Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор патентной и научной литературы 7
1.1 Производительность ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка: анализ существующих показателей и пути их повышения 7
1.2 Боевой механизм ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка: конструкция и исследования 10
1.3 Батанный механизм ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка: конструкция и исследования 15
1.4 Механизм торможения прокладчиков утка ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка: конструкция и исследования 18
1.5 Цикловые диаграммы ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 25
Глава 2 Анализ и обоснование путей повышения теоретической производительности ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 28
2.1 Анализ теоретической производительности ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 28
2.2 Обоснование путей повышения теоретической производительности ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 40
2.3 Анализ влияния фазового угла полета прокладчика на величину теоретической производительности ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 44
2.4 Сравнительный анализ цикловых диаграмм ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 51
2.4.1 Механизмы отпуска и натяжения основы и навивания ткани 52
2.4.2 Зевообразовательный механизм 54
2.4.3 Механизмы прокладывания уточной нити 57
2.4.4 Механизмы торможения и позиционирования прокладчиков утка 65
2.4.5 Механизмы освобождения прокладчика утка от уточины и возврата прокладчика к левой боевой коробке 67
2.4.6 Механизм прибоя уточной нити 70
2.4.7 Кромкообразующий механизм 71
2.4.8 Маркировка функциональных групп механизмов 73
2.4.9 Рекомендации по усовершенствованию цикловых диаграмм ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 77
2.5 Исследование законов движения ведомых звеньев кулачковых приводов ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 79
Глава 3 Энергетический анализ механизмов, участвующих в прокладывании уточной нити на ткацких машинах с малогабаритным прокладчиком утка 96
3.1 Исследование мощности, затрачиваемой боевым механизмом на проброс одного прокладчика с уточной нитью в зеве 96
3.2 Оценка энергетических затрат на механизмы, участвующие в прокладывании уточной нити 108
Глава 4 Исследование работы и усовершенствование механизма торможения прокладчика утка 124
4.1 Определение допустимой скорости влета прокладчика утка в правую приемную коробку 124
4.2 Расчет параметров наладки торсионного боевого механизма и механизма торможения прокладчика утка ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка 133
4.3 Рекомендации по усовершенствованию механизма торможения прокладчика утка 139
4.4 Расчет и проектирование устройства дополнительного торможения прокладчика утка 140
4.4.1 Основы теории струйного течения 140
4.4.2 Требования к устройству дополнительного торможения прокладчика утка 144
4.4.3 Особенности конструкции механизма дополнительного торможения прокладчика утка 172
Заключение 183
Список использованных источников
- Боевой механизм ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка: конструкция и исследования
- Анализ влияния фазового угла полета прокладчика на величину теоретической производительности ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка
- Оценка энергетических затрат на механизмы, участвующие в прокладывании уточной нити
- Рекомендации по усовершенствованию механизма торможения прокладчика утка
Введение к работе
В настоящее время мировая тенденция в развитии ткацкого оборудования связана с высокоскоростными ткацкими машинами (ТМ), осуществляющими прокладывание уточных нитей с помощью гибких рапир или воздуха. Несмотря на эту тенденцию, ТМ, на которых прокладывание уточных нитей осуществляется малогабаритным прокладчиком утка (МП), т. е. ТМ типа СТБ и СТБУ, являются наиболее универсальными по сравнению с машинами, использующими другие способы прокладывания утка. В настоящее время отечественное машиностроение выпускает только ТМ типа СТБУ всех заправочных ширин, осуществляющие прокладку утка посредством МП. Текстильные фабрики, как в России, так и в странах ближнего зарубежья оснащены, в основном, ТМ с МП. Кроме этого, имеется ряд тканей, которые могут быть выработаны только на ТМ, использующих этот способ прокладки уточных нитей.
Анализ работы ТМ с МП показал, что имеются возможности повышения их производительности и расширения ассортимента вырабатываемых тканей. В связи с этим, перед отечественным текстильным машиностроением стоят задачи по дальнейшему совершенствованию этого типа оборудования.
Совершенствование необходимо проводить по двум направлениям: модернизация существующего парка ТМ с МП и создание нового третьего поколения ТМ с МП. Новое поколение таких ТМ должно иметь более высокую производительность по сравнению с производительностью существующих ТМ типа СТБ и СТБУ: их производительность должна увеличиваться плавно по мере увеличения заправочной ширины ТМ. Кроме того, они должны иметь большую надежность и долговечность, как наиболее ответственных механизмов, так и всей машины в целом.
