Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор и определение направлений совершенствования системы проектирования батан-ных механизмов 15
2. Разработка математической модели статики деформированного элемента металлической мононити утка 46
2.1. Моделирование характеристики проволоки при одноосном растяжении 46
2.2. Определение коэффициента трения скольжения в паре взаимодействующих металлонитей 62
2.3. Приближенное определение радиуса кривизны геометрической оси нити в зоне контакта 2.4. Статика элемента утка сетки полотняного переплетения 74
2.5. Статика элемента утка сетки саржевого переплетения 90
Заключение 96
3. Разработка математической модели статики деформированного элемента основы при формирова нии тканой металлосетки 99
3.1. Статика деформированного элемента основы в случае формирования при прибое элемента сетки в зоне между уточинами 2 иЗ 99
3.2. Статика деформированного элемента основы в случае формирования при прибое элемента сетки в зоне между уточи нами у и j + \ 114
3.3. Определение коэффициента жесткости тканой металлосетки з
при растяжении 118
3.4. Некоторые вопросы практической реализации результатов исследования взаимодействия нитей основы и утка при
формировании тканой металлосетки 132
Заключение 142
4. Разработка динамической модели бруса батана и определение её параметров 144
4.1. Динамическая модель бруса батана металлоткацкого станка 144
4.2. Определение упругих характеристик элементов динамической модели 147
4.3. Расчет характеристик кинематического возмущения
4.3.1. Кинематическое исследование батанного механизма металлоткацкого станка ТП-100-М 157
4.3.2. Кинематическое исследование батанных механизмов с двухкулачковым приводом 165
4.4. Динамика упругой системы заправки станка. Определение величины прибойной полоски 169
Заключение 178
5. Динамика бруса батана металлоткацкого станка типа стр- 100-м 180
5.1. Вывод уравнения движения бруса 180
5.2. Собственные колебания бруса на фазе подхода берда к опушке вырабатываемой сетки 184
5.2.1. Техническая теория 184
5.2.2. Техническая теория, учет сил неупругого сопротивления 196
5.2.3. Уточненная теория СП. Тимошенко 197
5.2.4. Учет сил внутреннего неупругого сопротивления 201
5.3. Вынужденные колебания бруса на фазе подхода берда к опушке вырабатываемой сетки 202
5.3.1. Техническая теория 202 5.3.2. Учет внутреннего неупругого сопротивления 207
5.3.3. Теория СП. Тимошенко 209
5.3.4. Учет внутреннего неупругого сопротивления 211
5.4. Собственные колебания бруса на фазе взаимодействия берда с опушкой вырабатываемой сетки 216
5.4.1. Изгибные колебания 216
5.4.2. Крутильные колебания 221
5.4.3. Изгибно-крутильные колебания 224
5.5. Вынужденные колебания бруса на фазе взаимодействия берда с опушкой вырабатываемой сетки 231
Заключение 254
6. Динамика бруса батана широких металло ткацких станков 256
6.1. Исследование влияния числа лопастей и зоны их расположения на собственные частоты и формы упругих колебаний бруса 256
6.2. Собственные частоты и формы крутильных колебаний бруса 267
6.3. Динамика бруса батана с учетом инерционных и деформационных характеристик элементов его привода 271
Заключение 288
Общие выводы и реко ндации 290
Список литературы
- Моделирование характеристики проволоки при одноосном растяжении
- Статика деформированного элемента основы в случае формирования при прибое элемента сетки в зоне между уточи нами у и j + \
- Кинематическое исследование батанного механизма металлоткацкого станка ТП-100-М
- Техническая теория, учет сил неупругого сопротивления
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие науки, повышение ее поли в совершенствовании производства, укрепление связи фундаментальных и прикладных исследований с производством - это тезисы, которые особенно остро сейчас стоят в Российской Федерации Перевод экономики России на рыночные отношения требует от предприятий резкого повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции. В текстильном машиностроении это невозможно без повышения качества проектирования оборудования без внедрения систем автоматизированного проектирования
В пищевой, химической, бумагоделательной, радиоэлектронной промышленности, в порошковой металлургии, в авиа и ракетостроении и других отраслях используется ПЮДУКЦИН металлоткачества Тканые металлосетки подразделяются на сетки с квадратной, прямоугольной, нулевой ячейкой (фильтровые) тройные, крученые, подкладочные.
Наиболее жесткие требования ГОСТ предъявляет к сеткам с квадратной ячейкой, которые подразделяются на сетки нормальной, высокой точности и контрольные Устанавливаются допуски на следующие геометрические параметры:
- предельные отклонения среднеарифметическою размера стороны
ячейки от номинального.
