Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи 11
1.1. Обзор основных конструкций центрифугальных веретен 11
1.2. Способы формирования куличей на центрифугальных прядильных машинах 29
1.3. Работы, посвященные исследованиям мощности, потребной на вращение центрифугальных веретен 31
1.4. Обзор работ, посвященных исследованию способов съема наработанного кулича 35
1.5. Обзор работ, посвященных исследованию динамики центрифугальных веретен .- 37
1.6. Постановка задачи 42
Глава 2. Исследование механики нити в процессе центрифугального прядения льна 44
2.1. Разработка конструкторско-технологической схемы комбинированного способа центрифугального прядения ..44
2.2. Теоретическое исследование процесса формирования паковки при центрифугальном прядении льна 50
2.2.1. Исследование движения пряжи в месте укладки на паковку 53
2.2.2. Исследование движения пряжи по поверхности воронки нитеводителя 58
2.2.2.1. Натяжение пряжи на поверхности вращающейся воронки... 58
2.2.2.2. Натяжение пряжи на поверхности невращающейся воронки 61
2.2.3. Исследование движения пряжи в канале нитеводителя 63
2.3. Анализ движения пряжи в нитеводителе 64
2.3.1. Техника и методика проведения экспериментального исследования 64
2.4. Выводы по главе 68
Глава 3. Разработка конструкции нового крутильно-мотального механизма и исследование его прочностных характеристик 69
3.1. Предварительные замечания... 69
3.2. Разработка конструкции нового крутильно-мотального механизма комбинированного способа центрифугального прядения 70
3.3. Разработка методики расчета прочностных показателей кружки центрифуги 74
3.4. Метод расчета прочностных показателей для видоизмененной кружки центрифуги 80
3.5. Разработка методики расчета механизма крепления кружки центрифуги 87
3.6. Выводы по главе 95
Глава 4. Исследование динамики разработанного центрифугального прядильного устройства и разработка методики расчета его инерционно-жесткостных характеристик 96
4.1. Основные динамические модели веретен и их классификация 96
4.2. Разработка динамической модели нового центрифугального прядильного устройства 99
4.3. Математическое описание динамической модели 104
4.4. Расчет критических частот вращения веретена 111
4.5. Выводы по главе 113
Общие выводы 114
Литература 115
Приложение
- Способы формирования куличей на центрифугальных прядильных машинах
- Теоретическое исследование процесса формирования паковки при центрифугальном прядении льна
- Разработка конструкции нового крутильно-мотального механизма комбинированного способа центрифугального прядения
- Разработка динамической модели нового центрифугального прядильного устройства
Введение к работе
Значение промышленности лубяных волокон определяется диапазоном использования ее изделий, как в качестве товаров потребления, так и в качестве средств производства в различных отраслях народного хозяйства. Льняные ткани бытового назначения имеют такие свойства, которые не могут иметь ткани из других волокон. Они гигроскопичны и быстро отдают влагу, прекрасно кипятятся и стираются. Из общего количества льняных тканей бытового назначения большой объем идет на изготовление постельного белья, покрывал, обивочных тканей и т.д. Основная часть продукции отрасли используется в качестве средств производства и предметов домашнего обихода [7].
Первостепенной задачей, стоящей перед текстильным машиностроением, является дальнейшее повышение качества и производительности изготавливаемых машин, а также повышение качества производимого на них продукта.
Увеличение объема производства льняной пряжи имеет большое значение для дальнейшего развития отраслей народного хозяйства и наиболее полного удовлетворения растущих потребностей населения. А это может быть достигнуто либо благодаря строительству новых производственных площадей и ростом парка оборудования, либо за счет внедрения новых технологий получения льняной пряжи.
Для решения этой задачи требуется повышение точности изготовления рабочих органов и механизмов текстильных машин, повышение их надёжности и долговечности, выпуска всех текстильных машин на современном техническом уровне, а также усовершенствование технологических процессов, протекающих на этих машинах. Для выпуска высококачественной продукции и расширения ассортимента специалисты льняной промышленности ведут работу по созданию высокопроизводительных машин и реконструкции существующих.
Наиболее важными и прогрессивными направлениями в конструировании современного высокопроизводительного текстильного оборудования следует считать дальнейшее совершенствование бесчелночных ткацких станков, исследование и создание высокопроизводительных чесальных машин для хлопка, шерсти и льна, разработку новых методов крашения и отделки тканей, создание высокоскоростных крутильно-мотальных механизмов, автоматического оборудования, машин для без веретенного прядения хлопка, а также центрифугальных прядильных машин для прядения лубяных волокон. Вновь создаваемые машины позволяют увеличить производительность труда и существенно снизить затраты на производство пряжи.