Для решения поставленных выше задач требуется более глубокое изучение работы ТМ типа СТБ и СТБУ и постоянное совершенствование методов расчета их основных механизмов и узлов.
При изучении работы ТМ и проектировании как машины в целом, так и отдельных ее механизмов, следует использовать системный подход и модульный принцип. Системный подход предполагает рассмотрение ТМ как совокупности связанных между собой и в то же время различных модулей. Системный подход становится определяющим методологическим основанием технического мышления. Единство технической системы, подчинение всех механизмов системе, системность в проектировании системы - таковы исходные установки системного подхода.
Научная и практическая значимость перечисленных проблем и их недостаточная разработанность определили выбор темы диссертационной работы, ее направленность и структуру.
Актуальность работы. Ткацкие машины с малогабаритным прокладчиком утка (ТМ с МП) являются универсальными и в настоящее время единственными ТМ, которые выпускаются отечественными предприятиями текстильного машиностроения. Поэтому повышение производительности данного вида обо-
рудования необходимо, как для предприятий текстильной промышленности, так и для заводов текстильного машиностроения.
Производительность ТМ (Птшч) является ее важнейшей технико-экономической характеристикой, а ее повышение - одной из основных задач при усовершенствовании существующего и проектировании нового ткацкого оборудования.
Необходимо наметить и обосновать пути повышения теоретической производительности ТМ с МП и найти способы их реализации. Основными механизмами, определяющими значение Птшч, являются механизмы, участвующие в
прокладывании уточной нити. Поэтому работа, посвященная исследованию и усовершенствованию механизмов, участвующих в прокладывании уточной нити на ТМ с МП с целью повышения их производительности, является актуальной.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является повышение теоретической производительности ТМ с МП.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: сравнительный анализ значений теоретической производительности ТМ типа СТБ и СТБУ различных заправочных ширин; обоснованы пути повышения теоретической производительности ТМ с МП; оценено влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров ТМ с МП на величину их теоретической производительности; сравнительный анализ существующих цикловых диаграмм (ЦЦ) для «узких» {Lm =1,8...2,2м), «широких» {Lm =2,5...4,5м) ТМ типа СТБ и ТМ типа СТБУ всех заправочных ширин, разработаны рекомендации по их усовершенствованию; исследованы законы движения ведомых звеньев кулачковых механизмов, разработаны рекомендации по их применению с учетом так называемой «зоны нечувствительности»; энергетический анализ механизмов, участвующих в прокладывании уточной нити; оценена допустимая скорость влета прокладчика утка в приемную коробку; разработаны рекомендации по наладке торсионного боевого механизма совместно с механизмом торможения прокладчика утка ТМ с МП.
Объект и методики исследования. За объект теоретического исследования была принята группа механизмов, участвующих в прокладывании уточной нити на ТМ с МП. При этом использовались: метод математического моделирования, статистические методы обработки данных, аппроксимация дискретных значений полиномами различных видов, основные законы физики и газодинамики. Достоверность полученных результатов обусловлена логической непротиворечивостью и аргументированностью доказательств, обоснованным использованием законов физики и математики при моделировании исследуемых процессов, удовлетворительным соответствием полученных расчетных результатов с данными экспериментов других авторов.
Научная новизна работы. В работе впервые: установлена зависимость теоретической производительности ТМ с МП от их конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров; предложен алгоритм для определения максимально возможной теоретической производительности ТМ с МП;
разработана методика анализа цикловой диаграммы (ЦД) ТМ с МП на основе семи функциональных групп; выявлена «зона нечувствительности» при развитии функции перемещения ведомого звена кулачкового батанного механизма; в вероятностном аспекте проведен энергетический расчет механизмов, участвующих в прокладывании уточной нити; определена допустимая скорость влета прокладчика утка в приемную коробку; разработан способ и методика расчета и проектирования устройства дополнительного торможения прокладчика, основанного на реактивном взаимодействии прокладчика и сверхзвуковой воздушной струи, направленной навстречу его движению.
