Введение к работе
Актуальность проблемы. Укрепление связи прикладных исследований с производством позволяет ускорить темпы модернизации действующих предприятий промышленности Российской Федерации, что в свою очередь приведет к расширению выпуска продукции лучшего качества. Выход отечественного машиностроения на более высокий уровень невозможен без повышения качества проектирования нового и совершенствования существующего оборудования. Важное значение в этом процессе имеют новейшие технические и программные средства для решения научно-исследовательских и инженерных задач.
Россия - основной представитель на международном рынке метизов, который не только импортирует метизные изделия (тканые металлические сетки, катанка и др.), но и является поставщиком этой продукции на рынки ряда стран ближнего и дальнего зарубежья. За последнее десятилетие на международном рынке метизов появился ряд мощных конкурентов по производству тканых металлических сеток. Главное преимущество зарубежных поставщиков перед отечественными производителями - низкие цены. Поэтому основные мероприятия российских производителей по повышению конкурентоспособности продукции должны быть направлены на улучшение качества продукции и уменьшение ее себестоимости.
В металлоткачестве главным образом применяется ленточное снование. Натяжение нитей на навое после этого перехода не всегда отвечает технологическим требованиям ткачества. Список дефектов металлических сеток насчитывает более 25 наименований, основной из причин появления которых является недостаточное или избыточное натяжения нитей основы, разнона-тянутость нитей по ширине заправки.
В связи с этим задача выравнивания натяжения нитей основы по ширине заправки является актуальной, а разработка принципиально новых методов и новых технических устройств с целью выравнивания натяжения нитей основы имеет большое значение для дальнейшего совершенствования процесса ткачества, повышения качества выпускаемой продукции.
Цель и задачи исследований. Целью работы является повышение качества выпускаемой продукции за счет разработки и внедрения методов и средств выравнивания натяжения нитей основы по ширине заправки.
Для достижения поставленной цели решены следующие основные научные и технические задачи:
Проведен критический обзор научных работ, связанных с исследованием натяжения нитей основы в ткачестве и в металлоткачестве, обзор патентных документов по способам и устройствам регулирования натяжения нитей основы, выявлены их преимущества и недостатки.
Разработана конструкция устройства выравнивания натяжения нитей основы по ширине заправки (прижимного устройства).
Выполнено экспериментальное исследование работы имитационной модели предлагаемого устройства. Результатами эксперимента подтверждается возможность выравнивания натяжения нити основы и целесообразность установки предложенного устройства.
Разработаны математические модели натяжения одиночной нити основы и всей системы заправки с учетом установки прижимного устройства в цикле формирования тканого элемента и методики их решения.
Предложены математические модели динамики работы прижимного устройства и методики их исследования.
Проведен анализ существующих подходов оценки качества тканого металлополотна, показаны их недостатки. Разработана методика комплексной оценки качества тканых металлических сеток.
Научная новизна. На основании выполненных исследований разработана новая научная идея, позволяющая устранить неравномерность натяжения нитей основы по ширине заправки металлоткацкого станка; предложен нестандартный подход к решению существующей проблемы; доказана перспективность использования данного подхода в практике.
Теоретическая значимость исследования обоснована тем, что: доказана целесообразность использования методики выравнивания натяжения нитей основы по заправочной ширине, математических и динамических моделей прижимного устройства, позволяющих решить поставленную задачу. Изложены идеи, элементы теории, доказательства; раскрыты существенные проявления теории, заключающиеся в сопоставлении экспериментальных и теоретических данных; освещены связи явления неравномерности натяжения нитей основы с другими процессами ткачества; проведено дополнение существующих математических моделей и алгоритмов, обеспечивающих получение новых результатов по теме диссертации.
В процессе выполнения исследования разработаны и предложены:
Способ выравнивания натяжения основных нитей по ширине заправки и устройство для его осуществления.
Математическая модель динамики упругой системы заправки, позволяющая определить зависимости натяжения основы и сетки, перемещения опушки сетки в цикле работы металлоткацкого станка от заданного заправочного натяжении основы с учетом модернизации конструктивно-заправочной линии станка.
Методика определения упругих характеристик пакета пластинок прижимного устройства.
Динамическая модель устройства и математические модели задач о собственных и вынужденных колебаниях элементов предлагаемого устройства.
Комплексная методика оценки качества тканых металлических сеток.