Для производства льняной пряжи используются два метода прядения: сухое и мокрое. Пряжа, полученная сухим способом прядения, имеет меньше внешних мелких пороков, по сравнению с пряжей мокрого способа прядения, но она более ворсистая. Пряжа мокрого способа прядения более гладкая, но имеет мелкие шишки. Сухим способом вырабатывается достаточно толстая пряжа (300-80 текс), а мокрым — более тонкая (120-16 текс). Ткани бытового назначения вырабатываются, в основном, из пряжи мокрого способа прядения, на долю которого приходится более 70% общей мощности льняной отрасли промышленности.
В настоящее время в производстве льняной пряжи наибольшее распространение получили кольцевые прядильные машины с совмещенными процессами кручения и наматывания. Льняную пряжу мокрого способа прядения получают на кольцепрядильных машинах ПМ-88-Л5 (-Л8, -Л10), ПМ-114-ЛЗ (-Л6), имеющих скорость выпуска не более 15 м/мин и вырабатывающих пряжу линейной плотностью 68-32 текс.
Однако для удовлетворения возрастающего спроса оказалось недостаточным использование кольцевого способа прядения. В современной мировой практике текстильного машиностроения стремление увеличить производительность труда прядильного оборудования привело к появлению и развитию большого числа новых способов прядения, позволяющих значительно увеличить скорость выпуска пряжи.
Основными направлениями увеличения эффективности кольцепрядильных машин являются увеличение размеров прядильной паковки и скорости вращения веретена. Препятствием, сдерживающим увеличение размеров паковок, является ограничение скорости вращения бегунка. Увеличение его скорости вращения приводит к нагреванию и быстрому износу бегунка, а также к снижению срока работы колец принятых форм. Для увеличения размеров паковок необходимо увеличивать диаметр колец, что требует повышения скорости вращения веретен, которая, в свою очередь, ограничивается достаточно невысокой предельной скоростью бегунка.
Добиться некоторого увеличения скорости выпуска кольцевых прядильных машин можно, используя специальные конструкции колец, а также применяя особые, более прочные материалы для изготовления колец и бегунков. Однако при увеличении скорости веретен свыше 12000 об/мин возрастает их вибрация, увеличивается обрывность, ухудшается и качество пряжи.
Другой причиной, сдерживающей увеличение размера паковок пряжи при данном размере кольца, является диаметр патрона, от которого зависит угол, образуемый пряжей с осью шпули или патрона. Если этот угол достаточно мал, то возрастает натяжение нити, и, следовательно, ее обрывность; если же угол большой, то может возникнуть необходимость уменьшения ёмкости шпули или патрона.
Исключение баллона нити при формировании пряжи позволяет значительно повысить скорость выпуска прядильных машин и добиться получения паковок больших размеров.
С целью повышения производительности труда и оборудования разрабатываются новые способы прядения, которые можно разделить на две группы:
- прядение на основе классической системы непрерывного прядения, но с использованием новых средств кручения, позволяющих в 2-3 раза
повысить скорость выпуска пряжи. К данной группе можно отнести производство бескруточной, самокруточной пряжи, центрифугальное, безбалонное, термохимическое, термопластическое прядение и др.
- прерывистое прядение, или прядение с разделением мычки на отдельные волокна, так называемое «прядение с открытым концом».
Прерывистое прядение льна осуществляется на машинах ППМ-240-Л.
Пряжа вырабатывается сухим способом, поэтому линейная плотность ее достаточно высока, порядка 200 текс. Для получения более тонкой пряжи к льняному добавляют химическое волокно, благодаря чему можно вырабатывать пряжу линейной плотностью 76 текс. Однако при этом теряются гигиенические свойства, характерные для чистого льняного волокна. По сравнению с кольцевыми машинами производительность увеличена в 2-2,5 раза, от 7 ходы снижены в 3 раза, масса прядильной паковки увеличена до трёх килограмм. Скорость выпуска машин данной группы до 39 м/мин.