Практическая значимость. В работе обоснована возможность повышения теоретической производительности ТМ с МП и способы их практической реализации. Выявлена возможность смещения ЦД отдельных механизмов и разработаны рекомендации по их усовершенствованию. Разработаны подпрограмма САПР и номограмма для установки наладочных параметров торсионного боевого механизма и механизма торможения прокладчика утка с учетом допустимой скорости влета прокладчика утка в приемную коробку. Разработано устройство дополнительного торможения прокладчика утка, позволяющее увеличить эффективность процесса его торможения и повысить допустимую скорость влета прокладчика в приемную коробку.
Апробация работы.
Основные положения работы доложены и получили положительную оценку:
на семинарах кафедры «Проектирование текстильных машин» Московского государственного текстильного университета имени А. Н. Косыгина;
на Всероссийских научно-технических конференциях: «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» («Текстиль-2005»), «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» («Техтекстиль-2005»);
в Ивановской государственной текстильной академии.
Реализация результатов диссертационных исследований осуществлена в учебном процессе и в планах НИР Московского государственного текстильного университета имени А. Н. Косыгина, в предложениях по формированию программ НИР и ОКР для текстильных машиностроительных предприятий, при наладке, эксплуатации и модернизации существующих ТМ типа СТБ и СТБУ и разработке ТМ с МП третьего поколения. Подана заявка на полезную модель.
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и библиографии из 98 наименований, изложенных на 198 страницах, и включает 69 рисунков, 52 таблицы.
Боевой механизм ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка: конструкция и исследования
Назначение боевых механизмов состоит в сообщении челноку или прокладчику утка скорости, необходимой для пролета их через зев на всю заправочную ширину ТМ.
В работе [16] рассмотрены вопросы динамики боевого механизма челночного ткацкого станка AT-100-3. Автором определены периоды собственных колебаний звеньев упругой системы боевого механизма, а также исследовано влияние веса челнока, силы трения челнока в коробке и податливости звеньев боевого механизма на величину деформации погонялки при разгоне челнока. Полученные результаты подтверждены экспериментально, и сделан вывод о возможности определения кинематических параметров движения челнока при разгоне по результатам тензометрических записей напряжения звеньев боевого механизма.
В работе [17] для челночного ткацкого станка выявлено, что существующая система амортизации кинетической энергии звеньев боевого механизма ткацкого станка, сводящаяся к ударному воздействию о неподвижную преграду, несовершенна. Предложено заменить существующую систему амортизации системой упругого или неупругого удара о подвижную массу, начальная скорость которой равна нулю, а величина может быть вычислена по формулам, приведенным в работе. По мнению авторов, данное усовершенствование уменьшит шум и улучшит работу ткацкого станка.
В статье [18] проведено исследование работы боевого механизма челночного ткацкого станка и экспериментальными методами выявлена зависимость условий работы боевого механизма от кинематических параметров батанного механизма при повышенных скоростях ткацкого станка. Предложена схема де-заксиального батанного механизма, которая дает возможность значительно увеличить скорость челночного ткацкого станка без увеличения напряжений в звеньях боевого механизма.
На ТМ типа СТБ введение уточной нити в зев, в отличие от челночных станков, осуществляется малогабаритным прокладчиком утка, причем только с одной стороны ТМ. Боевой механизм ТМ типа СТБ сообщает прокладчику утка начальную скорость, требуемую для пролета его через зев на всю заправочную ширину ТМ, причем начальная скорость прокладчика определяется потенциальной энергией закрученного торсионного вала боевого механизма.
Проведенные исследования [19] показали, что повышение начальной скорости прокладчика утка возможно за счет увеличения диаметра торсионного вала: увеличение диаметра торсиона на два миллиметра повышает потенциальную энергию торсиона на 56%, и, следовательно, значительно увеличивает начальную скорость прокладчика утка.
В диссертационной работе [20], посвященной вопросам кинематики и динамики механизмов прокладывания уточной нити, проведено исследование работы торсионного боевого механизма ТМ типа СТБ и выявлена аналитическая зависимость начальной скорости полета прокладчика утка от угла закручивания торсионного вала. Экспериментально установлена зависимость начальной и конечной скорости прокладчика утка от линейной плотности перерабатываемой пряжи. В работе также получена приближенная формула для оценки угла отрыва прокладчика от погонялки, что дает возможность приближенно характеризовать работу масляного катаракта.