интервал предельных отклонений особо крупных сторон ячеек от номинального,
число ячеек с предельным отклонением сторон
Потребители предъявляют дополнительные требования при расстиле на контрольном столе сетка не должна иметь короблений и скручиваний в любом направлении
Причина таких дефектов объясняется различием в натяжениях основы, утка или основы и утка по ширине полотна. В процессе ткачества подобные дефекты возникают только в результате неправильного взаимодействия рабочих органов исполнительных механизмов с технологическим объектом В СИЛУ специфики перерабатываемых нитей технологический процесс металло-ткачесгва оказывается особенно чувствительным к деформационным свойствам рабочих органов к возникающим в исполнительных механизмах колебательным явлениям
Деформацию звеньев механизма можно свести к минимуму на стадии проектирования Гили модернизации) станка Но для этого конструктор должен иметь необходимый объем информации величину, характер и причины
изменения интересуемого параметра - сил, действующих на звенья, или деформаций звеньев, что можно получить только при наличии математической модели, описывающей изучаемый процесс
Крупнейшие отечественные машиностроительные заводы - производители ткацкого оборудования в течение нескольких последних десятилетий занимались серийным выпуском ткацких станков типа АТПР и СТБ Это нашло отражение в направлении научных разработок ведущих шкот В пасімо-сти, вопросы динамики батанных механизмов затрагивались в основном применительно к кулачковым механизмам станков АТПР и СТЬ
В настоящее время появилась необходимость решения задач динамики в более общей постановке, для более общей схемы батанною механизма -кулачково-рьиажного Неизбежно возникающие вибрации не должны сужай, возможный для станка диапазон вырабатываемой продукции ПОЭТОМУ необходим учет взаимодействия берда с упругой системой заправки станка через которую раскрываются связи работы батанного механизма с механизмами зевообразования. отпуска основы, набора товара Особого отношения требует задача определения деформационных свойств системы заправки станка Применительно к металлонитям она практически не рассматривалась
Решаемая в данной работе проблема развития углубления и обобщения теории динамики батанных механизмов кулачково-рьиажного типа является в настоящее время весьма актуальной не только с позиций совершенствования металлоткацких станков но в большей мере и с позиций совершенствования батанных механизмов ткацких станков для выработки например тяжелых технических тканей
Цели и задачи исследований. Целью работы является создание обобщенной теории динамики батанного механизма кулачково-рьгаажного типа металлоткацкого станка (с учетом УПРУГИХ СВОЙСТВ его звеньев и соединений, упругих свойств системы заправки станка основных характеристик механизмов отпуска и натяжения основы, зевообразования. набора товара) позволяющей на стадии проектирования или модернизации станка оптимизировать конструктивные параметры механизма, прогнозировать возможность изготовления на данном станке металлосетки заданной структуры, решать иные прикладные задачи
Для достижения поставленных целей решены следующие основные задачи.
1 Разработана методика теоретического определения силы прибоя и натяжения основы в момент прибоя необходимых для создания металлосетки с заданными фазой строения, размерами сторон ячеек, материалами и диаметрами проволок основы и утка
-
Разработана методика теоретического определения прибойной полоски при выработке металлосетки с заданными геометрическими характеристиками, учитывающая динамику товарного регулятора негативного типа периодического действия
-
Разработана методика теоретического определения коэффициента жесткости тканой металлосетки и упругой системы заправки металлоткацко-
го станка с учетом действительной характеристики «напряжение-деформация растяжения» материалов мононитей основы и утка, диаметров этих нитей, ширины ячейки в свету и фазы строения сетки
-
Обобщены динамическая и математические модели анализа вынужденных колебаний бруса батана узких и широких ткацких станков учитывающие упругие характеристики звеньев батанного механизма
-
Разработана математическая модель задачи вынужденных колебаний системы привод станка - привод батана кулачково-рычажного типа - упругая система заправки станка необходимая для анализа конструктивных и технологических возможностей батанного механизма при выработке мсталлосетки отвечающей заданным техническим условиям
Основные методы исследований Работа содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований
В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального и интегрального исчислений аналитической геометрии, теории дифференциальных уравнений в обыкновенных и частных производных теории упругих колебаний теории механизмов, сопротивления материале)» механики гибкой нити теории упруг ости теории пластичности.
Решение дифференциальных уравнений упругих колебаний рассматриваемых моделей систем интегральных и трансцендентных уравнений квази-стагического состояния взаимодействующих мононитей основы и утка, уравнений кинематики исполнительных механизмов металлоткацкого станка уравнений динамики упругой системы заправки выполнены аналитическими и численными методами с использованием ПЭВМ.
