения в обеих ступенях подана заявка на получение патента РФ.
Материалы диссертации используются в лекционных курсах, курсовом и дипломном проектировании по дисциплинам «Проектирование прядильных машин», «Детали машин» и «Динамика машин» для студентов специальности 170700-«Машины и аппараты легкой промышленности».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на юбилейной конференции по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности, посвященной 60-летию механического факультета в СПГУТиД (1998 г), на семинарах кафедры проектирования машин текстильной и легкой промышленности СПГУТиД (1999, 2000 гг).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано четыре научных работы, подана заявка на патент РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста и приложения, содержит 179 страниц машинописного текста и 84 рисунка.