Автором работы [21] рассмотрено влияние технологии изготовления торсиона на его эксплуатационные свойства, в частности, отмечено, что предел выносливости торсионного вала, подвергнутого обкатке роликами, значительно выше, чем у торсионных валов, подвергнутых обдувке дробью. В работе проведен расчет вероятности безотказной работы торсионного вала с диаметром рабочей части 15 мм при угле закручивания торсиона 32 с учетом концентрации напряжений, размеров поперечного сечения, качества обработки поверхности и технологических методов поверхностного упрочнения торсионного вала. Результаты расчета показали, что вероятность безотказной работы торсиона, выполненного строго по чертежу и без технологических дефектов, практически равна единице.
Авторами статьи [22] проведен расчет торсионного вала боевого механизма ТМ с малогабаритным прокладчиком утка (микропрокладчиком) швейцарской фирмы «Зульцер». Анализ результатов расчета показал, что диаметр и свободная длина торсионного вала боевого механизма могут быть определены из условий выносливости и заданной начальной скорости прокладчика утка. Выявлены оптимальные технологические и конструктивные параметры торсионного вала боевого механизма ТМ, обеспечивающие заданную начальную скорость полета прокладчика утка.
В работе [23] определены величины расчетных длин скручиваемой части торсионов различных диаметров с учетом их формы и конструктивных размеров, что может быть использовано для более точного определения начальной скорости полета прокладчика утка, а также энергетического анализа торсионного боевого механизма. Автором выведены формулы для расчета внутренней энергии торсионного вала и момента сил инерции торсиона относительно оси кручения, проходящей через его центр тяжести. Однако, в работе не выявлена связь между геометрическими параметрами торсиона и его эксплуатационной надежностью.
Работа [24] посвящена определению проектной начальной скорости полета прокладчика утка аналитическими методами на основании уравнения движения прокладчика утка в зеве. Составлена одномассовая динамическая модель боевого механизма, и получена приближенная формула для определения времени разгона прокладчика утка в уточной боевой коробке. В работе также получено уравнение, связывающее текущее положение прокладчика в зеве, время движения его в зеве и его начальную и конечную скорости. Предложенная методика определения кинематических параметров движения прокладчика утка в зеве позволяет проанализировать согласованность работы механизмов прокладывания уточной нити ТМ типа СТБ.
Применение на ТМ типа СТБ толстых торсионных валов, обеспечивающих прокладчику проектную начальную скорость, приводит к напряженной работе боевого механизма. В статье [25] проведено исследование влияния конструктивных параметров полого вала ТМ типа СТБ при переменности его поперечных сечений на напряженное состояние боевого механизма. Эта задача была решена аналитическими методами на основе последовательного интегрирования дифференциальных уравнений упругой линии балки переменного сечения. Полученная методика расчета напряженного состояния полого вала позволяет оптимизировать его конструкцию и конструкцию подшипников скольжения боевого механизма.
Авторы статьи [26] предлагают методику обоснования выбора основного технологического критерия оптимального проектирования торсионного боевого механизма, в основе которой лежит центральная предельная теорема теории вероятностей. В качестве основного технологического критерия приняты математическое ожидание и дисперсия начальной скорости прокладчика утка. Аналитически определены параметры распределения случайной величины начальной скорости прокладчика утка.
В статье [27] проведен расчет кинематических параметров торсионного боевого механизма из условия обеспечения наивыгоднейших углов давления серьги, соединяющей гонок с верхним концом погонялки, на гонок и серьги, соединяющей плунжер с нижним плечом трехплечего рычага, на плунжер гидравлического демпфера. Исследователями составлена математическая модель торсионного боевого механизма, а также выбран критерий оптимальности по углу давления и записан алгоритм расчета целевой функции. В результате расчета получены оптимальные значения длин погонялки и нижнего плеча трехплечего рычага, обеспечивающие наивыгоднейшие значения углов давления на гонок и плунжер гидравлического демпфера.
Анализ влияния фазового угла полета прокладчика на величину теоретической производительности ткацких машин с малогабаритным прокладчиком утка
Как отмечалось выше, с целью обеспечения конкурентоспособности ТМ типа СТБ и СТБУ необходимо с ростом их заправочной ширины Ьтм повышать СР среднюю скорость полета прокладчика утка в зеве основы ияя, что, в свою очередь, требует увеличения начальной скорости полета прокладчика утка vm.