Экспериментальные исследования проводились методами тензометрии на действующем оборудовании в производственных и лабораторных УСЛОВИЯХ на приборах и специальных устройствах При обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.
Достоверность предложенных разработок, выводов рекомендаций подтверждена результатами гензометрических компьютерных исследований, производственных или лабораторных испытаний, использованием при разработке математических моделей рассматриваемых задач научно обоснованных положений теории упругих колебаний.сопротивления материалов и др.
Научная новизна диссертационной работы заключается в развитии теоретических основ процесса формирования тканой сетки из металлических мононитей в развитии и разработке обобщенной динамической модели ку-лачково-рычажных батанньж механизмов ткацких станков и создании на базе известньж положений теории механических колебаний обобщенной математической модели динамического взаимодействия рабочего органа упругой системы батанного механизма с упругой системой заправки станка, а именно впервые получены и предложены
1) система интегральных, трансцендентных и алгебраических уравнений напряженною состояния деформированного элемента металлической мононити утка, связывающая между собой силовые характеристики в поперечных сечениях утка, геометрические параметры его. с одной стороны, и
параметры структуры вырабатываемой сетки, механические характеристики материала утка, его натяжение в начальном, нелеформированном состоянии -с другой:
2) системы интегральных, трансцендентных и алгебраических уравне
ний напряженных состояний деформированных элементов металлической
мононити основы в зоне сформировавшейся сетки и в зоне формирования
связывающие между собой силовые характеристики в поперечных сечениях
сетки, геометрические параметры ее оси. с одной стороны, и параметры
структуры вырабатываемой сетки, силовое воздействие со стороны уточин
механические характеристики материала основы - с другой.
-
система дифференциальных уравнений, определяющих перемещение опушки сетки натяжения основы и сетки в цикле работы металлоткацкого станка, оснащенного позитивным регулятором отпуска основы и негашеным регулятором набора товара периодического действий, в зависимости от заправочного натяжения основы,
-
система интегральных, трансцендентных и алгебраических уравнений напряженною состояния элементов металлической монониги основы в зоне сформировавшейся сетки после отхода берда от ОПУШКИ ДІЯ определения коэффициента жесткости металлосетки на растяжение.
-
математические модели задач о собственных изгибных крутильных и изгибно-крутильных колебаниях 6pvca батана рамной конструкции соответствующие его уточненной динамической модели
-
магматические модели задач о вынужденных изгибных и КРУТИЛЬНЫХ колебаниях бруса батана рамной конструкции с кулачково-рычажным приводом:
-
методики анализа собственных и вынужденных колебаний бр\са батана рамной конструкции в стационарном и нестационарных режимах работы станка, соответствующие обобщенной динамической модели рассматриваемой системы - модели, учитывающей упругие и деформационные свойства элементов батана, его привода и привода станка.
-
устройство для преобразования в заданный период цикла работы станка позитивного регулятора отпуска основы в регулятор негативного типа с целью создания в данный период цикла требуемого натяжения основы
9) схемы кулачково-рычажного привода батана, позволяющие исключить ударное взаимодействие берда с опушкой вырабатываемой ткани.
Практическая значимость и реализация результатов работ.
Основная часть изложенных в диссертационной работе теоретических и прикладных методов расчета динамических характеристик батанных механизмов кулачково-рычажного типа, методов расчета силовых и геометрических характеристик взаимодействующих металлических мононитей основы и утка опубликована автором в монографии, научных статьях журнала «Известия вузов Технология текстильной промышленности» и других изданиях
Математические модели основных задач, рассмотренных в работе, доведены до практической реализации в виде программных средств для ПВЭМ
что обеспечивает снижение трудозатрат на проведение расчетных конструкторских работ при проектировании или модернизации ткацких станков
Методика определения силы прибоя и силы натяжения мононитей основы при прибое, методика оценки необходимого числа лопастей и зон их расположения при проектировании батанного механизма, методика расчета амплитуд и форм вынужденньж колебаний бруса батана, необходимая как для расчета прочностных характеристик звеньев механизма, так и для анализа возможности изготовления сетки той или иной структуры на исследуемом или проектируемом станке, рекомендации по изменению цикловой диаграммы работы батанною механизма ткацких станков СТР-100-М приняты к использованию Шуйским ООО « Гекстильмаш»