Прядильно-крутильные машины ПКС-132-ЛП и ПКМ-114-Л соответственно сухого и мокрого способов прядения также позволяют повысить производительность оборудования по сравнению с кольцевым. На этих машинах осуществляется одновременно прядение одной нити по сухому или мокрому способу и прикрутка готовой льняной, синтетической или хлопчатобумажной нити. Процесс кручения отделен от наматывания, что позволяет увеличить скорость выпуска до 38 м/мин. Линейная плотность вырабатываемой пряжи сухим способом 200-100 текс, мокрым - 200-40 текс.
Скорость выпуска оборудования, производящего самокруточную пряжу, достигает 140-220 м/мин. Линейная плотность вырабатываемой на машине ПС-100-ЛО1 льняной пряжи составляет порядка 200 текс. Однако, в мокром прядении льна эти способы не нашли применения.
С этой точки зрения большой интерес представляет центри фу гал ьн ос прядение [10]. Центри фу гал ьный способ прядения получил наибольшее применение, как правило, в производстве искусственных волокон. Использование центрифугального крутильно-мотального механизма взамен кольцевого открывает новые перспективы для дальнейшего развития техники прядения льна; позволяет значительно повысить производительность веретена, снизить обрывность, увеличить прядильную паковку и значительно повысить производительность труда.
Увеличение размеров прядильных паковок в 3-4 раза, снижение в два раза числа обрывов в процессе прядения, приходящихся на каждый километр пряжи, существенно повысили качество пряжи и позволили улучшить ход процессов в мотальном и ткацких цехах.
Такой метод прядения даёт возможность механизировать и автоматизировать почти все операции, связанные с обслуживанием машины, включая съём продукции и даже заправку оборвавшихся нитей.
Отсутствие ведомого нитью органа (катушки, бегунка) снижает колебания натяжения, а отсутствие открытого баллона и трения нити о рогульку или бегунок резко уменьшает пылевыделение. При применении метода центрифугального прядения можно полностью герметизировать основные рабочие органы и таким образом значительно улучшить условия труда. К сожалению, новые конструктивные идеи и, самое главное, новые современные методы расчета центрифугальных крутильно-мотальных механизмов в настоящее время отсутствуют.
В связи с этим, тема настоящей диссертационной работы, посвященная совершенствованию конструкции и методов расчета центрифугальных крутильно-мотальных механизмов, является весьма актуальной".
Способы формирования куличей на центрифугальных прядильных машинах
Особый интерес представляет намотка пряжи при центрифугальном прядении, осуществляемая вследствие отставания числа оборотов вращающейся нити от числа оборотов кружки.
Причиной того, что нить отстает в своем вращении, является ее трение о край нитеводителя и сопротивление воздуха. Если прекратить подачу нити, то есть прекратить намотку, то число оборотов нити стане/г равным числу оборотов кружки, и, следовательно, прекратится ее отставание. Но, если бы не было сопротивлений, и нить по инерции вращалась со скоростью кружки, то даже при подаче нити намотки бы не происходило.
На центрифугальних прядильных машинах необходимо формировать кулич хорошо связанной структуры, прочный для транспортировки и неде-формирующийся при перемотке. На большинстве машин для прядения лубяных волокон кулич наматывается в виде полого цилиндра или усеченного конуса с хорошо выполненными торцами благодаря крестовой намотке. Такого вида намотка осуществляется путем быстрого возвратно-поступательного движения нитеводителя. Угол перекрещивания нитей зависит от скорости движения нитеводителя и скорости укладки нити, которая, в свою очередь, определяется скоростью выпуска и диаметром намотки. Таким образом, формируется кулич с цилиндрической формой намотки. На центри-фугальных прядильных машинах можно формировать кулич конической намотки. Согласно данному способу формирование паковки начинают путем укладки пряжи слоями в нижней части центрифуги с увеличивающимся до заданного значения размахом возвратно-поступательного перемещения ните-раскладывающей трубки с последующим постоянным смещением трубки с последующим постоянным смещением трубки вверх по высоте центрифуги. При достижении трубкой верхнего положения процесс формирования паковки завершается [82].
Каждый из предложенных способов формирования паковки имеет свои достоинства и недостатки. Цилиндрическая намотка более проста в исполнении, требует несложного мотального механизма и обеспечивает нормальный выем кулича из пластмассового стакана без разрушения его структуры. Однако для цилиндрической намотки требуется точная установка нитеводите-лей, не допускается смещение их по высоте; появляется вероятность намотов на нитеводитель, так как он имеет возвратно-поступательное движение по всей высоте кружки. Помимо этого требуется точная установка стаканов в кружку, не допуская смещения их по высоте, и очень сложно находить оторванный конец пряжи при размоте, если он не выходит наружу после обрыва.