В то же время повышение начальной скорости полета прокладчика vnn приведет к увеличению скорости влета прокладчика утка в правую приемную коробку [ППК], что потребует проектирования, изготовления и испытания новой конструкции механизма торможения прокладчика утка или усовершенствования существующей с целью повышения надежности работы механизма торможения прокладчика.
В настоящее время ТМ типа СТБ и СТБУ оснащены механизмом торможения прокладчиков, конструктивные и технологические параметры которого одинаковы для ТМ с МП всех заправочных ширин. Наладка механизма достаточно сложна и проводится в соответствии с ожидаемой скоростью влета прокладчика в ППК.
Рассмотрим алгоритм нахождения максимально возможной теоретической производительности ТМ типа СТБ и СТБУ различных заправочных ширин с учетом оптимальных условий работы механизма торможения прокладчиков утка. Под оптимальными условиями работы данного механизма будем понимать постоянство скорости влета прокладчика в ППК v n на ТМ всех типоразмеров. Такое постоянство облегчит наладку механизма торможения прокладчика утка на ТМ различных заправочных ширин и обеспечит его настройку на оптимально возможную, с точки зрения надежности его работы, скорость влета прокладчика в ППК.
Опыт эксплуатации ТМ типа СТБ и СТБУ выявил, что скорость влета прокладчика в приемную коробку оя/7 должна составлять 17 м/с [19]. (В данном расчете используется среднее значение ия/7. Действительный диапазон изменения величины ияя составляет (15- 20) м/с.)
В качестве других исходных данных будем использовать основные эксплуатационные, конструктивные и технологические характеристики ТМ. Под технологической характеристикой ТМ будем понимать линейную плотность перерабатываемой уточной нити Т, под конструктивными характеристиками ТМ - заправочную ширину ТМ LTM, диаметр торсионного вала dTB и начальный угол закручивания торсиона (ртв, а под эксплуатационной характеристикой -время нахождения ТМ в эксплуатации t3Kcn.
1. Определяем необходимый диапазон изменения начальной скорости прокладчика утка vnn для ТМ, имеющих различные значения Lm: vnnMin = Vnn + VMIN V эксп) LJM иппшх DK + VMAX V эксп ) тм (2.-3.1) где АиМА,{г,?ЭШ7} и oMAX{T,t3KCn} - соответственно минимальное и максимальное значения падения скорости полета прокладчика, которое является функцией линейной плотности уточной нити Т и времени нахождения ТМ в эксплуатации t3KC1J.
В качестве минимального значения AvMIN{T,t3KCn} взята величина падения скорости полета прокладчика без нити на ТМ, находящейся в эксплуатации 1-3 эксп года: AuMW =0,286 с" [80]. В качестве максимального значения A.uUAX{r,t взята величина падения скорости полета прокладчика с нитью 200 Текс на ТМ, находящейся в эксплуатации более 5 лет: AvMAX = 3,19 с"1 [80]. На рис. 2.3.1 в виде заштрихованной области показан диапазон изменения начальной скорости прокладчика о"п на ТМ различных заправочных ширин
2. Находим диапазон изменения начальной скорости прокладчика утка о"п исходя из основных конструктивных параметров торсионного боевого механизма по формуле [5, 41]: где 1П - длина погонялки торсионного боевого механизма, 1П = 0,185 [м]; G = 78,5 -10 [Н/м2] - модуль упругости 2-ого рода материала торсиона; сртв - начальный угол закручивания торсионного вала, рад; Фост - Угол отрыва нитепрокладчика от погонялки; (рост -0,24435 [рад] = 14; / - длина скручиваемой части торсионного вала; / = 0,735 [м]; J UP - приведенный к оси торсионного вала момент инерции масс подвижных звеньев боевого механизма; ./ =6,8-10 [кг-м". Результаты расчетов представлены графически (рис. 2.3.1), где по оси абсцисс расположены значения начального угла закручивания торсиона сртв (в градусах), а по оси ординат - величины начальной скорости прокладчика v"n (в м/с). Кривые 1, 2, 3, 4, 5 построены при различных значениях dTB, т.е. при dTB=z\5 , 15,5; 16; 16,5; 17 мм соответственно.