Отдельные результаты исследований применяются в учебном процессе ИГТА при изучении курсов «Динамика текстильных машин», «Расчет и конструирование текстильных машин», «Основы автоматизированного проектирования текстильных машин», в курсовом проектировании и при вьшолнении выпускных квалификационных работ студентами и магистрантами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на областной научно-технической конференции «Научным разработкам - широкое внедрение в практику» (г Иваново, ИвТИ, 1988 г ), на международной научно-технической конференции «Проблемы развития текстильной и легкой промышленности в современньж условиях» (г Иваново, ИвТИ, 1992 г ), на международной научно-технической конференции «Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в теК-стильной и легкой промышленности» (г Иваново, ИГТА, 1995 г ), на международной научно-технической конференции « Актуальные проблемы техники и технологии переработки льна и производства льняных изделий» (і Кострома, 1996 г), на международной научно-технической конференции «Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве» (г Иваново, ИГТА, 1996 г ), на ХІ-Й международной научно - технической конференции по текстильной и легкой промышленности (г Яссы, Румыния 1997 г), на конференции по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности, посвященной 60-летию механического факультета СПГУТД (г Санкт-Петербург, 1998 г), на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г Иваново, 1998 г, 1999 г, 2001 г, 2003 г, 2004г ), на заседаниях семинара по текстильному машиноведению Костромского государственного технологического университета - филиала семинара по теории механизмов и машин при Российской академии наук (г Кострома, 1999 г, 2004г), на межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (г Иваново, ИГТА, 2001 г), на заседаниях технического совета ООО «Текстильмаш» (г Шуя, 1996 г, 2003 г ), на расширенном заседании кафедры проектирования текстильных машин ИГТА (2004 г)
Публикации. Основные результаты исследований, проведенных в рамках данной диссертационной работы, опубликованы в 45 печатных работах, в том числе в 1 монографии, 1 учебном пособии, 19 статьях в журнале «Изв вузов Технология текстильной промышленности», в 2 авторских свидетельствах СССР 1 патенте РФ, статье в периодическом журнале «Вестник Ивановской государственной текстильной академии», 2001, 4 статьях в других изданиях, остальные публикации представлены в сборниках материалов и тезисов докладов научных конференций
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованных источников из 205 наименований приложений и изложена плЗ/3 страницах машинописною текста, включая 65 рисунков и 3 таблицы
Моделирование характеристики проволоки при одноосном растяжении
Тканые металлосетки по своей структуре подразделяются [5,6] на: сетки с квадратными ячейками; одинарные сетки (сетки с прямоугольными ячейками); фильтровые (с нулевыми ячейками); крученые; тройные; подкладочные.
Сетки предназначаются: для фильтрации жидкостей и газов (в атмосферных условиях, под вакуумом или под давлением); для просеивания сыпучих материалов; для сортировки сыпучих материалов; для котроля размеров частиц сыпучих материалов; обезвоживания и сушки влажных материалов.
Тканые металлические сетки применяются и для ряда других целей, например, для изготовления запоминающих устройств в радиоэлектронной промышленности, для обработки элементов преобразователей тепловой энергии в электрическую в электронной промышленности [7], для изготовления фокусирующих масок кинескопов цветного телевидения, способом ткачества получают сетки, не пропускающие микроволновое излучение [8].
Сетки проволочные тканые с квадратной ячейкой (ГОСТ 6613-86) подразделяются на сетки нормальной точности, сетки высокой точности и контрольные сетки. Указанный стандарт предъявляет довольно жесткие требования к геометрическим параметрам сетки, устанавливая допуски: на предельное отклонение среднего арифметического размера стороны ячейки от номинального; на интервал предельного отклонения особо крупных сторон ячеек от номинального; на число ячеек с предельным отклонением размеров сторон особо крупных ячеек от номинального. Более жесткие требования предъявляются к контрольным сеткам, для которых отклонение среднего арифметического размера стороны ячейки от номинального допускается в пределах от 3,6% (сетка № 2.5, проволока диаметром 0.5 мм, номинальный размер стороны ячейки 2.5 мм) до 7,5% (сетка № 004, проволока диаметром 0.03 мм, номинальный размер стороны ячейки 0.04 мм). К особо крупным относят ячейки с отклонением размера стороны от номинального в пределах 30...52,5% (сетки № 004) - 7.2... 10.4% (сетка № 2.5). Число особо крупных ячеек не должно превышать 5%.
Американский Государственный стандарт для сеток тканых промышленного производства ANSI/AWCI-01-1992 в части сеток с квадратными ячейками предъявляет подобные требования, по некоторым позициям менее жесткие, но более жесткие по допустимому числу дефектов.