По сравнению с цилиндрической, коническая намотка не требует ни точной установки нитеводителей по высоте, ни точного расположения стакана по высоте кружки. Кроме этого здесь имеется меньшая вероятность намо-та пряжи на нитеводители, так как ход их происходит не по всей высоте кружки, и гораздо легче находить оборвавшийся конец нити. Но у конической намотки существует ряд недостатков. Данная форма намотки более сложная и, соответственно, требует более сложного мотального механизма. При длительных незаправках часто остается незаполненной некоторая внутренняя часть, образуя впадину, а это отрицательно сказывается при размоте кулича.
Высокие скорости вращения центрифугальных веретен, а также сравнительно большие размеры кружки с куличом вызывают увеличенное потребление энергии по сравнению с энергией, потребляемой кольцепрядильными машинами.
Вопросами снижения мощности, потребной для вращения центрифугальных веретен, занимался Дитцус. В своей работе [67] он указывает на большее влияние в расходе энергии размеров наружного диаметра кружки и наличия выступов, и на меньшее влияние высоты кружки. Также автором указываются возможные пути снижения мощности при скоростях центрифуг до 15000 об/мин.
В 1937 году Л. Н. Гинзбургом [8, 94] были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых автором производились замеры потребляемой энергии центрифугальными веретенами: — при изменении диаметра кружки; — при изменении скорости вращения кружки; — при различных формах кружки; — при наличии кожуха и без него. Автором была получена такая же зависимость для определения мощности, что и у Штиля, но с другими величинами показателей степени для п и d. Помимо этого были сделаны выводы, что наличие кожуха резко снижает расход энергии, но это снижение происходит только при закрытом сверху кожухе. Также весьма эффективно изменение формы кружки в направлении уничтожения всяких выступов.
Исследованиями мощности, потребной на вращение центрифуг Японской фирмы «Мицубиси Дзюсен», занимался А. А. Мартиросов [40]. Им была получена зависимость для определения мощности аналогичная формуле Штиля, но со своими величинами показателей степени.
Тейлор в своей работе [69] исследовал вопрос об устойчивости течения жидкости между двумя вращающимися цилиндрами, имеющими общую ось. Поскольку законы гидро- и аэромеханики идентичны, А. И. Макаров использовал выводы данного исследования для случая вращения кружки центрифуги в подвижном чехле. Проводя дальнейшие исследования, автор приходит к выводу, что при создании центри фугальных веретен желательно иметь величину зазора между чехлом и кружкой меньше критического, т.е. меньше того значения, при котором возникает неустойчивость течения воздуха. С. В. Незеленовым в своей диссертационной работе [44] было предложено разделить весь расход энергии на две составляющие: расход энергии на преодоление трения в опорах веретена и расход энергии на преодоление аэродинамических сопротивлений. Автором предлагается при расчете мощности для вращения кружки учитывать аэродинамическое сопротивление на ее боковой поверхности по уравнению (1.2.). Для определения полного расхода энергии, требуемой на вращение центрифуги, необходимо выбрать габариты кружки: диаметр и высоту.