Ткацкие машины с МП относятся к классу цикловых машин-автоматов. Это означает, что за период цикла работы машины осуществляется определенная совокупность работ и процессов, в результате которой машина приходит в точно такое же состояние, в котором она находилась в начале цикла [50].
Кроме того, ТМ типа СТБ и СТБУ представляют собой сложные системы, состоящие из большого количества механизмов, объединенных выполнением единого технологического процесса, соединенных кинематически между собой и предназначенных для выполнения строго определенных движений, требуемых процессом формирования ткани. Очевидно, что нормальная работа сложной системы возможна только в том случае, когда действия всех входящих в нее механизмов согласованы между собой во времени. Поэтому важную роль при эксплуатации ТМ типа СТБ и СТБУ играет наладка отдельных узлов и механизмов машины согласно ее цикловой диаграмме.
Под цикловой диаграммой (ЦД) ТМ понимается графическое изображение или табулированное представление последовательности движения исполнительных звеньев механизмов или согласованности перемещений исполнительных органов за цикл работы машины.
В основу разработки ЦД положено взаимодействие всех механизмов по отношению к одному механизму, работа которого не зависит от остальных. В ТМ типа СТБ и СТБУ таким механизмом является ГВМ, один оборот которого соответствует периоду образования одного элемента ткани. Поэтому в ЦД ТМ типа СТБ и СТБУ начало и конец действия отдельных механизмов выражается углом поворота ГВМ. За начало отсчета (0) принят момент начала движения батана из положения выстоя в положение прибоя уточной нити.
Создание ТМ различных заправочных ширин для переработки различных видов сырья, а также последующая унификация кулачков приводных устройств некоторых механизмов ТМ привели к разработке трех видов ЦД. К первой группе относятся ТМ с углом боя 140; это так называемые «узкие» ТМ типа СТБ с заправочной шириной Lm = 180..,220см. Вторая группа представлена ТМ с углом боя 105; это так называемые «широкие» ТМ типа СТБ с заправочной шириной Lm = 250.„420см. ТМ третьей группы имеют угол боя 120; к этой группе принадлежат ТМ типа СТБУ всех заправочных ширин.
Практика показала, что механизмы, осуществляющие прокладывание уточной нити (МПУ), а также кромкообразующий (КРМ) и зевообразователь-ный механизмы (ЗОМ) требуют особенно четкого взаимодействия и, следовательно, их работа должна быть увязана по ЦД как между собой, так и с работой других механизмов ТМ.
Оценка энергетических затрат на механизмы, участвующие в прокладывании уточной нити
Ткацкие машины с МП составляют основную часть парка ткацких машин благодаря своим ассортиментным возможностям. Система прокладывания утка в зеве на этих машинах значительно превосходит другие системы, но с точки зрения использования энергии преимуществ не имеет.
Проведем энергетический анализ торсионного боевого механизма и механизма торможения прокладчиков утка ТМ с МП. Расчет энергии, используемой этими механизмами, рассмотрим в вероятностном аспекте, т. к. отдельные величины, входящие в расчетные формулы, не являются детерминированными.
Внутренняя энергия торсионного боевого механизма, в основном, определяется потенциальной энергией закрученного торсионного вала Етв, которая вычисляется по следующей формуле [81]: _n-G-dATB-(p2TB тв 64/ Дж ( ) где G - модуль упругости 2-ого рода материала торсионного вала, 78,5ТО Н/м ; dTB - диаметр торсионного вала, м; (ртв - начальный угол закручивания торсионного вала, рад; / - длина скручиваемой части торсионного вала, 0,735 м.
