Разработка моделей и анализ динамики вытяжных пар ленточных машин

Для современного прядильного производства характерно повышенное качество к выпускаемой продукции, повышение надежности и работоспособности отдельных машин и узлов и эффективность их использования.

Одно из основных мест, в прядильном производстве занимает процесс вытягивания. Поэтому в современных условиях, при высоких скоростях выпуска и необходимости повышения надежности к вытяжным приборам и в частности к вытяжным парам должны предъявляться повышенные требования в плане обеспечения выходного продукта требуемых свойств, качеств и характеристик. Исследование динамических условий работы и оценка колебаний вытяжных пар на качество выпускаемого продукта является одной из основных задач для текстильного машиностроения. Для решения данной задачи необходимо проведение широких теоретических и экспериментальных исследований динамических условий работы вытяжных пар. С использованием при этом современных средств моделирования и программирования, что существенно ускоряет процесс обработки данных и поиска оптимальных параметров. Это позволить выявить наиболее важные факторы, влияющих на уровень нагрузок в механизме и постоянство усилий зажима волокнистого материала по длине валика и дать предпосылки к проектированию вытяжных приборов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы

В многопереходном предпрядильном производстве важное место занимает технологический процесс вытягивания в вытяжном приборе ленточных машин. Дефекты вытяжного прибора коррелируют с неровнотой входного продукта тем самым, влияя на качество конечного продукта. Поэтому решение задач, направленных на повышение технического состояния и совершенствование механизмов и устройств, осуществляющих процессы вытягивания, постоянно растет, особенно при тенденции к увеличению скоростных режимов машин.

В диссертации в качестве объекта исследований выбран вытяжной прибор ленточной машины, поскольку его конструкция и условия эксплуатации позволяют выделить общие проблемы проектирования валичных вытяжных механизмов.

В многочисленных исследовательских работах, которые посвящены вытяжным приборам, и, в частности анализу динамики вытяжных пар, вопросы динамики в основном рассматривались на базе линейных математических моделей в предположении постоянства скоростей вращения цилиндра и валика. В то же время недостаточно внимания уделялось вопросам выбора и обоснования динамических моделей, изучению влияния" различных факторов (нелинейности упругих параметров, зазоров, точности изготовления< и т. п.) на динамику вытяжных пар и оценке влияния динамических характеристик вытяжных пар на процесс вытягивания.

В связи с этим, в настоящей работе ставилась задача проведения уточненного анализа динамики вытяжных пар ленточных машин с использованием различных динамических моделей и при’различных формах учета упругих свойств системы. Данная задача является актуальной для текстильной промышленности, а ее решение способствует повышению научного уровня проектных и конструкторских работ за счет более полного учета характеристик динамического взаимодействия вытяжных валиков с цилиндрами и с перерабатываемым продуктом. Важной частью диссертации является анализ влияния динамических характеристик вытяжного прибора на качественные показатели его работы и разработка соответствующего программного обеспечения.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка ряда методик и программного обеспечения, на базе которых достигается возможность рационального выбора геометрических и физических параметров вытяжных пар посредством проведения многовариантных расчетов их динамических характеристик в процессе проектирования вытяжных приборов.

В задачу исследований были включены следующие вопросы:

1. Разработка ряда динамических моделей, в которых нажимной валик рассматривается как жесткий ротор с пятью степенями. свободы, установленный в упругих опорах и опирающийся на упругое основание. (Эти модели изучаются в-порядке возрастания точности учета различных параметроввытяжных пар.).

2. Составление и анализ для всех типов моделей уравнений движения нажимного валика с различными способами учета распределения упругих свойств эластичного покрытия по длине валика для случаев установившегося и неустановившегосярежимов движения вытяжной пары.

3. Сопоставление расчетных динамических характеристик нажимных валиков при учете упругих свойств эластичного покрытия в линейной и нелинейной формах.

4. Разработка программного обеспечения для анализа динамики вытяжных парсравнительный анализ моделейи выбор модели, рекомендуемой для практического использования.

5. Определение и оценка факторов, оказывающих основное влияние на динамические условия работы вытяжных пар. Формулировка требований к конструкциям вытяжных пар.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач использовались общие положения теоретической механики, теории колебаний, динамики машин и теории процесса вытягивания в прядильном производстве. Предложенные математические модели описывались, базируясь на аппарате линейных и нелинейных дифференциальных уравнений. Решение систем дифференциальных уравнений движения, выполнялось численными методами с использованием современных возможностей ЭВМ.