Теоретическое исследование процесса формирования паковки при центрифугальном прядении льна
Процесс наматывания пряжи на паковку является заключительным этапом производства пряжи на прядильной машине и имеет важное технологическое значение [7]. От выбора способа наматывания и качества его осуществления во многом зависит производительность оборудования. Для получения паковки, удовлетворяющей определенным требованиям, необходимо, прежде всего, определить геометрические, кинематические и динамические условия процесса наматывания. Технически это сводится к выбору способа наматывания и созданию соответствующего мотального механизма. На основе работ, описанных в первой главе [82, 13, 60] нами выделены следующие требования для обеспечения условий формирования паковки; 1. любой участок нити внутри и на поверхности намотки должен находиться в положении устойчивого равновесия независимо от влажности среды и условий транспортировки в закрытой таре; 2. форма и структура намотки должны способствовать легкому и свободному сходу нити с паковки при сматывании без слета витков при заданной скорости сматывания; а также способствовать получению рациональной плотности; 3. форма намотки должна быть удобной для упаковки и транспортировки готовых початков и давать при этом минимальный процент порчи из-за слета витков или расползания намотки; 4. если паковка будет обрабатываться отделочными растворами, то структура намотки должна обеспечить свободное прохождение этих растворов по всей ее высоте. Перечисленные требования выполнены, если при получении требуемой структуры и формы учитываются физико-химические свойства нити (род волокна, прочность на разрыв, крутка), последующие технологические операции, которым в дальнейшем подвергается паковка; а также методы получения намотки заданной формы и структуры. Научные основы процесса формирования паковок были заложены в со роковых годах 20 века А. П. Малышевым и А. П. Минаковым [7, 43]. Про должили развивать данную теорию В. Н. Аносов," В. А. Гордеев, Е. Д. Ефремов, А. Ф. Прошков, Г. И. Арефьев, Л. Н. Гинзбург, Г. Д. Селиванова, С. В. Незеленов, А. И. Макаров, Я. И. Коритысский, М. А. Зак, X. 3. Регельман, Г. Хамель и др. [7, 94, 71, 54, 56, 57, 32-34, 8-11]. На основании анализа этих работ мы пришли к выводу, что исследова-лись основные вопросы теории формирования паковок, такие как: 1. исследование точек раскладки и наматывания нити на паковку; 2. построение математических моделей процесса формирования паковок; 3. изыскание способов и средств сообщения заданного натяжения нити перед ее наматыванием на паковку; 4. исследование баллонирования нитей при сматывании или наматывании; 5. нахождение путей выполнения условий равновесия намотки; 6. определение гидравлических свойств паковок, как объектов крашения в аппаратах; 7. определение усилия схода нити с поверхности паковки; 8. выяснение природы доуплотнения тела намотки за счет его укатки; 9. исследование напряженного состояния материала в теле намотки и протекание в нем релаксационных процессов.
При расчете натяжения на третьем участке по формуле (2.1.) Л. Н. Гинзбургом не учитывается ни радиус воронки нитеводителя, ни тот факт, что пряжа на участке АВ (рис. 2.6.) движется не по радиусу, а имеет криволинейную траекторию.
По полученным графическим зависимостям можно сделать вывод о том, что: в конструкции прядильного узла с вращающимся нитеводителем возрастание натяжения пряжи при увеличении скорости вращения кружки менее значительное, что позволяет производить пряжу при более высоких скоростях вращения кружки центрифуги, увеличивая производительность оборудования.
Для второго участка нами предложена методика расчета натяжения пряжи для двух конструктивных решений прядильного узла (для конструкции с вращающимся нитеводителем, ш О, и с невращающимся нитеводите-лем сон=0).
В этом случае на элемент нити dS действуют внутренние усилия натяжения — Р и P+dP (на рис. 2.9. они не показаны), центробежная сила инерции массы элемента нити, F4dS, сила нормального давления поверхности воронки нитеводителя на нить NdSb сила трения нити о поверхность воронки нитеводителя, FmpdS. Будем считать, что силы NdS и iy/5 лежат в одной плоскости, проходящей через ось нитеводителя, вращающегося с постоянной угловой скоростью. Натяжение пряжи при движении ее по поверхности воронки нитеводителя (вращающийся нитеводитель) 1 — зависимость натяжения пряжи на поверхности воронки нитеводителя от радиуса намотки при частоте вращения кружки 1200Q об/мин; 2 — зависимость натяжения пряжи на поверхности воронки нитеводителя от радиуса намотки при частоте вращения кружки 15000 об/мин; 3 — зависимость натяжения пряжи на поверхности воронки нитеводи-теля от радиуса намотки при частоте вращения кружки 18000 об/мин; 4 — зависимость натяжения пряжи на поверхности воронки нитеводи-теля от радиуса намотки при частоте вращения кружки 22000 об/мин. 5 — зависимость натяжения пряжи на поверхности воронки нитеводи-теля от радиуса намотки при частоте вращения кружки 30000 об/мин.
Разработка конструкции нового крутильно-мотального механизма комбинированного способа центрифугального прядения
Для устранения недостатков существующих конструкций прядильных центрифуг, описанных в пункте 3.1., нами предлагаются две новые конструкции крутильно-мотального механизма (с вращающимся нитеводителем и вариант конструкции, в которой нитеводитель движется возвратно-поступательно).
Центри фу гал ьный крутил ьно-мотальный механизм с невращающимся нитеводителем состоит из следующих элементов (рис. З.1.): на шпинделе 1 жестко крепится нижняя крышка 2, которая получает вращательное движение от тесемочной передачи 3. На крышку устанавливается перфорированная кружка 4, удерживаемая сверху верхней крышкой 5, которая запрессована на подшипник 6 на внутренней втулке 8 корпуса 10.
