Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор. 12
1.1. Кулачковые приводы механизмов ткацкого станка СТБ 12
1.1.1. Подъемник прокладчика утка 12
1.1.2. Приемная коробка 13
1.1.3. Контроллер посадки прокладчиков утка 13
1.1.4. Зевообразовательный механизм 14
1.1.5. Батанный механизм 15
1.2. Процессы трения и изнашивания в кулачковых механизмах 18
1.3. Анализ факторов износа для пары трения "кулачок-ролик" 23
1.3.1. Характер износа и выбор материала 24
1.3.2. Геометрические факторы 24
1.3.3. Условия смазывания 25
1.3.4. Нагрузочно-скоростные факторы 27
1.3.5. Микрорельеф поверхности 29
1.3.6. Структурные факторы 30
1.3.7. Погрешности профиля и положения пар "кулачок- ролик" 31
1.3.8. Другие факторы 31
1.4. Влияние смазочных материалов на процесс трения и изнашивания 31
1.5. Применение эффекта безызносности в кулачковых приводах 40
1.6. Существующее положение по разрушению материалов из-за изнашивания и его предупреждению 44
1.6.1. Основные типы изнашивания материалов и анализ причин разрушений 45
1.6.1.1. Основные типы изнашивания материалов 45
1.6.1.2. Анализ причин разрушения из-за изнашивания и его предупреждение 48
1.7. Постановка задачи 50
2. Анализ конструкций, кинематики и динамики батанных механизмов ткацких станков СТБ 55
2.1. Конструкции батанных механизмов ткацких станков СТБ 55
2.2. Функция положения и передаточные функции батанного механизма .59
2.3. Понятие о безударных законах движения 61
2.4. Синтез законов движения батана 63
2.4.1. Безразмерные характеристические функции перемещения, скорости и ускорения 63
2.4.2. Безразмерные функции перемещения, скорости и ускорения батана станков СТБ 65
2.4.3. Расчет профилей кулачков батанного механизма станков СТБ 72
2.5. Пакет программ для анализа батанного механизма 74
2.6. Динамический анализ и расчет на прочность звеньев батанного механизма 84
2.6.1. Расчет давлений и контактных напряжений в кинематических парах батанного механизма 87
2.6.2. Расчет и проектирование высшей пары кулачок (контркулачок) - ролик по условию сохранности профиля кулачка 91
2.6.3. Проектирование высшей пары кулачок (контркулачок) - ролик по условию долговечности профиля 93
2.6.4. Динамический расчет натяжения основы и силы прибоя на ткацких станках СТБ 95
2.6.4.1. Определение жесткости на растяжение образцов основной пряжи и ткани 97
2.6.4.2. Определение приведенной длины системы упругой заправки станка 100
2.6.4.3. Система построения ткацких переплетений на станках СТБ 103
2.6.4.4.. Динамический расчет натяжения основы и силы прибоя ткацкого станка СТБ с учетом вида переплетения ткани, угловых и изгибных колебаний скала 105
2.7. Динамический расчет батанного механизма ткацкого станка СТБ 2-330 109
2.8. Выводы 113
3. Изучение влияния различных факторов на работоспособность пары трения "кулачок - ролик" 115
3.1. Влияние смазочных материалов на характеристики процесса трения качения 115
3.1.1. Методика испытаний 115
3.1.2. Влияние шероховатости поверхности 120
3.1.3. Влияние температуры окружающей среды 122
3.1.4. Зависимость коэффициента трения от пограничного слоя на поверхностях 125
3.1.5. Влияние напряжения сдвига смазочного материала 128
3.1.6. Влияние проскальзывания на характеристики процесса трения 130
3.1.7. Влияние приработки и других факторов на характеристики процесса трения 137
3.2. Исследование влияния нанопорошка никеля на функциональные свойства смазочных материалов 146
3.2.1. Материал и методика испытания 146
3.2.2. Результаты и анализ исследования 147
3.2.3. Выводы 150
3.3. Исследование влияния присадок к смазочным маслам на режим трения 151
3.3.1. Условия испытаний 151
3.3.2. Результаты испытаний 152
3.3.3. Исследования долговечности граничного смазочного слоя 154
3.3.4. Выводы 155
3.4. Влияния состава смазочного материала на характеристики процесса трения 156
3.4.1. Методика и условия испытания 156
3.4.2. Математическая обработка результатов испытаний 159
3.4.3. Обсуждение модели 162
3.4.4. Оптимизация состава смазочной композиции 163
3.5. Выводы 165
Общие выводы на работе 168
Список литературы ..170
Список публикаций 181
- Процессы трения и изнашивания в кулачковых механизмах
- Применение эффекта безызносности в кулачковых приводах
- Расчет давлений и контактных напряжений в кинематических парах батанного механизма
- Влияние приработки и других факторов на характеристики процесса трения
Введение к работе
.