Немецкие стандарты DIN 4189 на рабочие сита [9,10] и DIN 4188 [11] на контрольные сита так же, как и Российский стандарт классифицирует сетки по ширине ячейки. Вместе с тем стандарты DIN предусматривают более широкий диапазон ассортиментов вырабатываемых сеток за счет использования проволоки разного диаметра для получения ячейки той же ширины. Например, ГОСТ 6613-86 регламентирует изготовление сетки 016 с шириной ячейки 0.160 мм из проволоки диаметром 0.1 мм, в то время как DIN 4189-1968 предусматривает возможность изготовления сетки с шириной ячейки 0.160 мм из проволоки диаметром 0.071, 0.1, 0.112 или 0.125 мм. Допуски на отклонение диаметра проволоки регламентируются отдельным стандартом -DIN 4186 [10]. Требования к среднему значению отклонения ширины ячеи в свету в стандартах DIN более жесткие, чем в Российском. В диапазоне сеток 004...2.5 в Российском стандарте, как указывалось выше, это отклонение изменяется в пределах ±7.5...3.6%, в то время как стандартом DIN 4188 оно составляет ± 4% для сеток с шириной ячейки до 0.056 мм и ± 3% для остальных (свыше 0.056 и до 2.5 мм). Более жесткие требования закладываются немецкими стандартами и на степень наибольшего отклонения ширины ячей. Менее жесткие - только на допустимое число ячеек с предельным отклонением размеров сторон особо крупных ячеек для сеток с номинальной шириной ячеек 0.056 мм и менее.
Несоблюдение размеров стороны ячеек, так же как и некоторые другие дефекты (например, потребителями не принимаются полотна, имеющие скручивания, коробления) возникает вследствие несоответствующего взаи 18 модействия рабочих органов тканеформирующих механизмов, в большей степени батанного, с упругой системой заправки станка. В данном случае на технологический процесс оказывают влияние деформационные свойства рабочих органов, что необходимо учитывать уже на стадии проектирования.
История развития металлоткацких станков в России не глубока. Челночные металлоткацкие станки МТП-100 [4] по существу первые отечественные станки, получившие применение в промышленности. На смену этих станков пришли также челночные станки ТП-100М, и в настоящее время парк отечественных металлоткацких станков базируется на моделях типа СТР. Это станки с односторонними жесткими рапирами, шириной заправки 1000 и 1300 мм, с максимальной частотой вращения главного вала 100 об/мин. Мировая практика показала, что рапирные станки в металлоткачест-ве имеют преимущество, поскольку осуществляют управляемое прокладывание уточной проволоки.
Россия в этой отрасли машиностроения существенно отстает от ведущих зарубежных фирм. Признанным лидером машиностроения в этой области является фирма «JAGER», старейшая германская компания (г. Мюнстер), основанная еще в 1867 году и производящая большую гамму металлоткацких станков. Станки этой фирмы серий SD, BD, вырабатывают аналогичную станкам СТР продукцию при частоте вращения главного вала от 110 об/мин при ширине заправки 2500 мм до 170 об/мин при ширине 1300 мм и до 200 об/мин при ширине заправки 1000 мм.
Статика деформированного элемента основы в случае формирования при прибое элемента сетки в зоне между уточи нами у и j + \
Для изучения процесса металлоткачества характеристики материала при одноосном растяжении не достаточно, необходимо иметь характеристику и для одноосного сжатия. Поскольку непосредственно на проволоке испытания на сжатие не осуществимы, постольку эту характеристику можно построить только приближенно, на базе испытаний образцов с другими геометрическими соотношениями. В частности известно [85], что для пластичных материалов типична близость действительных характеристик при растяжении и сжатии, а в зоне упругих деформаций они практически идентичны, В связи с этим для решения поставленной задачи будет вполне приемлемо допущение об идентичности данных характеристик, особенно для сеток, не требующих существенных деформаций проволок основы и утка.
Математическое описание процессов, связанных с продольной деформацией металлонити, требует представления характеристик напряжения-деформация аналитическими зависимостями. Эти зависимости могут иметь различный вид соответствуя целям и поставленной задаче. Например, как отмечалось ранее, при исследовании процессов, протекающих в текстильных материалах, нить может приниматься линейно-упругой, упруго-вязкой по Кельвину-Фойгту [102, 105], в других случаях необходим учет ее релаксационных и иных свойств [90, 106, 107]. В дальнейшем рассматривается квазистатическая постановка задачи, поэтому условная характеристика (рис.2.10) материала в общем случае может быть представлена в виде єв - относительные деформации, соответствующие пределам пропорциональности и прочности; а,- - постоянные коэффициенты, определяемые, например, методом наименьших квадратов [117]; Е — модуль упругости. То есть на участке упрочнения экспериментальную кривую предлагается интерполировать параболической зависимостью.