Через корпус 10 и крышку 5 проходит трубка-нитеводитель 9, жестко закрепленная в кронштейне 11 клеммовым зажимом 12. Кронштейн жестко соединен с колоннами кольцевой планки, за счет движения которых нитеводитель получает возвратно-поступательное движение в вертикальном направлении. Такое движение нитеводителя по высоте кружки обуславливает послойную коническую намотку.
Для фиксации верхней крышки относительно съемной кружки предназначена рукоятка 7, которая после наработки кулича перемещается по пазу корпуса 10, поднимая верхнюю крышку 5 для беспрепятственного доступа к кружке с наработанным куличом.
Втулка имеет возможность свободного перемещения в_ вертикальном направлении внутри корпуса, что позволяет легко снимать, устанавливать и поджимать съемную кружку, с целью обеспечения фрикционного замыкания с нижней крышкой 2, и передачи кружке вращательного движения, а также для предотвращения выпадения кружки.
Через корпус 8 и верхнюю крышку 5 проходит трубка-нитеводитель 9, в качестве которой для экспериментального образца использовалось полое веретено с прядильно-крутильной машины ПК-100. Трубка-нитеводитель служит для направления нити, вышедшей из выпускной пары вытяжного прибора, во внутрь кружки центрифуги 4.
Нитеводитель 9 крепится в кронштейне 10, который жестко соединен с колоннами кольцевой планки, благодаря чему нитеводитель получает возвратно-поступательное движение в вертикальном направлении, способствуя раскладыванию нити по всей высоте кружки 4, образуя послойную коническую намотку. Вращательное движение нитеводитель получает от верхней крышки 5 с помощью шпонки 11, закрепленной в шпоночном пазу на ните-водителе 9.
В связи с этим, возникает вопрос о целесообразности такого усложнения конструкции и о трудоемкости изготовления самого нитеводителя, и прядильного узла в целом. Но противопоставить данному факту можно достоинства, имеющиеся у разработанной конструкции: - сопротивление движению нити по нитеводителю значительно меньше, по сравнению с другими вариантами конструкций, вследствие чего нить подвергается меньшему истирающему воздействию; - улучшаются условия распространения крутки; - применение съемной кружки дает возможность получать пригодную для дальнейшей транспортировки и переработки паковку, что позволяет миновать операцию перемотки пряжи; - появляется возможность получения послойной конической намотки как более качественной, по сравнению с крестовой; - анализ и проверка экспериментальной конструкции крутильно-мотального механизма центрифугального типа, собранной на базе прядильной машины ПМ-88-Л5, позволили сделать вывод о возможности получения аналогичной пряжи, как и в базовом варианте, но на более высоких скоростях, увеличив, тем самым, производительность машины.
Кружка центрифуги должна обладать достаточной механической и химической прочностью. Материал кружки необходимо выбирать применительно к специфическим условиям мокрого прядения льна: наличие агрессивной щелочной среды и высокий перепад температуры прядильного цеха после перерыва в работе.
Постоянные интегрирования Ci - С4 определяются из граничных условий в соответствии с деформированным напряженным состоянием кромок оболочки. Если рассматривать расчет тонкостенных оболочек по моментной теории, то учет всех силовых факторов приводит к весьма сложным дифференциальным уравнениям, решение которых сопряжено с математическими трудностями [49]. Поэтому, на практике в большинстве случаев роторы центрифуг рассчитываются как тонкостенные оболочки [58, 5] по безмоментной теории расчета.
Задача наиболее просто решается, если предположить, что напряжения, возникающие в оболочке, равномерно распределены по ее толщине, следовательно, и изгибающие моменты равны нулю (т. н. безмоментная теория расчета). Причем, чем меньше толщина оболочки, тем ближе к истине закон равномерного распределения напряжений по толщине и более точные результаты дает теория. С наибольшим запасом прочности решение получается, когда выполняется равенство: оэке=атах-ат1„.
Разработка динамической модели нового центрифугального прядильного устройства
В процессе проектирования центрифугальных веретен необходимо провести предварительные расчеты по определению критической скорости, амплитуд колебаний верха кружки центрифуги и величины реакций в опо-рах[30]. Целью данных расчетов является проверка работоспособности предлагаемой конструкции, а также возможность выдачи рекомендаций по наиболее оптимальным режимам работы механизма и некоторым его конструктивным параметрам.