Достоверность полученных результатов подтверждается научным обоснованием разработанных динамических моделей, использованием имеющихся в технической литературе экспериментальных данных и многочисленными машинными (вычислительными) экспериментами.

Научная новизна. В процессе выполнения диссертационной работы были получены следующие новые научные результаты:

1. Разработаны новые динамические и математические модели нажимного валика ленточной машины, учитывающие упруго-диссепативные свойства эластичного покрытия. Получены системы линейных и нелинейных дифференциальных уравнений.

2. Разработана методика определения зависимостей от обобщенных координат, сил и моментов, действующих на нажимной, валик при' контакте эластичного покрытия с вытяжным цилиндром.

3. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для исследования движения нажимного валика для различных типов, разработанных математических моделей.

4. Проведен анализ влияния зазоров между концевыми втулками нажимного валика и, пазами на динамику нажимного валика.

5. Разработана методика анализа переходного и установившегося режимов движения вытяжных пар, с учетом динамической характеристики1 двигателя ленточной машины.

Практическая значимость результатов работы. Научные положения диссертации доведены до практической реализации расчетных методов в виде отлаженных на ПЭВМ программных средств, обеспечивающих снижение трудозатрат на проведение проектно-конструкторских работ при одновременном повышении их научного уровня.

Методы расчета динамических характеристик вытяжных пар и соответствующие программы для ПЭВМ используются в учебном процессе на кафедре «Машиноведения» Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна при подготовке студентов специальности 170 700 «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности» и направления 551 800 «Технологические машины и оборудование». (Курсы «Динамика машин отрасли», «Проектирование машин отрасли», курсовое и дипломное проектирование). 1.

Апробация работы.

Основные положения работы были доложены на следующих конференциях: Всероссийской научно-технической конференции^студентов и аспирантов «Дни науки-2004», г. С-Петербург, 2004, 2005; Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности Текстиль — 2005», г. Москва, 2005; Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности», г. СПГУТД, 2007; на научно-технических семинарах кафедры машиноведения СПГУТД в 2005 — 2007 годах.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано три статьи и тезисы четырех докладов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста и приложений. Содержит 139 страниц машинописного текста и 71 рисунок и библиографический список из 70 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Рассмотренные в диссертационной работе вопросы охватывают ряд наиболее важных и недостаточно исследованных сторон общей проблемы создания высококачественных конструкций вытяжных приборов и вытяжных пар. Для исследования установившихся и неустановившихся режимов работы вытяжных пар разработаны математическое и алгоритмическое обеспечение, которые позволяют учитывать все основные факторы, определяющие стабильность и надежность работы вытяжных приборов, а также производить оценку влияния их динамических характеристик на работу вытяжных пар.

На основании проведенных исследований вытяжных пар могут быть сделаны следующие выводы:

1. Сравнительный анализ рассмотренных динамических моделей вытяжных пар показал, что для практического использования предпочтительна динамическая модель с распределенными упругими свойствами эластичного покрытия.

2. При исследовании динамических характеристик вытяжной пары необходим учет нелинейных свойств эластичного покрытия нажимного валика.

3. Разработанная методика определения зависимостей от обобщенных координат упругих сил и моментов, возникающих при взаимодействии нажимного валика с цилиндром по длине линии их контакта, обеспечивает более точное соответствие динамической модели и реальной конструкции вытяжной пары.

4. Выявлено, что основными возмущающими факторами, вызывающими колебания нажимного валика, являются его неуравновешенность и погрешность формы вытяжного цилиндра.

5. Анализ зависимостей амплитуд колебаний нажимных валиков от частоты возмущения показал, что вытяжные пары ленточных машин работают в дорезонансной зоне и все вращающиеся части вытяжного прибора можно отнести к классу жестких роторов.

6. Установлено, что особое внимание необходимо уделять повышению точности изготовления и монтажа вытяжных пар, особенно, нажимных пружин. Различия в коэффициентах жесткости и предварительных деформациях нажимных пружин, установленных в левой и правой опорах, приводит к неравномерности усилия зажима волокон по длине валика и к появлению дополнительной неровноты ленты.

7. Расчетные методики реализованы в виде программ в среде Matlab, их работоспособность и использование при проектировании и модернизации вытяжных приборов обеспечивает возможность создания конструкций с улучшенными динамическими и технологическими характеристиками.