Действительная характеристика по аналогии с условной может быть представлена в форме -Сі+С2Є-С3Є2, Afy Если принять сз=0, то получим характеристику, часто достаточную для практических целей [85, 118]. Очевидно, что в случае разгрузки материала от состояния j до свободного его остаточная деформация EQ будет равна
Возможны задачи, в которых требуется учет повторных деформаций. В частных случаях при переходе из состояния є; в состояние . будут приемлемы зависимости И.И. Мигушовым [10] для текстильных материалов предлагается зависимость а(є) принимать в форме = Е0є(\ + сцє)а2 В нашем случае это неприемлемо, поскольку дает существенные искажения в зоне между характерными точками \ Jy ,Єу\(Твієв).
Определение коэффициента трения скольжения в паре взаимодействующих металлонитей Процесс формирования тканой металлосетки сопровождается относительным скольжением проволок основы и утка. Выше отмечалось, что силы трения оказывают существенное влияние на процесс формирования ткани и учет их в математической модели необходим. Это требует знания величин коэффициентов трения в соприкасающихся парах.
Применительно к текстильным нитям методы определения коэффициентов трения обобщены в обзоре [119]. Однако здесь в основном рассматриваются процессы трения нити, скользящей по цилиндрической поверхности. При моделировании процесса трения в лабораторных условиях с целью определения коэффициента трения необходимо по возможности создавать условия контактирования, близкие реальным [120]. Схема, более приемлемая к задаче взаимодействия нитей основы и утка, рассмотрена в работе [121]: коэффициент трения предлагается определять по замеряемым натяжениям в ветвях нити (назовем ее основой), перекинутой на натянутую неподвижную нить (уточину) и скользящей в направлении перпендикулярном относительно последней.
Известен несколько иной способ, основанный на принципе «подающего груза» [122], при котором не требуются измерения натяжения и в частных случаях максимально сохраняются реальные условия металлоткачества. В работе [123] дано описание используемой установки, однако в предлагаемой методике обработки результатов измерений не отражены некоторые частности, касающиеся определения момента сил трения в опорах направляющих блоков.
Обратимся к иной, более простой, схеме установки, основанной на том же способе [124, 125]. Проволока 2, (рис.2.11) условно - основа, скользит по поперечно натянутой проволоке 1 (уток). По концам А и В испытуемой проволоки 2 крепятся грузы массами т \ и т2 , причем т\ т2. Нить 2 перекинута через блок 3 радиуса R, связанный с неподвижной осью О посредством подшипника качения. Положение уточины 1 регулируется с помощью измерительных линеек 4 для создания угла охвата а. В процессе экспериментов определяется ускорение движущихся масс т\ и т2, после чего можно вычислить значение коэффициента трения в паре "основа - уток".
Кинематическое исследование батанного механизма металлоткацкого станка ТП-100-М
Данная методика по сравнению с предыдущим дает завышенные значения коэффициентов жесткости. В более общем случае, как показано в разделе 2, металлонити обладают упругопластической характеристикой, а геометрические оси основы и утка имеют несколько иную форму — их кривизна не может изменяться скачкообразно.
Выделим элемент основы из зоны сформировавшейся сетки (рис. 3.9). За начальное примем состояние элемента в момент начала движения берда от переднего положения. Параметры элемента, соответствующие этому моменту времени, индексируем символом «0».
В разделе 2.4 изложена методика определения силовых и геометрических характеристик сдеформированной мононити утка, поэтому будем считать известной зависимость Q\hy ) поперечной силы в концевых сечениях элемента утка от высоты волны его геометрической оси. Тем самым известна и зависимость Q{h0) поперечной силы в концевых сечениях элемента основы от высоты волны ее оси, имеющая вид (3.1). С учетом смятия нитей в зоне контакта будем иметь Qx =а, +61(# + Д) + с,(#+ Д)2, (3.71) где Н — действительная высота волны геометрической оси нити основы; А - сближение осей контактируемых нитей. Очевидно H + A = h, (3.72) Mmn Mo м0 мто Yu X Рис. 3.9. Статика элемента основы в зоне сформировавшейся сетки. где h — высота волны без учета смятия. В начальном состоянии: Q0=ax +Ь1(Н0+А0) + сї(Н0+А0У (3.73) Сближение А0 осей основы и утка с учетом распределенного характера силы их взаимодействия согласно (2.26) будет равно A0=L23ll](AQ0/E)2/R (3.74) или, на основании выражения (2.15), Ao=0.655nA3lQ rory w+ - 1 Е2 125 при r г у и разных материалах проволок основы и утка. Здесь А - коэффициент, зависящий от угловой длины рто зоны контакта и определяемый выражением (2.25). Пусть рто - известная величина. Тогда после определения величин Q0 и А0 находится значение высоты волны Н0 =h0 - А0. Зная величину поперечной силы Q0 из выражения (3.8) находится амплитуда q0 распределенной нагрузки, а следовательно и приведенная сила F0 и момент Мт0 из выражений (3.7), (3.9). Коэффициент трения / и угол трения у при этом следует принять равными нулю.
