Исследование и усовершенствование механизмов нитеподачи основовязальных машин

Актуальность темы

Принятий ХХУ1 съездом КПСС план развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 г г и на период до 1990 г предусматривает быстрые темпы развития производства трикотажных изделий с применением синтетических волокон. Для обеспечения массового выпуска трикотажных изделий на уровне лучших образцов мирового стандарта необходимо технически перевооружить трикотажные фабрики на базе широкого внедрения современного высокопроизводительного оборудования. Это требует от трикотажного машиностроения выпуска машин, способных к устойчивой высокоскоростной работе при выработке самого разнообразного ассортимента продукции. Решение этих задач, в свою очередь, требует проведения значительной научно-исследовательской и проектно-конструкторской работы, направленной на техническое усовершенствование трикотажных машин, оснащение их различными автоматическими устройствами. Среди всего многообразия трикотажных машин основовязальные машины (овм)относятся к наиболее высокопроизводительному и перспективному трикотажному оборудованию. Эти машины перспективны как в отношении возможностей дальнейшего повышения производительности, так и в отношении наибольшей их пригодности для переработки синтетических волокон Б полотно, изделия из которого пользуются большим спросом у населения из-за их красивого внешнего вида, удобства в носке и гигиеничности. Одним из важнейших механизмов ОШ, определяющих качественную сторону процесса петлеобразования, является механизм нитеподачи. Основным показателем, характеризующим работу этого механизма, является стабильность натяжения нитей основы, подаваемых с навоя. к петлеобразующим органам машины, при различных режимах ее работы. Натяжение нитей является весьма важным технологическим параметром основовязального процесса, определяющим не только длину петли готового полотна, т. е. его плотность, но и обрнвность ни* тей, износ игольно-платинных деталей петлеобразующих органов ма" шины, а также технологическую нагрузку, т. е. затраты мощности на I кг полотна. Кроме того при больших отклонениях величины натя" жения нитей от заданного происходит массовый обрыв нитей, поломки игольно-платинных деталей или другие дефекты, приводящие к длительному простою оборудования. Поэтому, контроль и стабилизация минимально необходимого для нормального протекания процесса петлеобразования натяжения нитей на всех режимах работы О Ш при выработке самых различных переплетений имеют весьма важное значе* ние. Необходимость стабилизации натяжения нитей еще больше воз-* растает в связи с широким использованием химических волокон, которые допускают значительные пластические деформации, но затем приводят к снижению качества готового полотна и изделий из него. Учитывая высокие скорости современных О Ш, а также весьма сложный закон потребления нитей петлеобразующими органами, ста-* новится очевидным тот факт, что для обеспечения стабилизации натяжения нитей на всех режимах работы основовязальной машины необходимо, чтобы механизмы нитеподачи были автоматическими системами регулирования и обладали значительным быстродействием. Механизмы нитеподачи современных ОВМ как отечественного, так и зарубежного производства в соответствии с принципом работы и выполняемыми функциями, являются системами автоматического регулирования G A P нитеподачи, в которых в качестве регулирующего и исполнительного органа используются конусные вариаторы с жестким промежутком элементом. Наблюдения за работой этих механизмов, производившиеся на трикотажных фабриках страны, выявили ряд недостатков, присущих вариатору, и показали, что существующие механизмы нитеподачи не обладают необходимым быстродействием, а динамические процессы, происходящие именно в данных механизмах в переходных режимах работы машины, вызывают отклвнение натяжения нитей от установившегося значения. Это приводит к изменению параметров петель и, как следствие, к дефекту основовязаного полотна поперечной полосатости, снижающей качество готовых изделий на 25−30, Кроме того наблюдениями также установлено, что при некоторых скоростях О Ш по мере срабатывания навоев ВОЗНИКЕЬ ют весьма значительные изгибные колебания навоя, которые приводят к интенсивному износу посадочных мест катушек и механических соединений, а также к дополнительным вибрациям нитей и скало. Указанные колебания увеличивают ворсистость нитей и, как еледет" вне, их обрывность, а также приводят к дефекту основовязаного полотна зебристости. Несмотря на ряд вышеперечисленных недостатков, присущих механизмам нитеподачи современных О Ш до настоящего времени не было работ, посвященных исследованию причин возникновения и способов устранения этих недостатков. В связи с этим задача исследования и усовершенствования существующих механизмов подачи основы, а также разработки новых быстродействующих автоматических систем нитеподачи, устраняющих поперечную полосатость и улучшающих качество основовязанного полотна, является весьма актуальной. Цель работы, В соответствии с вышеизложенным настоящая работа ставит своей целью: -разработать методику комплексного расчета кинематических, силовых и динамических характеристик конусного вариатора, используемого в системах нитеподачи современных ОВМ, и выявить их влияние на процесс нитеподачи при различных режимах работы машиныусовершенствовать существующие конструкции вариаторов путём выбора оптимальных кинематических, силовых и конструктивных параметровисследовать причины возникновения и наметить способы устранения поперечных колебаний навоевразработать и исследовать новую быстродействующую САР нитеподачи с индивидуальным электроприводом, исключающую влияние на подачу нитей большого и переменного во времени момента инерции навоя и устраняющую поперечную полосатость основовязаного полотна навсех режимах работы ОВМ. Научная новизна. Результаты, представленные в работе, относятся к исследованию и усовершенствованию механизмов нитеподачи с конусным вариатором, применяемых на современных основовязальных машинах, разработке и исследованию новой системы автоматического регулирования подачи нитей с импульсным управлением индивидуальным электроприводом, обеспечивающей стабилизацию натяжения нитей при всех режимах работы машины. При проведении теоретических и экспериментальных исследований автором лично впервые: исследованы кинематические и силовые характеристики конусного вариатора с учетом перекоса оси вращения промежуточного элемента и получены аналитические зависимости для определения относительного движения элементов фрикционных пар вариатора, а также усилий принудительного перевода и самоперевода промежуточного элемента, обусловленного перекосом оси его вращенияисследованы динамические характеристики механизма нитеподачи с конусным вариатором в переходном, редукторном и регулировочном режимах работы вариатора с учетом и без учета упругости звеньев и зазоров в кинематических парах механизма и получены аналитические зависимости для определения оптимальной (из ус"9ловия максимального быстродействия) скорости перевода промежуточного элемента, а также необходимого усилия прижима фрикционных