Введение к работе
Актуальность проблемы. Методы проектирования машин текстильного производства достаточно развиты. Однако отсутствие единого подхода к проектированию основных механических систем этих машин – систем транспортирования нитей и ткани сдерживает дальнейшее их совершенствование.
Одним из путей развития методологии проектирования текстильных машин является разработанное нами направление, в котором системы транспортирования нитей и тканей рассматриваются как механизмы с гибкими звеньями. Разработка этого направления привела к необходимости использования системного подхода, специфика которого определяется тем, что он ориентирует работу на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих его механизмов, т.е. ориентирует не только на исследование и разработку методов проектирования механизмов проводки, но и на исследование систем, обеспечивающих технологию текстильного производства, мониторинг и диагностику машин, а также систем, которые составляют научную базу для проектирования механизмов с гибкими звеньями в текстильных машинах.
Системный анализ основ проектирования механизмов с гибкими звеньями текстильных машин позволил поставить и решить проблему единого подхода ко всем системам транспортирования нитей и ткани независимо от типа текстильной машины, решить проблемы их систематики и структуры, разработать методы синтеза и анализа для некоторых классов этих механизмов, поставить и решить ряд задач, касающихся свойств механизмов с гибкими звеньями, позволил определить направления совершенствования ряда систем, обеспечивающих основные и вспомогательные технологические операции в машинах текстильного производства.
Цель работы – повышение эффективности проектирования текстильного оборудования, сокращение сроков его разработки и внедрения в производство, повышение его функциональных свойств в соответствии с требованиями современных производственных технологий.
Задачи исследований:
- систематизация механизмов с гибкими звеньями;
- развитие методов структурного синтеза и анализа, геометрического и кинематического анализа механизмов с гибкими звеньями;
- развитие методов динамического анализа механизмов с гибкими звеньями с учётом механических свойств гибких звеньев - нитей и тканей;
- разработка алгоритмов и компьютерных программ, реализующих методы синтеза и анализа механизмов;
- исследование и разработка направлений совершенствования механизмов с гибкими звеньями в конкретных типах текстильного оборудования;
- исследование и разработка направлений совершенствования вспомогательных механических систем, обеспечивающих работу механизмов с гибкими звеньями и выполнение технологических операций в текстильных машинах.
Научная новизна. В диссертации разработаны основы единого и системного методологического подхода к проектированию механизмов транспортирования нитей и тканей в текстильных машинах как механизмов с гибкими звеньями. В работе получены следующие результаты:
-
Разработана систематика механизмов с гибкими звеньями, в рамках которой предложены классификационные схемы гибких и направляющих звеньев и кинематических пар огибания, введены таксономические формулы для механизмов с гибкими звеньями.
-
Разработаны вид структурных матриц для плоских механизмов с гибкими звеньями, методы и алгоритмы структурного синтеза и анализа, кинематического анализа механизмов с гибким нерастяжимым звеном на основе структурных матриц.
-
В рамках поиска методов снижения деформации гибких звеньев, установлено наличие экстремума (минимума) натяжения гибкого провисающего звена в точках его подвеса, получены основные математические модели, описывающие геометрию провисающих гиперболических и параболических нерастяжимых звеньев в точке установленного экстремума; в рамках исследований деформации гибкого упругого звена при взаимодействии с фрикционной парой выявлено наличие гистерезиса натяжения гибкого звена; в рамках исследований причин появления вибраций в текстильных машинах установлено существование предельного радиуса кривизны траектории движения центра масс гибкого нерастяжимого звена, располагаемого по спирали Архимеда; установлена пропорциональность величины предельного радиуса кривизны траектории толщине звена; найден коэффициент пропорциональности; в рамках исследований причин колебаний гибкого нерастяжимого звена, провисающего на свободном участке механизма, выявлено существование зоны возможных колебаний величины его провиса, записано дифференциальное нелинейное уравнение простейшей модели такой системы, разработана методика решения этого уравнения, численно получены частные решения нескольких таких уравнений.