Повышение надежности и долговечности машин является одной из
;», главных проблем современного машиностроения.
Как показал статистический анализ, главной причиной выхода из строя машин является не их поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Проектируя новую машину, инженер обязательно рассчитывает на прочность наиболее ответственные детали, тогда как практически ни одно подвижное сопряжение не проверяют на износостойкость. При проектировании и эксплуатации машин не всегда используются наиболее эффективные средства снижения износа, учитывающие конкретные условия работы. По этой причине Россия, Китай и
л другие технически развитые страны несут огромные материальные затраты,
связанные с ремонтом машин. Вынужденные простои машин при ремонте подвижных сопряжений приводят к большим потерям.
По оснащению оборудованием текстильная промышленность является самой машиноемкой отраслью народного хозяйства. Повышение производительности машин является характерной тенденцией в условии научно-технического прогресса. В течение последних лет скорости рабочих механизмов ткацких станков заметно выросли. В мире появились ткацкие
станки (пневматические и гидравлические), имеющие частоту вращения
главного вала 800 ... 1500 мин 1.
Важно отметить, что в период эксплуатации ткацкого оборудования, его надежность снижается вследствие изнашиваемости, усталостного разрушения, старения, изменения размеров и форм сопряжений, ухудшения прочности и упругих свойств материалов деталей, а также из-за отклонений и изменений в узлах и механизмах, сопровождающихся разладкой или
гл поломкой машин. При этом машины теряют свою работоспособность на
определенные отрезки времени. Скорость и степень потери работоспособности зависят от конструкции машины, условий ее эксплуатации, точности изготовления деталей и сборочных единиц,
правильности их сборки, качества контроля и квалификации кадров. Положение усугубляется случайным характером отказов машин. Они
У . возникают неожиданно, их характер и последствия неизвестны, а это вносит
элемент неопределенности и дезорганизацию в ритм производственного процесса, наносит существенный ущерб предприятию.
Особенностью текстильного оборудования является его сложность и очень высокий уровень загрузки. По своей кинематике текстильные машины являются одними из самых сложных (после полиграфических) машин и состоят из множества сборочных единиц и деталей, имеющих самую различную долговечность. Одним из наиболее важных узлов трения ткацких станков являются высшие кинематические пары "кулачок-ролик". Они
работают в сложных условиях переменных нагрузок, а процесс их
изнашивания ведёт к изменению закона движения выходного звена механизма и нарушению технологических процессов, протекающих на текстильном оборудовании.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
и АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. В период эксплуатации
оборудования его надежность снижается вследствие изнашивания, которое представляет собой основную причину разрушения материалов (до 80 % отказов). Результат англо-американского исследования [31] показал, что потери от изнашивания материалов достигли ста миллиардов долларов в год, а экономическая эффективность от улучшения смазки и уменьшения изнашивания составляет около 2 % от общего валового продукта в любой стране мира.
В ткацком производстве Китая, России, Румынии, Пакистана и других
fj. стран широко используются станки типа СТБ, одним из наиболее
ответственных и динамически нагруженных механизмов которых является
батанный. Пара "кулачок - ролик" его привода работает в сложном режиме
трения качения с проскальзыванием. В этих условиях на ее
работоспособность оказывают влияние многие факторы. Поэтому
исследование механизма, изучение влияния различных факторов на
работоспособность пары трения "кулачок-ролик" не только углубит
процесс познания, но и будет способствовать созданию новой техники и
Н новых материалов, улучшит конструирование оборудования.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка методики и программного обеспечения для многовариантного анализа конструкций, кинематики и динамики батанных механизмов ткацких станков СТБ при помощи компьютера с учетом характеристик технологического процесса формирования ткани с заданными параметрами, а также на основе изучения влияния различных факторов на работоспособность пары трения "кулачок-ролик" разработка , , мер по повышению её ресурса, в т.ч. за счет использования новых смазочных
материалов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Анализ конструкций, кинематики и динамики батанных механизмов ткацких станков СТБ выполнен на персональном компьютере с использованием пакета оригинальных программ, содержащего средства моделирования процесса формирования ткани с . заданными параметрами.
