Разработка механизма наматывания без принудительного привода катушек льняной ровничной машины

В настоящее время перед текстильной промышленностью России стоит задача перехода на использование собственного сырья. В стране работает программа по возрождению производства льняных пряж и тканей. Поэтому, очень актуальным вопросом является разработка новых технологий и оборудования в льняном текстильном производстве, позволяющих снизить себестоимость и повысить качество продукта. Продуктом повышенного качества может быть льняная пряжа малой линейной плотности и малой неровноты по массе и разрывной нагрузке. Такая пряжа позволит получать тонкие льняные ткани и льняной трикотаж.

Снижение себестоимости льняной пряжи возможно за счет уменьшения стоимости оборудования, уменьшения амортизационных отчислений, уменьшения времени обслуживания машин, повышения их КПВ, уменьшения количества ремонтов.

Одними из самых сложных машин прядильного производства являются ровничные машины. Эти машины металлоемки, сложны по конструкции, трудоемки в изготовлении и наладке. Сложность конструкции и наладки ровничных машин обусловлена тем, что при наматывании, для поддержания постоянного натяжения ровницы в зоне намотки, необходимо регулировать скорость вращения катушки. Для этого в машине установлены вариатор скорости и дифференциал, механизм передачи движения от дифференциала к катушкам.

Качество ровницы и структура ее намотки на катушку оказывает большое влияние на свойства вырабатываемой из нее льняной пряжи.

Работ, посвященных изучению процесса изменения натяжения ровницы в процессе наработки съема на льняных ровничных машинах, нами не обнаружено. Натяжение и плотность намотки в настоящее время регулируется путем подбора сменных шестерен.

Как показал анализ работ, посвященных изучению процесса наматывания ровницы на хлопковых ровничных машинах — коноидный вариатор не обеспечивает постоянства натяжения ровницы при наматывании.

Кроме того, существующие механизмы наматывания с принудительным приводом катушек могут обеспечить лишь один вид структуры намотки, а именно, структуру намотки с постоянным шагом укладки витков.

При выработке льняной пряжи мокрым способом прядения, для повышения прядильной способности волокна, применяется химическое облагораживание льняной ровницы. От качества химической обработки льняной ровницы зависит обрывность в прядении, неровнота пряжи по массе и разрывной нагрузке. Качество химической обработки ровницы определяется плотностью намотки ровницы на катушку и распределением плотности по радиусу и образующей катушки. Равномерность плотности намотки, зависит от натяжения наматываемой ровницы, а также от структуры намотки ровницы.

Исследования, посвященные изучению влияния вида структуры намотки на качество протекания процессов жидкостной обработки (крашение, отбелка и т. д.) показали, что структура намотки ровницы, формируемая на современных льняных ровничных машинах, не является оптимальной с точки зрения обеспечения требуемого качества химической обработки ровницы.

Анализ существующих механизмов наматывания ровницы с принудительным приводом катушек показывает, что все они весьма сложны по кинематике, изготовление и наладка машины с такими механизмами сложна и трудоемка. Кроме того, механизмы с принудительным приводом катушек не могут обеспечить точного выполнения законов наматывания и не позволяют изменять структуру намотки ровницы на катушках. Поэтому вопрос использования механизма наматывания ровничной машины, работающего по другому принципу и лишенного ряда недостатков, присущих механизму с принудительным приводом катушек, актуален.

Данная работа выполнена в рамках научно-технической программы «Русский лен» .

Целью настоящей работы является анализ процесса наматывания льняной ровницы и разработка механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тормозком для льняных ровничных машин.

В работе были поставлены и решены следующие задачи:

— проанализированы существующие механизмы наматывания ровницы;

— разработан механизм наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком, позволяющий получать паковки с различной структурой намотки;

— проведен теоретический анализ процесса наматывания ровницы на льняных ровничных машинах с использованием предлагаемого механизма наматывания;

— определены законы изменения силы тока в обмотке тормозка, необходимые для поддержания постоянного натяжения ровницы в зоне намотки, при наработке съема, и обеспечения синхронного останова катушки и рогульки при останове машины;

— разработана адаптивная система управления торможением ровничной катушки, обеспечивающая необходимое изменение силы тока в обмотке индукционного тормозка как в процессе наработки съема, так и в процессе останова машины;

— разработана методика определения уровня натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах;

— проведен сравнительный анализ характера изменения натяжения ровницы при ее наматывании как с применением обычного механизма наматывания, так и с использованием механизма наматывания без принудительного привода катушек;

