Введение к работе
Актуальность работы. Наша страна вошла в новые жесткие рыночны отношения, которые диктуют внедрение в производство новых технологий систем Это касается и текстильной промышленности, где также невозможн обойтись без углубленных теоретических разработок эффективных моделей описывающих динамику механизмов ткацкого станка
При конструировании механизмов, контактирующих с системой заправк станка, необходимо знать силы, действующие на них со стороны этой системы Знание этих сил позволит решить следующие важные задачи
-
Правильно спроектировать механизмы, взаимодействующие с системо заправки
-
Вычислить силы, действующие со стороны этих механизмов на главный в. станка, что необходимо для определения его неравномерности хода
Знание закона распределения натяжения по зонам заправки станк необходимо для решения еще одной очень важной задачи - задачи проектирова ния регулятора натяжения основы
Одним из основных и, на наш взгляд, главным, является вопрос о распре делении натяжения системы заправки ткацкого станка по его зонам С экспери ментальной точки зрения этот вопрос изучен достаточно хорошо Однако, до а пор не существует достаточно строгой и стройной модели, описывающей эт явление с теоретической точки зрения
Решить поставленные выше задачи невозможно без всестороннего изучения динамики подвижной системы скала, которая является одним из основных механизмов, определяющих поведение основы и ткани на различных участках заправки Ее движение, происходящее под действием меняющегося натяжения основы, в свою очередь, в значительной степени влияет на деформацию и натяжение системы заправки, а, следовательно, на технологические процессы, то есть во многом определяет качество получаемой на ткацком станке ткани Скало изменяет направление движения основы под углом, близким к прямому Трение нитей по поверхности скала приводит к разнице натяжения основы до скала и после него
Несмотря на большое количество публикаций, касающихся работы этого механизма, его динамика и точная оценка ее влияния на технологические процессы изучена недостаточно
В связи со всем сказанным выше, необходима уточненная модель системы заправки ткацкого станка, посредством которой можно моделировать технологические процессы любой сложности С другой стороны, определение натяжения в различных зонах заправки ткацкого станка невозможно без обобщенной теории скальной системы
В связи с этим всестороннее изучение динамики скальной системы, с учетом всех действующих факторов, является в настоящее время очень актуальной задачей Не менее актуальной является задача уточнения и дальнейшего совершенствования системы заправки ткацкого станка с целью ее максимального приближения к реальной.
Цель и задачи исследований. Основной целью работы является повышение качества вырабатываемой ткани путем усовершенствования ткацких станков, имеющих односкальную систему любого типа Дня этого необходимо, основываясь на современной теории заправки ткацкого станка, разработать ее обобщенную модель, наиболее полно описывающую протекающие в ней процессы, что невозможно без углубленного и всестороннего изучения динамики подвижной системы скала Для достижения этой цели необходимо решить ряд вспомогательных задач
-
Принять модель, связывающую натяжение и деформацию в нитях основы и ткани Учесть, что коэффициент жесткости основы и ткани есть некоторая функция их натяжения
-
Разработать математическую модель для определения приведенного коэффициента жесткости, когда несколько участков системы заправки или вся она деформируется и изменяет свое натяжение как одно целое При разработке этих моделей учесть, что коэффициенты жесткости отдельных участков системы заправки - величины переменные
-
Сформулировать и описать математически зависимости, при соблюдении которых отдельные участки системы заправки меняют свое натяжение и деформацию независимо от других участков Определить условия и описать поведение системы заправки станка, когда она представляет единую систему, в которой изменение деформации в одной зоне вызывает изменение деформации и натяжения во всех остальных зонах
-
Определить деформацию системы заправки под действием рабочих органов станка и в первую очередь при движении подвижной системы скала
-
Составить дифференциальные уравнения движения системы скала с учетом двух ее степеней свободы При их составлении учесть все механические факторы, влияющие на движение системы скала и на базе принятой модели системы заправки решить эти уравнения
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались, в основном, теоретические методы, базирующиеся на данных экспериментальных исследований автора и других исследователей Поскольку все рассматриваемые процессы нелинейны, аналитические зависимости были сразу ориентированы на решение численными методами с помощью ЭВМ Для получения аналитических зависимостей были использованы методы математики, аналитической и теоретической механики, теории механизмов и машин, теории колебаний, сопротивления материалов, текстильного материаловедения, векторного анализа и дифференциальной геометрии, методы математического, физического и имитационного моделирования
Для решения математических уравнений применялись, главным образом, численные методы При этом были использованы специально разработанные для данного случая программы Там, где это было возможно, использовались и аналитические методы
Адекватность выбранных моделей реальным объектам проверялась экспериментально