Экспериментальные исследования на изнашивание со смазочными материалами выполнялись на различных установках: при трении качения с проскальзыванием испытания проводились на установке для определения контактной усталости JP - BD 1500 (КНР) с различными скоростями, нагрузками и величиной проскальзывания; исследования при трении скольжения проводились на стенде трения и изнашивания МНК-500 и на специально разработанной установке с возвратно-поступательным относительным перемещением образцов по схеме "диск-плоскость" с ty. определением предельно допустимого давления в паре трения.
Исследования выполнялись с применением методов планирования экспериментов и математической обработки данных с использованием вычислительной техники.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработаны пакет прикладных программ и методика его использования, позволяющие проводить многовариантный анализ батанного механизма ткацких станков типа СТБ с учетом динамики процесса формирования ткани с заданными параметрами и колебаний скало, t(h т.е.конструкторские и технологические требования соединены. Методами
моделирования и натурными экспериментами выявлено влияние на процесс трения и изнашивание пары "кулачок-ролик" шероховатости контактирующих поверхностей, температуры окружающей среды, величины проскальзывания, состава и свойств смазочного материала, давления в контакте.
ч
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанное программное .1 обеспечение позволяет без проведения натурных испытаний по определению
возможности выработки ткани с заданными параметрами на станках типа СТБ получить с помощью компьютера сведения, характеризующие работу батанного механизма. Это способствует повышению гибкости производства и расширению ассортимента вырабатываемых тканей.
Разработанная смазочная композиция на основе индустриального
. масла реализует эффект безызносности в паре трения "кулачок-ролик".
Рекомендованное использование нанопорошка никеля в смазочных
материалах позволяет повысить несущую способность пары трения в 2...3
раза.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку: на международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии - в производство» (г. Иваново, 2000 г.); на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и fn перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г.
Иваново, 2001 г., 2005 г.); на межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2002 г., 2003 г., 2005 г.).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 13 работ.
СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трёх глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 183 страницах 1(Н машинописного текста, включая 71 рисунок и 10 таблиц.
Процессы трения и изнашивания в кулачковых механизмах
Установлено [56, 62, 63], что нагрузки на кулачки под влиянием наибольших угловых погрешностей сборки батанного механизма по величине соизмеримы с рабочими нагрузками. Из этого следует, что для повышения долговечности и надежности работы батанного механизма требования к качеству сборки, выполняемой при изготовлении и ремонте батанного механизма, должны строго выдерживаться. Суммарный зазор в кулачковой передаче не должен превышать 0,15 лш с учетом износа ее подвижных соединений. Обычно же стремятся к уменьшению суммарного зазора. При разработке метода технической диагностики состояния батанного механизма станка СТБ в качестве главного параметра принята величина зазора между роликом и кулачком, определяющая нормальную работу батанного механизма.
Как отмечалось ранее, в динамике привода батана большую роль играют зазоры и натяги, также возникающие по только, что приведенным причинам. Экспериментами установлено [60...62], что с увеличением частоты вращения кулачков величины динамических нагрузок в кулачковом приводе из-за наличия натягов и зазоров сильно изменяются во времени, вызываявибрации нелинейного характера нередко в форме субгармонических резонансов. Чем меньше демпфирующая способность механизма, ниже податливость деталей кулачкового привода, сильнее вибрации и удары, тем болыпе опасность возникновения названных неблагоприятных колебаний. Долговечность и надежность кулачка зависит также от условий пуска и остановки станка. Так, в случае пуска станка при ф - 20... 60 и р = 20...45 прибой первой уточины осуществляется за счет энергии элетсгродвигателя. Давление па кулачок при этом оказывается очень большим. Так, для станка СТБ-216 [62, 92] давление на кулачок при ф - 20 в 2 раза, а при (р - 60 в 3 раза больше, чем при установившемся движении. Чтобы облегчить обслуживание станка и одновременно уменьшить давление на кулачок и перегрузки электродвигателя, а значит и опасность их быстрого выхода из строя, пуск станка после прибоя рекомендуется производить при (р = 80...90 для станков СТБ-216 и при ф = 65... 70 для станков СТБ-ЗЗО.
Динамические нагрузки на главный вал особенно возрастают при выбеге станка. В этом случае происходит соударение деталей с меняющимся контактом, для которого эти нагрузки являются наиболее опасными, т.к. вызывают его износ.