Точность закручивания торсиона зависит от точности наладки торсионного боевого механизма и точности изготовления его деталей. Как показала практика [82], величина разброса начального угла закручивания торсиона (ртв составляет ± 0,63216. Считается, что в указанных пределах действительное значение рга распределено по нормальному закону. В этом случае оценка математи л ческого ожидания Мь.в случайной величины срп равна ее номинальному значению, т.е. она находится в середине размаха величины сртв, а оценка среднего квадратичного отклонения [СКО] S9n случайной величины (ртв согласно правилу «трех сигм» равна: 5 =-0,63216 0,210720. (3.2.2)
Так как потенциальная энергия закрученного торсионного вала Етв является функцией (ртв, то и она, в свою очередь, также распределена по нормальному закону. Для определения параметров распределения величины Етв воспользуемся известным методом [83]. 9: ТВ
Раскладываем функцию Етв = Етв((ртв) в ряд Тейлора вокруг точки Mipn. Взяв математическое ожидание первых трех членов этого ряда и подставив в полученное выражение вместо математического ожидания и дисперсии их оценки, получим приближенное значение оценки математического ожидания функции Етв(сртв): ТВ PH МЕтв =ETB(MV„) + d2ETB{M9H) 3 Р, S9H n-G-d. 64/ (MVH)2+S( . (3.2.3)
Взяв дисперсию первых двух членов ряда и подставив в полученное выражение оценки математического ожидания и дисперсии величины сргв, получим приближенное значение оценки дисперсии функции Етв {(ртв): Определим величину энергии ЕПР, передаваемой нитепрокладчику торсионным боевым механизмом, по формуле: /г - т тя Ї2 - т n-G-d4TB-l2n-((p2B (p20Cr) 32/ -Л ПР (3.2.5) где т - масса прокладчика, 0,040 кг; v"n - начальная скорость полета прокладчика утка в зеве, м/с; 1П - длина погонялки торсионного боевого механизма, 0,185 м; Фост- Угол отрыва прокладчика от погонялки, 0,24435 рад; Jnp - приведенный к оси торсионного вала момент инерции масс подвижных звеньев боевого механизма, 6,8-10" кг-м . Проведенные исследования [82] показали, что величина разброса угла отрыва прокладчика утка от погонялки (рост составляет ± 0,94737. Как и в случае с (ртв, действительное значение (рост распределено по нормальному закону. л
Оценка математического ожидания М9ост случайной величины (рост равна ее номинальному значению, т.е. она находится в середине размаха величины (рост, а оценка среднего квадратичного отклонения [СКО] S(POCT случайной величины (рост согласно правилу «трех сигм» равна: (3.2.6) Sm =1-0,94737 = 0,31579 Рост о
Таким образом, передаваемая прокладчику торсионным боевым механизмом энергия Епр, является функцией двух нормально распределенных случайных величин (ртв и (Рост - ЕПР=Епр((ртв,(р0СТ). Оценки математического ожидания и дисперсии функции ЕПР((ртв,(р0СТ) определяются по следующим формулам:
Энергия ЕПР, передаваемая прокладчику утка, составляет лишь часть энергии Етв закрученного торсионного вала. Соотношение Епр/Етвке зависит от диаметра торсиона и при увеличении угла закручивания торсиона сртв с 24 до 32 изменяется от 0,126 до 0,159 (рис. 3.2.3). Таким образом, прокладчику утка передается лишь 12,6...15,9 % энергии закрученного торсиона в зависимости от угла
Падение скорости прокладчика Ди зависит от многих факторов: вида перерабатываемого волокна (хлопок, лен, шерсть, шелк, искусственные волокна и др.), линейной плотности перерабатываемого утка, силы сопротивления воздуха, температурно-влажностного режима, силы трения нитепрокладчика о направляющие, натяжения нити, обусловленного наладкой уточного тормоза и уточного компенсатора, степени изношенности оборудования и т.д.
Согласно исследованиям, проведенным во ВНИИЛТЕКМАШ [80], основными факторами, влияющими на падение скорости нитепрокладчика До, являются линейная плотность перерабатываемого утка Т и время нахождения ТМ в эксплуатации t1Kcn.
Величина Диявляется случайной, распределенной по нормальному закону, поэтому величина скорости влета прокладчика утка в приемную коробку и ,),, также носит случайный характер и распределена по нормальному закону с параметрами:
Рекомендации по усовершенствованию механизма торможения прокладчика утка
Для существующего механизма торможения прокладчика утка ТМ с МП в пункте 4.1 была определена допустимая скорость влета прокладчика утка в ГШК: она составляет 31 м/с. Однако, в связи с цикличностью работы механизма торможения прокладчика утка условия его работы ухудшаются вследствие сильного износа тормозных пластин механизма. Принимая во внимание этот факт, а также учитывая опыт эксплуатации ТМ типа СТБ и СТБУ, допустимой скоростью влета прокладчика утка в ППК следует считать величину, равную 23 - 26 м/с.