Методы исследований. Применительно к проблематике диссертации результативно использован комплекс существующих базовых методов ис-
следования, в т.ч. численных методов, экспериментальных методик постановки и проведения экспериментов, методов математического моделирования, дифференциального и интегрального исчислений, теоретической механики, теории механизмов и машин, сопротивления материалов, текстильного материаловедения, теории колебаний, теории упругости, дифференциальной геометрии.
Решение дифференциальных уравнений упругих колебаний рассматриваемых моделей, систем интегральных и трансцендентных уравнений, уравнений динамики упругой системы заправки выполнено аналитическими и численными методами с использованием ПЭВМ, разработанными для этой цели программ, а также с помощью САЕ систем: АРМ Win Machine, Solid Works, MS ADAMS, программ математических вычислений MATLAB 6.5. Для интерполирования функций применялась программа Advanced Grapher.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Значение полученных результатов исследования для практики подтверждается тем, что разработаны и внедрены патенты на изобретения и полезные модели, программные продукты, стандарт предприятия; определены пределы и перспективы практического использования теории на практике; предложены практические рекомендации по изготовлению и наладке прижимного устройства.
Практическая значимость результатов заключается в следующем.
Предлагаемое устройство выравнивания натяжения нитей основы по ширине заправки может быть использовано на металлоткацких станках.
Использование предложенного способа регулирования натяжения нитей возможно на других видах ткацкого оборудования.
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.
Методики определения натяжения основы за цикл работы станка, расчета и анализа вынужденных колебаний элементов устройства необходимы как для проектирования самого устройства, так и для анализа работы упругой системы заправки (УСЗ) на исследуемом или проектируемом станках.
Отдельные результаты исследований используются в учебном процессе ИГТА при изучении курсов «Динамика текстильных машин», «Расчет и конструирование текстильных машин», «Основы автоматизированного проектирования текстильных машин» по направлению подготовки 150400 - Технологические машины и оборудование.
Основные результаты работы получили положительную оценку в производствах ООО «Текмал» (г. Шуя, Ивановская обл.) и ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод» (г. Кольчугино, Владимирская обл.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:
совместном заседании научно-технического семинара и кафедры проектирования текстильных машин ИГТА (2011 г.);
международной научно-технической конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности» (г. Витебск: Витебский государственный технологический университет, 2011г.);
межвузовских научно-технических конференциях аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК)» (г. Иваново: ИГТА, 2009г., 2011 г.);
международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС)» (г. Иваново: ИГТА, 2006 г., 2007 г., 2008 г., 2010г.);
международной научно-технической конференции «Современные технологии в оборудовании текстильной промышленности (Текстиль -2010)» (г. Москва: Московский государственный текстильный университет им. А.Н.Косыгина, 2010 г.);
международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона (Лен-2010)» (г. Кострома: Костромской государственный технологический университет, 2010 г.);
заседании семинара по текстильному машиноведению Костромского государственного технологического университета - филиала семинара по теории механизмов и машин при Академии наук Российской Федерации
(г. Кострома, 2009 г.);
В 2009 г. проект, связанный с диссертационным исследованием, на тему: «Устройство для выравнивания натяжения основных нитей в процессе ткачества» участвовал в конкурсе «Инновационные проекты молодых изобретателей и рационализаторов», учрежденном молодежным правительством Ивановской области, и в инвестиционном конкурсе «Открытые возможности», организованном ООО «Иннотекс-Экспо», в котором работа прошла во второй тур.
Отдельные результаты работы получены в рамках гранта ректората ИГТА для молодых исследователей 2008 года.
Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, опубликованы в шестнадцати печатных изданиях, из них: четыре - в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности»; восемь - в материалах научно-технических конференций, один патент РФ на группу изобретений; один патент РФ на полезную модель, два свидетельства о государственной регистрации разработки программного обеспечения РФ.
Личный вклад автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Вклад автора состоит в участии во всех этапах процесса, непосредственном участии в получении исходных данных и научных экспериментах, участии в апробации результатов исследования, разработке эксперимен-
тальной установки, выполненной лично автором, обработке и интерпретации экспериментальных данных, непосредственном проведении аналитических исследований, разработке программного обеспечения, обобщении результатов и формулировке выводов, подготовке основных публикаций по выполненной работе.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из пяти глав, включает выводы и рекомендации, список литературы из 97 наименований. Текст работы изложен на 132 страницах, включая приложения, 29 рисунков и 13 таблиц.
