Совершенствование методов проектирования и инструментальной наладки оснастки механизмов торможения станков СТБ

В настоящее время в России наблюдается значительный подъем промышленности, в том числе и текстильной. Рыночные условия отечественной экономики вынуждают производителей текстильных изделий повышать качество тканей и снижать затраты на ее производство. В связи с этим возникает потребность в качественной технологической оснастке текстильного оборудования и в первую очередь оснастке для ткацких машин, где ее износ находится на достаточно высоком уровне.

Любое текстильное предприятие заинтересовано в применении качественной технологической оснастки, позволяющей вырабатывать продукцию высокого качества и выдерживающей длительные сроки службы. В условиях современной рыночной экономики Россию заполнило множество иностранных фирм, предлагающих свою технологическую оснастку ткацкого оборудования. Эта продукция представляет собой высококачественную технологическую оснастку, но наряду с этим она имеет высокие мировые цены, по которым российские текстильные предприятия иногда вынуждены ее приобретать. В ответ, наши отечественные производители стремятся создать свою недорогую технологическую оснастку, отвечающую всем мировым стандартам и способную конкурировать с зарубежными образцами.

Среди ткацких станков наиболее универсальными и одновременно высокопроизводительными в нашей стране являются бесчелночные станки с микропрокладчиками утка типа СТБ, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации при выработке различного ассортимента тканей, как из натуральных, так и из химических и искусственных волокон.

Бесчелночные ткацкие станки типа СТБ имеют высокие показатели качества, надежности и долговечности. Одним из основных элементов технологической оснастки являются тормозные пластины, ответственные за торможение прокладчиков утка в приемной коробке. Обычно тормозные пластины изготовляют из текстолита. Работоспособность таких пластин и всего механизма торможения низка и не отвечает современным требованиям.

Для решения проблемы повышения работоспособности механизма торможения необходимо проведение научно-исследовательских работ по совершенствованию конструкции тормозных пластин, выбору современных материалов и разработке новых методов наладки тормозного устройства. Эти мероприятия должны базироваться на современных методах проектирования и теоретических расчетах.

Одним из путей развития теории расчета тормозных пластин является приложение концептуальных положений механики с применением современных дискретных и численных методов. Такие методы позволяют более эффективно применять компьютерную технику и позволяют разрабатывать более детальные математические модели процесса торможения прокладчика и его контактного взаимодействия с тормозными пластинами.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Применяемые в механизме торможения прокладчиков станка СТБ тормозные текстолитовые пластины не удовлетворяют современным требованиям текстильного производства по следующим причинам: тормозные пластины вследствие низких фрикционно-износных характеристик текстолита обладают низким сроком службы. По статистическим данным собранным на ряде текстильных предприятий, срок службы нижних текстолитовых пластин составляет около 65−80 смен, а верхних'— 40−50 сменбыстрая изнашиваемость тормозных пластин, в свою очередь, приводит к преждевременному выходу из строя прокладчиков утка из-за сминания мыска при ударе о возвратное устройство, а также простоя станков при регулировке механизма торможения прокладчиков утка и замене изношенных пластин.

К недостаткам текстолитовых тормозных пластин следует отнести также большую трудоемкость их изготовления путем механического вырезания пластин из листов текстолита. На изготовление одного комплекта тормозных пластин, включающего в себя три пластины различной конфигурации, затрачивается в среднем 30 мин.

Таким образом, анализ работ по совершенствованию тормозного устройства прокладчиков утка станков СТБ, а также опыт эксплуатации тормозных пластин на текстильных предприятиях показал, что надежного торможения прокладчиков утка не обеспечивает ни одна из существующих конструкций тормозных пластин.

Проектирование тормозных пластин в настоящее время проводится практическими методами подбора материала, дальнейшего изготовления и производственной проверки работоспособности в условиях текстильных предприятий. Это, во-первых, требует больших материальных затрат и времени, а, во-вторых, не всегда приносит объективные показатели результатов из-за низкой организации испытаний на текстильных предприятиях.

Современные методы проектирования, базируются на применении компьютерных технологий, которые повышают качество проектирования и сокращают сроки получения принципиально новых решений. Эти приемы должны, в полной мере, относится и к технологии проектирования тормозных пластин. Существующие методы расчета и проектирования тормозных пластин не отвечают современным требованиям и нуждаются в существенной доработке и обновлении.