Вследствие наметившейся тенденции роста начальной скорости прокладчика утка появляется необходимость в модернизации существующей конструкции механизма торможения прокладчика путем повышения его надежности и долговечности, а также увеличения эффективности процесса торможения прокладчика в приемной коробке ТМ типа СТБ.
В работах [56 - 60, 63 - 65] предлагаются различные пути усовершенствования механизма торможения прокладчика утка. Они основаны на изменении конструкции и материала тормозных пластин, а также применении электронных устройств и устройств электромагнитного торможения прокладчика.
Несколько иной подход к усовершенствованию механизма торможения прокладчика утка предложен в настоящей работе. Он основан на использовании сверхзвуковой воздушной струи, как дополнительного источника торможения прокладчика, охлаждения фрикционной пары «тормозные пластины - прокладчик утка», а также улучшения условий движения прокладчика в направляющей гребенке батанного механизма.
Следует отметить, что в настоящее время, несмотря на достаточно высокую стоимость сжатого воздуха, он находит широкое применение в текстильном машиностроении, что подтверждается материалами Выставки текстильного оборудования ИНЛЕГМАШ-2006, проходившей в Москве. Главная цель при проектировании пневматического оборудования - это экономичный расход воздуха механизмами ТМ, что можно обеспечить при строго дозированном его использовании. Таким образом, применение воздушной струи при торможении прокладчика вполне целесообразно.
Для создания сверхзвуковой воздушной струи можно использовать специально спрофилированное сверхзвуковое сопло Лаваля, из которого струя выдувается навстречу движению прокладчика утка. В этом случае дополнительное торможение будет создаваться за счет силы лобового сопротивления, возникающей при взаимодействии сверхзвуковой струи и прокладчика утка.
Рассмотрим структуру воздушной струи, истекающей из сверхзвукового сопла Лаваля.
В сверхзвуковом сопле за счет придания ему соответствующей формы газовый поток преобразуется таким образом, что скорость его истечения va становится больше скорости звука в потоке аа [89]: 4, fl. (4А1.1)
Отношение скорости потока к скорости звука в потоке принято называть числом Маха и обозначать буквой М: М = -т (4.4.1.2) а Если М 1, то течение газа называется дозвуковым; при М \ сверхзвуковым. Когда скорость потока равна скорости звука, т.е. М = 1, течение называется критическим.
Сверхзвуковое сопло, предназначенное для получения сверхзвукового потока, состоит из сужающейся (дозвуковой) и расширяющейся (сверхзвуковой) частей. Самое узкое сечение сверхзвукового сопла называется критическим; в нем скорость потока равна скорости звука. к удельной теплоемкости при постоянном объеме (cv), или показатель адиабаты. Для воздуха величина к составляет 1,4.
Течения, связанные с вытеканием газа из сопла, трубы или канала в покоящийся или движущийся с некоторой скоростью газ называются струйными.
При описании течения в струе выделяют три участка: начальный, переходный и основной (рис. 4.4.1.1).
В начальном участке струи имеется явно выраженная область, так называемое ядро течения, параметры воздуха в которой равны его параметрам на срезе сопла.
На некотором расстоянии от конца начального участка струйное течение приобретает такой же вид, как течение газа из источника бесконечно малой толщины (в осесимметричном случае источником служит точка, а в плоскопараллельном - прямая линия). Соответствующий участок струи называется основным.
Между начальным и основным участками струи располагается переходный участок. При использовании упрощенного подхода полагают длину переходного участка равной нулю. Тогда сечение, в котором сопрягаются основной и начальный участки, называют переходным сечением струи.
Для качественного описания особенностей течения в сверхзвуковых струях применяется характеристика, называемая степенью нерасчетности струи п.
Она приближенно определяется как отношение давления на срезе сопла ра к давлению в окружающей среде рн: Ра п —. (4.4.1.4) Рп
При сверхзвуковом истечении газа при использовании специально спрофилированного сопла давление на его срезе может совпадать с давлением в окружающем пространстве (ра =р„,т.е. п \). Такой случай истечения называется расчетным. Однако в большинстве случаев давление на срезе сопла и давление в окружающем пространстве не совпадают. Если давление в струе больше, чем давление в окружающем пространстве (Ра Рн, т. е. п \), то струя называется недорасширенной (рис. 4.4.1.2), если меньше (ра рн, т. е. п \) - перерасширенной (рис. 4.4.1.3). Оба эти режима истечения называются нерасчетными.