В работе Е.А. Москалева [25] дается оценка предельного износа и меры повышения долговечности кулачкового привода батанного механизма станков СТБ. Было показано, что в процессе эксплуатации в результате износа рабочих поверхностей кулачково-роликовых сопряжений привода батанного механизма образуется зазор, который превышает допустимое значение почти в 10 раз, достигая величины 0,5... 0,55 мм. При таком повышенном зазоре нарушается нормальная работа батанного механизма (повышаются динамические нагрузки, обрывность, образуются недосеки и т.д.).
Изучение процесса изнашивания кулачков и роликов показало, что важнейшими факторами, влияющими на износ, являются нагрузка, степень проскальзывания и вязкостные свойства смазочной среды. Известны способы снижения износа кулачковой пары путем уменьшения нагрузок за счет применения двойного ролика [26], а также уменьшения скольжения ролика по кулачку за счет установки в цапфе ролика подшипника качения [27].
Учитывая неравномерность износа кулачкового сопряжения во времени можно заключить, что период контактного взаимодействия составляет 50... 60 % от межремонтного периода (8 месяцев), т.е. 4...5 месяца, что обуславливает долговечность кулачкового привода, работающего в условиях картерной смазки маслом ВНИИ НП - 406. Причем, критическая величина зазора образующегося за этот период по рабочему профилю кулачков составляет 0,15... 0,25 мм.
С помощью рассматриваемых моделей износа было выявлено, что существенное влияние на интенсивность изнашивания кулачковой пары оказывают вязкостные свойства смазочной среды. Однако до сих пор мало изучен вопрос оценки предельного износа, обуславливающего долговечность кулачкового привода, а также влияния присадок и вязкостных свойств смазочной среды на износ данной нары.
Повышенный зазор между кулачком и роликом устраняют. Для этого батанный механизм разбирают, а кулачки и ролики восстанавливают, регулируют или заменяют.
Кулачки и ролики быстро изнашиваются также из-за утечки масла через неплотности, возникшие в результате неисправности сальника главного вала. Такой сальник заменяют новым.
Имеются работы, в которых приведены данные, позволяющие включить в модель механизма изнашивания особенности адгезионной модели и модели отслаивания [93... 102]. Эти данные получены с помощью современных методов анализа, дающих возможность изучать структуру и химический состав в локальных объемах, в частности таких, как растровая, трансмиссионная и сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия, оже-спектроскопия, флуоресцентный анализ с использованием энергодисперсиопных методов и метода волновых длил.
Разрушение поверхностей трения является главной причиной выхода из строя деталей подвижных типовых сопряжений. Механизм и кинетика процесса разрушения зависят от физико-механических свойств и параметров микроструктуры фрикционных поверхностей [83...85].
В работах [86, 87] приведены результаты экспериментальных исследований, отражающие закономерности пластической деформации поверхностных микрообъемов при трении. Разработаны структурные критерии износостойкости, основой которых являются как стандартные механические характеристики [88, 89], так и параметры микроструктуры [90, 91].
Сила трения качения, по крайней мере, в 10 раз меньше силы трения скольжения. Сопротивление качению объясняется совместным влиянием четырех факторов: проскальзыванием, пластической деформацией, упругим гистерезисом и адгезионным эффектом [1,51,74...81]. Я Проскальзывание
Проскальзывание представляет собой общераспространенное явление при трении качения. Когда контактирующие тела коснутся друг друга, в случае разных упругих постоянных контактирующих материалов имеет место неравенство тангенциальных напряжений в телах, за счет чего возникает проскальзывание. При смене контактирующей поверхности качения, возникают тангенциальные тянущие силы. За счет этого возникает большее проскальзывание. Когда геометрия приводит к неравенству тангенциальных скоростей двух контактирующих поверхностей, возникает еще большее проскальзывание.
Рейнольде считал [24], что область контакта содержит три участка: центр участка смещения, с которым граничат два участка с проскальзыванием (рис. 1.1). Величина проскальзывания зависит от соотношения упругих свойств материалов и радиусов кривизны контактирующих поверхностей.
Применение эффекта безызносности в кулачковых приводах
Поверхностные полярные молекулы в смазке играют двойственную роль на процесс изнашивания. С одной стороны они образуют адсорбционную пленку, чтобы избежать непосредственного контакта двух поверхностей трения, в результате чего уменьшается трение и износ. С другой стороны, когда на металлической поверхности существуют трещины, полярные молекулы будут стимулировать расширение трещин из-за эффекта клина.