По величине сближения А0 и углу (Зто из выражений (2.27) определяются действительные значения радиуса rs$0 кривизны геометрической оси основы в зоне контакта и угловой длины /?ю зоны контакта.
Из условия минимума этой энергии определяется истинное значение угла /Зто, а, следовательно, и все параметры, определяющие состояние элемента основы в зоне сформировавшейся сетки в момент начала движения берда от переднего положения. С этого момента вследствие увеличивающегося натяжения сетки, нормальное усилие в концевых сечениях элемента основы будет увеличиваться, что приведет к изменению параметров его состояния.
Пусть нормальное (растягивающее) усилие приняло значение Р. Задача видоизменилась: если при определении начального состояния элемента основы известными являлись зависимость Q{hy), фаза строения и плотность сетки по утку, дающие значения h0 и 10, то при определении параметров состояния элемента сетки при ее растяжении исходными кроме Q(hy) являются растягивающее усилие и определенное выражением (3.80) значение длины элемента основы в недеформированном состоянии.
Зависимость длины / элемента сетки от растягивающего усилия Р вытекает из уравнения моментов, действующих на элемент основы сил. Имеем / = (РН + F(2ra - Я - А) + 2М + 2Mm)IQ. (3.82) Усилие Q связано с неизвестной высотой волны Носи основы и сближением А зависимостью (3.71). Аналогично (3.74) имеем A = U23l (A( )Q/E)2 /г0 . (3.83) Сила F и момент Мт определяются по силе Q посредством выражений (3.7)...(3.9). Радиус кривизны нейтрального слоя гн в концевых сечениях элемента основы служит связующим звеном между моментом М и растягивающей силой Р: 2Л 2 P=2r0 \o(rsd,rH, p)sm (pdqr, (3.84) М = 2r0 \o{rs$,rH,(p)cos(psm (pd(p. (3.85) Связь геометрических характеристик оси основы определяется выражениями rs=a/p", a = rsdpn2 Pi l = rsdsmfix + 2 jrs(p)cos(Px +/32 -j3)d/3, \ (3.86) fh H = 2rsd (1 - cos px) + 2 \rs (/?) sin(A + /?2 - P) dp. По геометрическим характеристикам определяется длина элемента основы в рассматриваемом состоянии
С другой стороны эту длину можно определить по найденной длине /„ элемента оси в недеформированном состоянии
На рис. 3.10 представлен вариант блок-схемы решения данной задачи. По найденной зависимости 1{Р) определяется значение коэффициента податливости элемента сетки, а следовательно и значения ее коэффициента жесткости.
В работе [143] обозначен несколько иной подход к определению упругих свойств элемента сетки, сущность которого заключается в дифференцировании по растягивающей силе полученного из условия равновесия уравнения моментов действующих на выделенный элемент основы сил и последующем отыскании производных, входящих в выражение коэффициента податливости. Однако анализ этого пути решения задачи показывает, что по сравнению с изложенным он является более трудоемким.
С целью сравнительной оценки рассматриваемых методов аналитического определения коэффициентов жесткости тканых металлосеток экспериментально сняты зависимости удлинения образцов испытуемых сеток от прикладываемого растягивающего усилия [144]. В пересчете на один элемент основы полученные зависимости приведены на рис. 3.11. Материал проволок основы и утка испытуемых сеток - сталь 12Х18Н10Т (образцы ОАО «Краснокамский завод металлических сеток»).
Техническая теория, учет сил неупругого сопротивления
При классическом способе подвода и уплотнения утка периодическим фронтальным прибоем встреча берда с опушкой ткани происходит с определённой начальной скоростью, зависящей от величины прибойной полоски. Это является причиной возникновения в момент прибоя удара.
Ударный характер силы прибоя порождает сложные колебательные процессы в основных нитях, что может привести к повышению их обрывности. Кроме того, при этом возникают значительные динамические нагрузки на зве 166 нья и кинематические пары батанного механизма и, как следствие, происходит их быстрый износ и выход из строя [160].