Научная новизна. Теоретические исследования данной работы, подтвержденные экспериментально, направленные на повышение качества проектирования и совершенствования качества ткацкого оборудования, позволили впервые
-
Разработать обобщенную модель системы заправки ткацкого станка При работе с этой моделью использованы условия, при соблюдении которых она представляет собой единую систему, свойства которой зависят от направления скольжения нитей основы по скалу Доказано, что большую часть времени одного оборота главного вала станка система заправки представляет собой несколько отдельных участков, деформирующихся и меняющих свое натяжение независимо друг от друга
-
Провести исследование динамики скальной системы с учтетом силы сухого трения в ее опорах, трение основы по поверхности скала и вращение скала вокруг его оси Разработанный при этом комплекс методик позволяет моделировать движение системы скала и производить оценку влияния этого движения на поведение системы заправки. Доказать, что деформация системы заправки при вращении скала соизмерима с ее деформацией при зевооб-разовании Произвести оценку влияния вращения скала на деформацию системы заправки и натяжение ветвей основы, огибающих скало Произведена оценка влияния сил трения в опорах скальной системы на ее движение
-
Получить уточненые математические зависимости для определения деформации ветвей основы, огибающих скало, и изменения углов их наклона при малом угле поворота рычага скала Выведена простая зависимость, связы-
вающая деформацию ветви основы с плечом силы натяжения этой ветви относительно опоры рычага скала
-
Предложить метод определения взаимосвязи между натяжением и деформацией с учетом того, что коэффициент жесткости основы и ткани является переменной величиной, зависящей от их натяжения Показаны возможности дальнейшего усовершенствования принятой модели
-
Разработать методику, позволяющую учесть уменьшение коэффициента жесткости системы заправки между навоем и скалом за счет изменения деформации части нитей, расположенных на навое вблизи точки их схода с него Доказано, что нити основы на скало можно заменить двумя участками постоянной длины, которые добавляются к длине соответствующей ветви
Практическая значимость работы
-
Разработанный комплекс методик позволяет конструктору и технологу, зная деформацию упругой системы заправки ткацкого станка под действием его рабочих органов и механические характеристики нитей основы и ткани, определить натяжение в любой его зоне в зависимости от времени Совместное рассмотрение комплексной модели системы заправки и механизма скала показывает, что подвижная система скала является одним из основных механизмов определяющих происходящие в ней процессы
-
Результаты данной работы и разработанные методики позволят последующим исследователям глубже подойти к анализу динамики механизмов ткацкого станка и решить ряд неисследованных проблем В частности, решить основной вопрос ткачества - вопрос регулирования натяжения системы заправки ткацкого станка
-
Модель взаимосвязи между натяжением и деформацией основы и ткани позволяет определить их натяжение в зависимости от деформации при переменном коэффициенте жесткости, зависящем от натяжения
-
Разработана методика, учитывающая взаимосвязь движения скальной системы с натяжением и деформацией системы заправки ткацкого станка
-
Решение дифференциальных уравнений движения системы скала показало, что деформация основы при вращении скала, соизмерима с деформацией при зевообразовании и должна учитываться. Анализ движения скальной системы показывает, что силы трения существенно влияют на ее движение Изменение этих сил только в одной из опор меняет движение всей системы
-
Модель, учитывающая движение нитей основы относительно навоя, позволяет определить уменьшение коэффициента жесткости нитей основы между навоем и скалом, возникающее за счет этого явления
-
Разработанный комплекс методик позволяет технологу моделировать происходящие в системе заправки процессы любой сложности, а механикам ткацкого производства позволяет научно обоснованно производить наладку скального устройства Рекомендуется подбирать конструкцию скальной системы на выпуск требуемого вида ткани Конструктору эти методики позволят правильно спроектировать механизмы, контактирующие с системой за-
правки, окажут помощь при определении неравномерности хода главного вала станка и при проектировании регулятора натяжения основы
8 Результаты работы рекомендованы ткацким предприятиям для рациональной наладки скальных устройств с целью снижения обрывности нитей основы и повышения производительности ткацкого станка
Апробация работы Материалы по теме диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:
семинаре по «Теории механизмов и машин АН РФ (Костромской филиал)», г Кострома КГТУ, 2003, 2004 гг,
международных научно-технических конференциях «Прогресс-99», «Прогресс-2001», «Прогресс-2005», г Иваново, ИГТА,
международных научно-технических конференциях «Лен-94», «Лен-96», «Лен-98», «Лен-2002», «Лен-2004», г Кострома, КГТУ
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 39 работ В том числе 16 статей в журнале «Известия вузов Технология текстильной промышленности», входящем в «Перечень ВАК »
Структура работы Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, приложений и оглавления Работа изложена на 274 страницах, содержит 49 рисунков и М таблицы Список литературы включает 228 источников