При обычной нагрузке такая плёнка обладает хорошим смазочным свойством. Смазочный эффект пленки химической реакции хуже, чем у адсорбционной пленки. Температура представляет собой важный фактор влияния на граничное смазочное свойство. Различные адсорбционные пленки работают только при определенных пределах температуры. Если температура выше критической, то адсорбционные пленки теряют свои свойства.
Причина, по которой граничная пленка может лопнуть, весьма сложна. Она зависит от прочности собственно пленки, соединительной прочности граничной пленки с металлической поверхностью и влияния температуры, нагрузки и химического изменения. Рациональный выбор пары трения и смазок эффективно повышает прочность граничной пленки. Самый простой и удобный метод представляет собой добавление рациональных присадок. Для улучшения эксплуатационных качеств смазок применяют специальные добавки к ним, именуемые присадками. Присадки должны хорошо растворяться в смазке, не выпадать в виде осадка, не должны задерживаться на фильтрах смазочной системы и оседать на поверхностях. По целевому назначению присадки бывают: 1) вязкостные - для улучшения вязкостно-температурных характеристик смазок; 2) противоокислительные - для замедления окисления смазок кислородом воздуха, применение их уменьшает лакообразование и снижает корродирующие свойства смазок; 3) антифрикционные - для стабилизации сил трения или снижения их в условиях граничного трения; 4) противоизносные - для уменьшения интенсивности изнашивания поверхностей; 5) противозадирные - для предотвращения и смягчения процесса заедания поверхностей; 6) депрессорные - для снижения температуры застывания смазок; 7) антикоррозионные - для уменьшения коррозионного действия смазок на металлы; 8) моющие - для уменьшения углеродистых отложений па деталях; 9) противопенные - для предотвращения вспенивания смазок и для быстрого разрушения образующейся пены; 10) многофункциональные - для улучшения одновременно нескольких свойств смазок. Необходимо отметить, что между разными присадками иногда существует взаимная обусловленность. Когда несколько присадок применяются в смазке, необходимо обратить внимание на влияние их друг на Друга. Обычный вид граничного смазывания показан на рис. 1.14. Когда нагрузка падает на две поверхности трения, шероховатые локальные вершины вступают в непосредственный контакт из-за разрушения граничной пленки, возникающего вследствие большого контактного давления.
Из формулы 1.4. видно, что при хорошем граничном смазочном эффекте коэффициент трения зависит от прочности на сдвиг граничной пленки, поэтому в это время коэффициент трения намного ниже коэффициента сухого трения. Частыми причинами выхода из строя опор качения являются усталостное выкрашивание дорожек и тел качения, заклинивание и разрыв сепараторов, абразивное изнашивание. При эксплуатации опор качения указанные повреждения в ряде случаев могут быть устранены или уменьшены при использовании металлоплакиругощих смазочных материалов. На рис. 1.15 представлены схемы контакта ролика с кольцом подшипника при наличии сервовитной пленки (а) и без неё (б).
Долговечность опор качения с линейным контактом тел качения и колец обратно пропорциональна нагрузке на более нагруженное тело в степени 3,3. Снижение этой нагрузки на 10 % повышает долговечность подшипника на 36 %. Создание между телом качения и кольцом подшипника металлической пленки увеличивает площадь контакта и тем самым снижает максимальную нагрузку на тело качения. Сервовитная пленка толщиной
При низких скоростях скольжения или при использовании твердых смазочных материалов потери мощности в подшипниках качения снижаются. Потери на трение при работе подшипника возникают не только в результате деформации поверхностного слоя тел качения и колец, но и вследствие трения в сепараторе, верчения шариков; однако, потери при деформации играют главную роль. В качестве твердых смазочных материалов для подшипников качения применяют графит и молибденит, реже дисульфид вольфрама или нитрид бора. При использовании твердого смазочного материала в подшипниках качения трудно удержать его на поверхностях трения. Применяют разные способы нанесения порошкообразных материалов на поверхности деталей подшипника: втирание, вбивание и другие. Главный недостаток твердых пленочных покрытий - быстрое их изнашивание и, как следствие, небольшой срок службы подшипника. Для улучшения работы подшипника качения применяют сепараторы из самосмазывающихся материалов на основе порошковых материалов и полимеров. Такие подшипники более работоспособны.