Таким образом, вопросы совершенствования оснастки механизма торможения станков СТБ, методов их расчета и инструментальной наладки, решаемые в данной работе, приобретают в настоящее время особую актуальность.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью работы является, на основании исследования механики тормозного устройства прокладчиков утка станка СТБ, повысить его работоспособность, путем создания новой конструкции тормозных пластин из износостойкого полимерного материала, разработать методику их расчета и инструментального контроля качества наладки тормозного устройства.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

— классификация и исследование эксплуатационных факторов, влияющих на работоспособность тормозных пластин, методика их количественной оценки и среднего срока службы;

— исследована кинематика движения прокладчика и механизма торможения в процессе торможения;

— разработана методика анализа силового взаимодействия прокладчика с тормозными пластинами;

— разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния тормозных пластин в процессе торможения прокладчика;

— разработана динамическая модель тормозного устройства и методика расчета динамики тормозных клапанов;

— разработаны и исследованы полимерные материалы взамен текстолитовых для изготовления тормозных пластин;

— разработана технология изготовления тормозных пластин повышенной работоспособности для станка СТБ и обеспечено их внедрение в текстильной промышленности;

— разработано устройство для инструментальной оценки качества наладки тормозного устройства.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Задачи, поставленные в диссертации, решаются теоретическими методами математического анализа с использованием аппарата теоретической механики, механики деформируемого твердого тела, механики контактного взаимодействия твердых тел и теории надежности. Методы расчета и их приложение, в первую очередь, направлены на использование компьютерных технологий.

Математический анализ и частные расчеты, а также статистическая обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с использованием компьютерной математической системы «MathCad» .

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования с использованием современной электронной и механической измерительной аппаратуры на специальных стендах.

Основные теоретические положения диссертационной работы апробированы непосредственно на ткацких станках текстильных производств.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

1. На основе анализа эксплуатационных факторов, влияющих на работоспособность тормозных пластин, получена качественная оценка отказов, которая позволяет определить дальнейшие пути совершенствования конструкции тормозных пластин.

2. Разработана математическая модель и методика расчета напряженнодеформированного состояния тормозных пластин при взаимодействии с прокладчиком утка.

3. Разработана динамическая модель тормозного устройства и проведен динамический анализ реакции клапанов на влет прокладчика под тормозные пластины.

4. Предложена методика и устройство для инструментальной оценки качества наладки тормозного устройства.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Разработан новый композиционный литьевой полиуретановый материал взамен текстолита, позволяющий повысить работоспособность тормозного устройства прокладчиков утка и повысить производительность ткацкого станка СТБ. Разработанные технология производства полиуретановых тормозных пластин, методика и устройство для инструментальной наладки тормозного устройства используются на текстильных предприятиях России.

Испытания указанных тормозных пластин на ряде текстильных предприятий показали, что пластины обеспечивают плавное и стабильное торможение прокладчиков утка в приемной коробке.

На устройство для инструментальной наладки тормозного устройства приемной коробки получен патент на полезную модель.

Теоретические разработки и экспериментальные стенды используются в учебном процессе на кафедре теории механизмов и машин и проектирования текстильных машин КГТУ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку:

— на всероссийском семинаре по теории машин и механизмов Российской академии наук (Костромской филиал, 2005).

— на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности». (Прогресс-2005), Иваново, 2005.

— на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен — 2004), Костромской государственный технологический университет, 2004 г.

— на всероссийской научно-технической конференции «Лен на пороге XXI века», Вологда, 2000.

— на расширенном заседании кафедры теории машин и механизмов и проектирования текстильных машин Костромского государственного технологического университета, 2006 г.

Публикации. Основные результаты работы отражены в 6 работах, из них: 2 статьи, 1 патент (входит в перечень рекомендованных ВАК), 3 тезисах докладов на международных научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Основное содержание работы изложено на 126 страницах, содержит 35 рисунков и 8 таблиц. Библиографический список включает 76 источников.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. В результате анализа литературных источников выявлено, что недостаточно исследованы вопросы проектирования и выбора материала тормозных пластин, а также вопросы инструментальной наладки механизма торможения прокладчиков утка.

2. Разработана классификация факторов влияющих на работоспособность механизма торможения прокладчиков. Определены перспективные направления по повышению работоспособности механизма торможения.

3. Усовершенствована методика расчета кинематических и силовых параметров процесса торможения прокладчиков, которая обеспечивает учет демпфирующих свойств тормозных элементов.

4. Разработана новая конструкция тормозных пластин, которая позволила отказаться от упругих резиновых амортизаторов и применения текстолитовых тормозных пластин.

5. Определен рациональный состав композиционного термопластического полиуретана для изготовления тормозных пластин.

6. Динамические исследования позволили разработать инструментальный способ наладки механизма торможения прокладчиков.

7. Разработано устройство для контроля наладки механизма торможения прокладчиков, которое позволяет достичь равномерного износа тормозных пластин и увеличить срок их службы.

8. Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «ЦНИИМашде-таль», где организовано их серийное производство.