Соответствие теоретических и экспериментальных данных во многом зависит от того, насколько правильно составлена расчетная схема. Но, как показывает анализ работ в области центрифугального прядения, провести точный расчет весьма затруднительно, так как на вращающуюся систему центрифуги оказывают влияние теоретически трудно учитываемые факторы: внешнее и внутреннее трение в металле, точность изготовления и сборки механизма и ряд других факторов.
Моменты инерции масс Ju J2, а также моменты трения Мъ фиксирующие кружку центрифуги, соответствуют моментам, показанным на рис. 4.2. Только момент инерции массы верхней крышки Jt будем учитывать вместе с вращающимся внутри ее шпинделем-нитеводителем J$ (J2+J3).
Динамический анализ таких систем сложен с точки зрения их матема-тического описания, поэтому, для упрощения динамической модели введем некоторые допущения. Так как жесткая опора 2 имеет шариковый подшипник и прижимную втулку, поджимаемую пружиной, то в них конструктивно присутствуют радиальные зазоры, а, значит, точка А имеет возможность радиального смещения. Обозначим зазоры как Ьп и Ьв. Тогда суммарный зазор составляет 8=5,,+5,,.
Будем считать, что поджимная пружина обеспечивает жесткий контакт между кружкой центрифуги и фиксирующими ее верхней и нижней крышками, а, следовательно, их можно считать жесткими связями. Конструкцию (кружку центрифуги вместе с прижимными крышками) также можно считать жесткой.
Устойчивое (без колебаний) вращение веретена является непременным условием нормальной работы механизма намотки. Рассмотрим влияние упругого закрепления центрифугального веретена. Если веретено 1 закрепить в жесткой опоре 2 (рис. 4.5.), а центр тяжести С не лежит на геометрической оси вращения 00 (существует эксцентриситет е) и главная ось инерции ZZ не совпадает с геометрической осью 00 (наклонена под углом 8), то наступает статическая и динамическая неуравновешенность. Возникающие при вращении такой системы центробежные силы вызывают повышенную вибрацию механизма.
Если ось ОО расположить в упругой опоре, то центрифуга устанавливается в пространстве, как показано на рис 4.6., то есть она начинает вращаться относительно главной оси инерции. Точки геометрической оси описывают при этом замкнутые кривые, де Рис. 4.6. Схема упругого крепления кружки центрифуги формируя упругую опору. С увеличением угловой скорости наступает эффект самоцентрирования, которому способствует гироскопический момент. Основываясь на работах по динамике веретен [29, 30, 31], рассмотрим динамику центрифугального веретена, закрепленного в упругих опорах с учетом гироскопического момента. Если провести неподвижные оси координат X, Y, Z из центра упругой опоры в положении статического равновесия, то опоры позволяют шпинделю перемещаться вдоль двух осей (кроме оси, проходящей через ось симметрии конструкции) и вращаться относительно всех трех осей. Таким образом, шпиндель обладает пятью степенями свободы.
Остановимся более подробно на вынужденных колебаниях шпинделя. При вращении центрифуги вместе с куличом возникает статическая и динамическая неуравновешенность. Обозначим величину эксцентриситета через е (рис. 4.8.), а малый угол наклона главной оси инерции к оси вращения через 8. Проведем плоскость, перпендикулярную к оси симметрии ротора и проходящую через центр тяжести; отметим проекции координат точки пересечения плоскости с осью вращения через ус и zc, а проекции координат центра тяжести ус и zc.
На основании теоретических исследований, проведенных в пункте 4.3., и в соответствии с формулой (4.15.) определим критические частоты вращения веретена. При этом будем рассматривать крайние случаи: вариант минимального нагружения конструкции (начало формирования кулича) и вариант максимального нагружения (в конце наработки кулича), так как все критические частоты вращения веретена будут находиться между этими значениями.
Результаты расчета позволяют сделать вывод о том, что низшая частота собственных колебаний значительно меньше частоты возмущающего воздействия. Также опасно явление субгармонического резонанса, особенно при разнице в частотах (собственной и возмущающего воздействия) в два раза, когда могут возникать рывки в подаче пряжи, что приведет к неровноте пряжи. Следует отметить, что рабочие частоты вращения веретена лежат за пределами влияния субгармонического резонанса.