При обычном трении, как без смазочного материала, так и при наличии граничной смазочной пленки детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01...1% номинальной площади сопряженных поверхностей. В результате участки фактического контакта испытывают высокие напряжения, что приводит к их взаимному внедрению, пластической деформации и, следовательно, к интенсификации изнашивания. Из приведенных на рис. 1.16 схем контакта стальной и бронзовой детали видно, что если при граничной смазке контакт сопряженных поверхностей происходит только в отдельных точках, то при эффекте безьтзносности (ЭБ) он осуществляется через пластически деформируемый мягкий и тонкий слой меди. В результате площадь фактического контакта возрастает в десятки раз, а материал деталей испытывает лишь упругие деформации.
Расчет давлений и контактных напряжений в кинематических парах батанного механизма
Одним из наиболее ответственных и динамически нагруженных механизмов бесчелночных ткацких станков СТБ является батанный. Он выполняет ряд технологических функций: осуществляет прибой уточных нитей и непосредственно формирование ткани; служит для направления движения малогабаритных прокладчиков утка, с помощью которых нить прокладывается в зеве.
В соответствии с ГОСТ 12167-82 станки СТБ предназначены для выработки шерстяных, шелковых, хлопчатобумажных и льняных тканей в одно, два и три полотна и имеют ширину заправки по берду: 180, 220, 250, 330 см.
Батанные механизмы станков СТБ всех типов имеют принципиально одинаковую конструкцию. Отличия из-за различной ширины заправки заключаются в основном в изменении размеров некоторых деталей и их применяемостью. По этой же причине различны и цикловые диаграммы станков. Станки с заправочной шириной 180 и 220 см, работающие по одной и той же цикловой диаграмме, относятся к узким станкам; станки с заправочной шириной 250 и 330 см, работающие по другой цикловой диаграмме, относятся к широким станкам.
Бердо 1, представляющее собой набор паяных пластин-зубьев, консольно крепится в продольном пазу бруса 2 батана. Количество применяемых берд соответствует числу одновременно вырабатываемых на станке полотен. В передней части бруса по всей его длине прикреплены зубья 3, которые образуют канал для прокладчиков утка. С помощью болтов брус соединен с лопастями 4, которые расположены на подбатанном валу 5. Число лопастей зависит от ширины станка.
Подбатанный вал 5 состоит из отдельных частей - левой и правой для роликов и промежуточной (гладкой). Валик для роликов изготовлен в виде одной детали с двухплечими рычагами (коромыслами) 6. На концах рычагов вокруг осей 7 вращаются ролики 8. Они взаимодействуют с дисковыми кулачками 9, сидящими на главном валу 10. Последний также состоит из нескольких частей - гладких цилиндрических и кулачковых валиков, составляющих с кулачками 9 одно целое. Отдельные части подбатанного и главного валов, вращающихся в подшипниках скольжения и качения, соединены между собой муфтами 11.
Кулачки 9 являются парными, то есть представляют собой кулачок и контркулачок с геометрически сопряженными профилями. Они помещены в закрытом корпусе - батанной коробке с масляной ванной. Вся эта система является приводом батана. На узких станках используются два кулачковых привода, а на широких - три. Батанные коробки крепятся на опорной балке -связи 12, соединяющей рамы станка.
Главный вал 10 и кулачки 9 получают вращение от привода станка. Через ролики 8 это движение преобразуется в возвратно - качательное движение двухплечих рычагов 6 подбатанного вала 5, а вместе с ним и лопастей 4, несущих брус 2 и бердо 1. Сопряженные профили кулачков 9 таковы, что при их повороте на некоторый угол батан во время пролета прокладчика утка через зев находится без движения в заднем положении, то есть имеет соответствующий выстой. На рис. 2.1. зубья 3 и бердо 1 в этом положении батана изображены отдельно. На узких станках в период выстоя батана главный вал поворачивается на угол 220, а на широких - 255. В остальное время батан перемещается из заднего положения в переднее, в котором он прибивает уточную нить, и обратно. В узких станках прямой ход батана совершается за время поворота главного вала на угол от 0 до 70, в широких - от 0 до 50. Обратный ход совершается за время поворота главного вала на угол от 70 до 140 - в узких станках и от 50 до 105 - в широких станках.
Во время прибоя уточной нити зубья 3 направляющей гребенки уходят из зева под опушку ткани; в первоначальное положение зубья возвращаются при движении батана назад. Когда зубья убираются из зева, через их щель уточная нить выходит и остается в зеве, после чего бердом прибивается к опушке ткани.