Ударный характер силы прибоя, как отмечалось в аналитическом обзоре, вызывает также смещение вслед за отходящим бердом одной или нескольких соседних уточин. То есть при последующем прибое батан преодолевает дополнительные сопротивления со стороны перемещающихся уточин. С увеличением плотности вырабатываемой ткани эти сопротивления возрастают и являются значительными по величине. Объясняется обратное движение уточин тем, что период контакта бер да с нитями утка у опушки ткани не продолжителен по времени и основные нити не успевают в момент раскрытия зева стабилизировать положение утка у опушки.
С целью уменьшения ударного воздействия берда на опушку ткани, снижения динамических нагрузок на звенья и кинематические пары батанного механизма предложен способ формирования ткани, заключающийся в разделении процесса прибоя на две фазы: быстрый подвод уточины к опушке ткани и медленное перемещение её вместе с опушкой на величину прибойной полоски [161]. При этом предусматривается, что взаимодействие берда с опушкой ткани начинается с нулевой скоростью. Кроме того, увеличивается время этого взаимодействия.
Для осуществления данного способа формирования ткани предложен механизм [162], кинематическая схема которого представлена на рис. 4.7. Так как реализовать обе указанные фазы процесса прибоя с помощью одного кулачкового привода практически невозможно [163], то в конструкцию механизма введён дополнительный кулачковый привод, осуществляющий вторую фазу.
Кулачки основного привода посредством толкателя 1 перемещают уточную нить к опушке ткани, а лопасть батана вращается при этом вокруг оси С подбатанного вала, остающегося на первой фазе формирования ткани неподвижным. В конце первой фазы от кулачков дополнительного привода получает движение толкатель 6, вследствие чего лопасти передаётся дополнительное угловое перемещение вокруг оси В пальца лопасти. На рис. 4.7 в общем виде приведена цикловая диаграмма работы механизма, где 0,,02,03-фазовые углы поворота кулачков основного привода (удаления, дальнего стояния и сближения толкателя 1); 04,05,0б- фазовые углы поворота кулачков дополнительного привода (ближнего стояния, удаления и сближения толкателя 6). - в - - « в Рис. 4.7. Кинематическая схема батанного механизма с двухкулачковым приводом Последовательность кинематического расчёта данного механизма отражена в работе [164]. Алгоритм расчёта приведён в [160], программа — в приложении 5.
Несколько иная конструкция батанного механизма, осуществляющая предложенный способ формирования ткани, предложена в работе [165]. Схема этой конструкции показана на рис. 4.8.
Кинематическая схема варианта исполнения батанного механизма с двухкулачковым приводом В приложении 6 приведена программа кинематического расчёта. Если в данной программе положить ВС = О, XD = Хол = const, YD = Y04 = const, то в результате расчётов при соответствующих исходных данных получим кинематические параметры батанного механизма, используемого на серийных металлоткацких станках типа СТР. Непосредственно для этих станков алгоритм кинематического исследования механизма отражён, например, в работах [23,166].
Предложенные схемы батанных механизмов реализованы Шуйским СКБТО и прошли лабораторные испытания на опытной модели ткацкого станка ТР-180-Т для выработки тяжёлых тканей технического и бытового назначения (схема рис.4.7) и на модернизированном станке СТБ-175 (рис.4.8). Результаты испытаний подтвердили эффективность данного способа формирования ткани, в частности тем, что спроектированные механизмы по сравнению с ранее используемыми, позволили выработать более плотные ткани, отвечающие требованиям технических условий.
Обозначенные решения задач кинематического расчёта рычажных и ку-лачково-рычажных механизмов позволяют считать определёнными функции положения и передаточные функции батанных механизмов ткацких станков, необходимые как для их динамического анализа, так и для решения других задач, например, задач проектирования механизмов прокладывания утка [168...171].
На рис.4.9 показана кинематическая схема товарного регулятора, приме няемого в металлоткацких станках типа СТР. Набор ткани осуществляется мо ментом, создаваемым силой пружин, приложенной к двуплечему рычагу, на ко тором установлены собачки храпового механизма. Механизм приводится в движение в процессе прибоя уточной нити, когда нарушается равновесие меж » ду движущим моментом и моментом сопротивления, создаваемым натяжением ткани [175]. При работе подобного регулятора величина отводимого товара в большей или меньшей степени зависит от многих факторов: жесткости и предварительного натяжения пружин регулятора, масс его подвижных звеньев, заправочного натяжения основы, частоты вращения главного вала станка, законов движения ремизных рамок и батана, жесткости системы заправки и ее элемен 170 тов. Анализ влияния этих факторов на величину отводимой ткани требует решения задачи динамики работы данного механизма. Соответствующая постановка этой задачи позволяет определить и величину прибойной полоски, необходимую для динамического анализа батанного механизма.