-
Получены частные уравнения, описывающие динамику многозвенных механизмов с нелинейным упругим гибким звеном, а также уравнение динамики для цилиндрического направляющего звена, взаимодействующего с нерастяжимой шероховатой нитью, показано существование пяти типов движения направляющего звена. Разработан метод расчёта распределений натяжения гибкого упругого звена в механизмах текстильных машин при установившемся движении, взаимодействие которого с направляющими ведущими звеньями механизма описывается законами сухого трения. Выявлено свойство независимости натяжения гибкого упругого звена в последней по направлению его движения зоне многозонного механизма с фиксированными скоростями входа и выхода гибкого звена из механизма от сил сопротивления его контурному движению. Установлено условие линейности формы гибкого звена на свободных его участках в таких механизмах.
-
Разработаны направления совершенствования способов и устройств: измерения длины тканей, измерения натяжения нитей и тканей в механизмах; - регулирования фрикционных моментных приводов направляющих звеньев в промывных отделочных машинах; формирования тканей; замыкания кинематических пар огибания в валковых отжимах.
Практическая ценность работы заключается в разработке методик, алгоритмов и пригодных к расчётной практике компьютерных средств синтеза и анализа систем проводки длинномерных текстильных материалов в текстильных машинах на основе единого подхода к ним как к механизмам с гибкими звеньями. Исследования в области механики механизмов с провисающими гибкими звеньями в области деформации гибких упругих звеньев, а также в области динамики тел намотки позволяют учесть выявленные свойства таких систем в практике проектирования механизмов транспортирования нитей и тканей в текстильных машинах. Разработанные способы транспортирования длинномерных текстильных материалов и устройства позволяют на практике улучшить качество продукции и повысить надёжность самих систем проводки. Полученный способ силового замыкания кинематических пар огибания позволяет существенно улучшить технологические характеристики отделочных текстильных машин, разработанные способ и устройство формирования ткани позволяют проектировать ткацкие станки c иными конструкциями механизмов прибоя и отвода ткани, позволяющих вырабатывать ткани с параметрами, получать которые традиционным способом достаточно затруднительно. Разработанный способ измерения длины длинномерных текстильных материалов позволит повысить точность и достоверность количества выпускаемой продукции, а способы измерения натяжения нитей и тканей позволяют создавать на их основе полноценные системы мониторинга и диагностики состояния систем транспортирования нитей и тканей текстильных машин.
На защиту выносятся положения, перечисленные в рубриках о научной новизне работы и практической ценности исследований.
Внедрение результатов. Результаты работы использованы в ЗАО «Технические ткани», приняты к внедрению в ООО ИПФ «ТексИнж», рекомендованы к внедрению на Кинешемской прядильно-ткацкой фабрике.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку:
- на международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2004 г.;
- международной научно-технической конференции «Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и лёгкой промышленности» (Пиктел – 2003), Иваново, ИГТА, 2003 г.;
- международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна» (Лён-2002), Кострома, КГТУ, 2002 г.;
- VIII – X, XIII международных научно-технической конференциях «Информационная среда вуза», Иваново, ИГАСА, 2001-2006 г. г.;
- международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (Х Бернадосовские чтения), Иваново, ИГЭУ, 2001 г.;
- международных научно-технических конференциях «Прогресс», Иваново, ИГТА,- 2001, 2007 г. г.;
- семинаре по текстильному машиноведению (филиал семинара по ТММ РАН) - Кострома, КГТУ, 2008. г.;
- научном семинаре по проблемам повышения эффективности технологических процессов текстильного производства Ивановской государственной текстильной академии – Иваново, ИГТА , 2009. г.;
Технические разработки, предлагаемые в диссертации, удостоены серебряной медали на 37-м Международном салоне изобретений и новой техники (г. Женева, Швейцария).
Публикации. Основные результаты по теме диссертации представлены в 66-ти печатных работах, в числе которых 2 монографии, 7 статей, опубликованных в журналах Перечня ВАК, 5 авторских свидетельств СССР и 3 патента РФ, 12 тезисов международных научных конференций, 9 депонированных в ВИНИТИ статей, 1 депонированная в Ивановском ЦНТИ статья и 28 статей в сборниках научных трудов различных уровней.
Структура и объём работы. Диссертация объёмом 360 стр. содержит введение, 6 глав, приложения, рисунки и таблицы, список литературы из 368 наименований.
Похожие диссертации на Развитие основ проектирования систем транспортирования нитей и тканей текстильных машин как механизмов с гибкими звеньями