Способ прокладки утка с неподвижной паковки вызывает обязательный и весьма длительный выстой батана в заднем положении. Поэтому на станках используется привод батана кулачкового типа. Основным его преимуществом в сравнении с другими известными механизмами (например, рычажным) является способность сообщать движение батану по закону, определяемому профилями кулачков, с необходимым выстоем батана в заданном положении.
Из-за продолжительного выстоя сократилось время движения батана в процессе формирования нового элемента ткани и резко возросли его скорость и ускорение. Величина и характер изменения нагрузок зависят, прежде всего, от скорости станка, ширины заправки и закона движения батана.
Особенностью батанного механизма станков СТБ следует считать наличие в нем высших кинематических пар, образованных кулачками и роликами. Так как кулачковые механизмы имеют ограниченные возможности передачи относительно больших усилий ввиду значительных контактных напряжений, возникающих в высших парах, в батанном механизме станков СТБ используются дисковые кулачки с параллельной рассадкой на главном валу, число которых зависит от заправочной ширины станков. В узких станках имеются две батанные коробки, с размещенными в них кулачками, в широких станках - три. Применение кулачков с геометрическими сопряженными профилями требует высокой точности их изготовления и сборки. При наладке батанного механизма стремятся к уменьшению зазоров в высших парах, не допуская при этом и начальных натягов. Чтобы подбатанный вал вращался свободно, без заеданий, устанавливают зазор между кулачками и роликами до 0,05 мм.
В этой связи при исследовании механизма необходимо использовать аналитический метод расчета кулачков, позволяющий с заданной точностью определять координаты их профилей. В работе [58] приводятся алгоритмы и программы машинного расчета дисковых кулачков механизмов с коромысловым толкателем, которые используются в батанных, зевообразовательных и других механизмах. Учитывая увеличение скорости и ширины заправки современных бесчелночных ткацких станков, правильный выбор закона движения тканеформирующего рабочего органа - батана является важной и актуальной задачей. В настоящее время рядом исследовательских организаций заканчивается разработка нового батанного механизма для станков СТБ с модифицированным двойным гармоническим законом движения батана. Разработанный в данной работе на основе [109] пакет прикладных программ позволяет легко адаптировать его к произвольному (любому) закону движения рабочего органа.
Влияние приработки и других факторов на характеристики процесса трения
Из приведенных данных видно, что симплексы вращаются вокруг точки 13 (табл. 3.3), то есть состав смазочной композиции, соответствующий этой точке, близок к оптимальному. Поэтому для узлов трения ткацкого станка СТБ на основании проведенного исследования можно рекомендовать смазочную композицию следующего состава: Металлоплакирующая присадка (МКФ-18, "Урал") - 0,35.„0,45 %, Активизирующая присадка (глицерин) - 0,30...0,50 %, Полимерная присадка (полиэтиленовая эмульсия) - 0,40...0,60 %, Масло индустриальное (И-40А, И-50А) - остальное. Данная смазочная композиция позволяет реализовать в узлах трения эффект бсзызносности с низкими значениями скорости изнашивания и коэффициента трения, и обеспечивая допустимое давление до 200 Н/мм2, а также обеспечивает повышение долговечности в (212/120)3 3 = 6,5 раза. 1. Стабильность режима жидкостного трения зависит от шероховатости контактирующих поверхностей, нагрузки и частоты вращения. Для реализации непрерывного режима жидкостного трения с образцами, имеющими большую шероховатость поверхности, требуется более высокая скорость подачи смазочного материала. 2. При скорости движения V = 1...3 м/с, характерной для точки контакта в кулачковом приводе баташюго механизма, и температуре окружающий среды Т = 20...30 С отношение контактной нагрузки к полной нагрузке Wa/ W очень мало, так как почти все трение происходит только в слое жидкости. Повышение температуры до 5О...6ОС приводит к уменьшению толщины жидкого смазочного слоя и к увеличению отношения контактной нагрузки микровыпуклостей к полной нагрузке на поверхности Wa/ W до 0,5. 3. Проскальзывание неоднозначно влияет на коэффициент трения в жидкости f\. Значительное проскальзывание и высокое отношение деформации сдвига приводят к увеличению fir а повышение температуры, связанное с трением, способствует его уменьшению. Таким образом, повышенное проскальзывание может привести к замене режима жидкостного трения на частичное. 