— проведены сравнительные испытания ровницы, полученной при использовании обычного и предлагаемого механизмов наматывания и пряжи из нее, подтвердившие работоспособность предлагаемого механизма;

— проведен сравнительный анализ себестоимости ровничных машин с обычным и предлагаемым механизмами наматывания.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

— разработана математическая модель процесса намотки льняной ровницы с использованием механизма наматывания без принудительного привода катушек с индукционным тормозком и определены законы изменения силы тока в обмотке индукционного тормозка, необходимые для обеспечения постоянного натяжения ровницы в процессе наматывания;

— разработана методика определения уровня натяжения льняной ровницы в процессе ее наматывания.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

— разработан новый механизм наматывания льняной ровницы, позволивший наматывать ровницу с постоянным натяжением и формировать крестовую структуру намотки ровницы, способствующую лучшему протеканию процесса химической обработки;

— даны рекомендации по модернизации льняных ровничных машин, которые могут быть использованы конструкторскими бюро при проектировании новых ровничных машин;

— разработана адаптивная система управления силой тока в обмотке индукционного тормозка;

— разработано устройство для измерения натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах;

— результаты работы приняты к использованию в разработках Костромским СКБТМ.

Общие выводы.

1. Анализ существующих механизмов наматывания ровницы показал, что механизмы наматывания ровницы с принудительным приводом катушек сложны и металлоемки, не позволяют наматывать ровницу с постоянным натяжением. Структура намотки, формируемая при помощи такого механизма, неизменна из-за наличия жесткой кинематической связи между механизмами, обеспечивающими раскладку ровницы по образующей катушки и приводящими ее во вращение.

2. Разработан механизм наматывания льняной ровницы без принудительного привода катушек с индукционным тормозком, позволяющий получать паковки с различной структурой намотки.

3. Проведен теоретический анализ процесса наматывания льняной ровницы с использованием предлагаемого механизма наматывания, показавший, что механизм наматывания без принудительного привода катушек обладает свойствами автостабилизации натяжения ровницы при малых колебаниях параметров субъектов системы наматывания (радиуса наматывания, длины зоны намотки, жесткости ровницы и др.). Создана математическая модель, позволившая проанализировать поведение системы наматывания ровницы в различные периоды работы машины и при различных видах возмущения.

4. Определены законы изменения силы тока в обмотке тормозка, необходимые для поддержания постоянного натяжения ровницы в зоне намотки при наработке съема, и обеспечения синхронного останова катушки и рогульки при останове машины, точное соблюдение которых позволит наматывать ровницу с постоянным натяжением и обеспечит отсутствие провиса ровницы в зоне намотки при останове машины.

5. Разработана адаптивная система управления торможением ровничной катушки, обеспечивающая необходимое для поддержания постоянного натяжения изменение силы тока в обмотке индукционного тормозка как в процессе наработки съема, так и в процессе останова машины. Система обеспечивает изменение силы тока в обмотке индукционного тормозка в функции числа наработанных слоев, и осуществляет адаптивное управление силой тока в обмотке тормозка при останове ровничной машины.

6. Разработана методика экспериментального определения уровня натяжения ровницы при наматывании ее на льняных ровничных машинах, позволяющая исследовать характер изменения натяжения ровницы при намотке ее с использованием различных механизмов наматывания. Исследования показали, что механизм наматывания ровницы с принудительным приводом катушек, применяемый на современных льняных ровничных машинах, не позволяет наматывать ровницу с постоянным натяжением при изменении радиуса наматывания. Сравнительный анализ характера изменения натяжения ровницы при ее намотке с обычным и предлагаемым механизмами наматывания показал, что последний обеспечивает более стабильное натяжение ровницы в процессе наработки съема.

7. Проведены сравнительные испытания ровницы, полученной при использовании обычного и предлагаемого механизмов наматывания, и пряжи из нее, подтвердившие работоспособность предлагаемого механизма.

8. При использовании предлагаемого механизма наматывания с индукционными тормозками конструкция ровничной машины значительно упрощается, так как отпадает необходимость в целом ряде узлов и деталей. В результате, расчетная себестоимость машины снижается на 10%. Сокращение числа деталей в ровничной машине и упрощенная наладка машины позволит снизить затраты на ремонт, сократить простои при их проведении.

9. Возможна модернизация существующих ровничных машин с монтажом на них предлагаемого механизма наматывания.