4. Исследование смазочных эффектов и характера трения показывает, что изменение рельефа контактных поверхностей приработкой и притиркой оказывает значительное влияние на образование жидкого смазочного слоя и снижение числа контактов микровыпуклостей. Приработка и притирка не только уменьшают шероховатость, но и меняют контактные механические характеристики поверхностей, что в конечном счете практически обеспечивает режим жидкостного трения в широком диапазоне скоростей и уменьшение сил трения в 2...4 раза. 5. Введение в базовые смазочные материалы нанопорошка никеля или графита способствует снижению коэффициента трения в 1,4...1,8 раза и меньшей его зависимости от нагрузки. Присадки WANJILING и M1LITEC при нагрузках свыше 150 Н способствуют уменьшению момента трения по сравнению с чистым синтетическим маслом в 1,1...1,4 раза. 6. Разработанный для узлов трения ткацкого станка СТБ смазочный состав, состоящий из индустриального масла, металлоплакирующей, активирующей и полимерной присадок, обеспечивает начало реализации эффекта безызносности значительно раньше других составов, что приводит к повышению полного технического ресурса узлов трения в 1,5..2 раза при выработке легких и в 2...3 раза при выработке тяжелых тканей, а также к повышению несущей способности поверхностей трения в 2,5...3,5 раза. 1. Разработаны методика исследования и пакет прикладных программ с использованием алгоритмического языка MS Visual Basic, позволяющие проводить многовариантный анализ работы батанного механизма станка СТБ с удобным интерфейсом варьирования переменных параметров и учетом технологического процесса формирования ткани с заданными параметрами. 2. Разработанный пакет прикладных программ позволяет определить координаты кулачка и контркулачка из условий сохранности и долговечности профиля, выполнить анализ кинематики на основе обобщённого закона движения батана, динамический расчет механизма и натяжения основы с учетом расчетной величины силы прибоя и колебаний скало для конкретного артикула ткани. 3. Доказано, что результаты динамического расчета натяжения основы с учетом переплетения ткани и приведенной длины упругой системы заправки станка хорошо согласуются с экспериментальными данными (отклонение 4. Использование разработанного программного обеспечения позволяет путем виртуального эксперимента определить возможность выработки на ткацком станке типа СТБ ткани с заданными параметрами. Это повышает гибкость производства в плане быстрой смены ассортимента и позволяет избежать возможные отказы в процессе экспериментальной выработки новых артикулов ткани. 5. Стабильность режима жидкостного трения зависит от шероховатости контактирующих поверхностей, нагрузки и частоты вращения. Для реализации непрерывного режима жидкостного трения с образцами, имеющими большую шероховатость поверхности, требуется более высокая скорость подачи смазочного материала. 6. При скорости движения V = 1...3 м/с, характерной для точки контакта в кулачковом приводе батанного механизма, и температуре окружающий среды Т = 20...30С отношение контактной нагрузки к полной нагрузке Wa/ W очень мало, так как почти все трение происходит только в слое жидкости. Повышение температуры до 5О...6ОС приводит к уменьшению толщины жидкого смазочного слоя и к увеличению отношения контактной нагрузки микровыпуклостей к полной нагрузке на поверхности Wa/ W до 0,5. 7. Проскальзывание неоднозначно влияет на коэффициент трения в жидкости fi. Большое проскальзывание и высокое отношение деформации сдвига приводят к увеличению fit а повышение температуры, связанное с трением, способствует уменьшению его. Таким образом, повышенное проскальзывание может привести к замене режима жидкостного трения на частичное. 8. Исследование смазочных эффектов и характера трения показывает, что изменение рельефа контактных поверхностей приработкой и притиркой оказывает значительное влияние на образование жидкого смазочного слоя и снижение числа контактов микровыпуклостей. Приработка и притирка не только уменьшают шероховатость, но и меняют контактные механические характеристики поверхностей, что, в конечном счете, практически обеспечивает режим жидкостного трения в широком диапазоне скоростей и уменьшение сил трения в 2...4 раза. 9. Введение в базовые смазочные материалы нанопорошка никеля или графита способствует снижению коэффициента трения в 1,4...1,8 раза и меньшей его зависимости от нагрузки. Присадки WANJILING и MILITEC при нагрузках свыше 150 Н способствуют уменьшению момента трения по сравнению с чистым синтетическим маслом в 1,1... 1,4 раза. 10. Разработанный для узлов трения ткацкого станка СТБ смазочный состав, состоящий из индустриального масла, металлоплакирующей, активирующей и полимерной присадок, обеспечивает начало реализации эффекта безызнос ности значительно раньше других составов, что приводит к повышению пол ного технического ресурса узлов трения в 1,5...2 раза при выработке легких и в 2...3 раза при выработке тяжелых тканей.