элементов вариатора при различных режимах его работыопределены экспериментально значения коэффициентов трения фрикционных пар конусного вариатора, работающих в масляной ваннесоставлены динамические модели и исследованы изгибные колебания навоев основевязальных машин, а также предложено ряд способов, устраняющих эти колебанияразработана и исследована быстродействующая система автоматического регулирования нитеподачи, с импульсным управлением индивидуальным электроприводом, исключающая влияние на подачу нитей большого и переменного во времени момента инерции навоя, Практическая ценность, В процессе наладки, эксплуатации и ремонта механизмов нитеподачи основовязальных машин, а также при усовершенствовании существующих и разработке новых систем нитеподачи представляют практическую ценность следующие результаты научных исследований, разработок и рекомендаций: методика комплексного расчета кинематических, силовых и динамических характеристик конусного вариатора с учетом и без учета перекоса промежуточного элемента, в переходном, редукторном и регулировочном режимах его работы, позволяющая с единых теоретических позиций определить все возможные относительные движения элементов фрикционных пар вариатора и их скорости в этих движениях, усилия принудительного перевода и самоперевода промежуточного элемента, объяснить причины поломок элементов вариатора и наметить способы их устранения, обосновать возможность и целесообразность управления вариатором с помощью перекоса оси вращения его промежуточного элемента, а также определить оптимальную скорость перевода и необходимое усилие прижима этого элемента и обосновать целесообразность применения в исследуемом вариаторе автоматичес* кого нажимного устройстваметодика расчета изгибных колебаний навоев, позволяющая выявить причины возникновения этих колебаний, наметить способы их устранения и ликвидировать дефект основовязаного полотна-зебристостьбыстродействующая система автоматического регулирования нитеподачи с импульсным управлением индивидуальным электроприводом, позволяющая стабилизировать натяжение нитей в переходных режимах работы машины и. устранить дефект основовязаного полотнапоперечную полосатость. Реализация результатов работы в промышленности. На протяжении ряда лет автором совместно с Кременчугской трикотажной фабрикой и Оршанским заводом «Легмаш» проводились работы по разработке методики расчета и усовершенствованию существующих механизмов нитеподачи основовязальных машин, а также разработке и исследованию новых быстродействующих САР нитеподачи, улучшающих качество и устраняющих поперечную полосатость основовязаного полотна, Основные экспериментальные исследования кинематических, силовых и динамических характеристик механизмов нитеподачи с конусным вариатором и работы, направленные на усовершенствование этих механизмов, проводились на Оршанском заводе «Легмаш», а также Кременчугской трикотажной фабрике, технические советы которых одобрили результаты работы и приняли ряд рекомендаций для производственного использования. В настоящее время при наладке, эксплуатации и усовершенствовании существующих, а также разработке новых систем нитеподачи конструкторским бюро трикотажных машин Оршанского завода «Легмаш» .и Кременчугской трикотажной фабрикой используются следующие результаты научных исследований, разработок и ре" комендаций: методика комплексного расчета кинематических, силовых и динаIIмических характеристик механизмов нитеподачи с конусным вариатором при различных режимах его работы, позволяющая выбирать оптимальные кинематические, силовые и конструктивные параметры вариаторарасчет автоматического нажимного устройства, обеспечивающего оптимальное усилие прижима фрикционных элементов вариатора и улучшающего его динамические характеристики на всех режимах работы, а также способствующего увеличению к.п.д. вариатораметодика расчета изгибных колебаний навоев и способы устранения этих колебаний, позволяющие ликвидировать дефект основовязаного полотна-зебристостьбыстродействующая САР нитеподачи с импульсным управлением индивидуальным электроприводом, исключающая влияние на нитеподачу момента инерции навоя и обеспечивающая выработку основовязаного полотна высокого качества на всех режимах работы машины. Использование на Кременчугской трикотажной фабрике перечисленных выше научных исследований, разработок и рекомендаций способствует увеличению коэффициента полезного времени ОВМ за счет уменьшения их простоев на снижению обрывности нитей за-счет улучшения условий их подачи в зону петлеобразования на 24%, повышению качества основовязаного полотна за счет устранения изгибных колебаний навоев, а также улучшению условий обслуживания машин. В процессе проектирования и расчета механизмов нитеподачи ряд результатов научных исследований разработок и рекомендаций используются Ленинградским специальным конструкторским бюро трикотажных машин. Апробация работы. Основные положения работы доложены и получили положительную оценку на: заседании кафедры теории механизмов, приборов и машин Моековского ордена Трудового Красного Знамени текстильного института им. А. Н. Косыгиназаседании кафедры проектирования текстильных машин им. А. Н. Косыгинасовместном заседании кафедры технической механики Кременчугского филиала ХПИ и технического совета Кременчугской трикотажной фабрикитехническом совете Оршанского завода «Легмаш» — техническом совете Ленинградского специального конструкторского бюро трикотажных машин. МОСКОБ*" ского ордена Трудового Красного Знамени текстильного института I ОБЗОР МЕХАНИЗМОВ НИТЕПОДАЧИ СОВРЕМЕННЫХ ОСНОЮВЯЗАЛЬНЫХ М Ш Н И РАБОТ, П С Я Е Н Х ИХ ИССЛЕДОА И ОВЩН Ы ВНЮ АИ 1 1 Обзор существующих и предлагаемых механизмов нитеподачи для быстроходных основовязальных машин За последние 20 лет скорость основовязальных машин (ОБМ) существенно повысилась и достигла в настоящее время I600-f2000 об/мин у вертелок I и 1200 об/мин у рашель-машин 2 что позволяет и последние отнести к высокоскоростным, Увеличение скорости О М и расширение их ассортиментных возВ можностей, а также установившаяся тенденция увеличения нитеемкости навоев потребовали коренного усовершенствования механизмов нитеподачи с учетом требований, предъявляемых к ним технологией основоБязания. Этим объясняется тот факт, что за последние 20 лет авторскими свидетельствами и патентами было предложено свыше двухсот механизмов нитеподачи. Наиболее технически совершенные из них нашли практическое применение на современных О М и будут р, а с В смотрены нами несколько ниже. Очевидно, решение задачи по созданию более совершенных механизмов нитеподачи невозможно без знания требований, которым они должны удовлетворять для обеспечения необходимых параметров основовязаного полотна. Поэтому, при синтезе и анализе механизмов нитеподачи, оценке их достоинств и не* достатков необходимо учитывать их функциональное назначение и требования, которые к ним предъявляются современной технологией основоБязания. В общем случае р и с 1 1 система нитеподачи современной О М В состоит из навоя с нитями, механизма вращения навоя (привода наверхнее скало оттяжной валик Рис, I. IТехнологическая схема упругой запра.

ОБЩЙЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. В связи с высокими скоростями современных основовязальных маян, весьма сложным законом потребления нитей и большой инеродоннос-ыо навоев, а также структурным и техническим несовершенством сущест-ующих систем автоматического регулирования нитеподачи, данные еис-емы не могут обеспечить требуемое быстродействие и точность ре гули-ования нитеподачи как в переходном режиме работы машин, так и в ус-ановившемся режиме при выработке рисунчатых переплетений.

2. Существующие конструкции переводных механизмов и способы уп-авления скоростным режимом конусных вариаторов в системах нитепода-и основовязальных машин не позволяют полностью использовать возмож-ости вариаторов как в переходных, так и в установившихся режимах ра-оты машин".

3″ Передаточное отношение конусных вариаторов с промежуточным лементом, ось вращения которого не лежит между осями вращения ведущего и ведомого конусов зависит от соотношения внутреннего и наружно-о диаметров этого элемента.

4. В связи с повышенным износом фрикщонных элементов конусного (ариатора с тороидальным кольцом, а также низкой его работоспособ-гостью использование этого кольца в качестве промежуточного элементаледует считать нецелесообразным.

5. Динамические характеристики и силовое взаимодействие §-Э кошеного вариатора с цилиндрическим промежуточным элементом практичес-си не отличаются от соответствующих характеристик вариатора с кони-[еским промежуточным элементом. Учитывая, что технология изготовле-шя щлиндрического промежуточного элемента проп? э и дешевле цэлесооб-эазно данный элемент использовать в качестве промежуточного.

6. Если в процессе работы вариатора ось вращения промежуточного элемента не лежит в одной плоскости с осями вращения ведущего и ведомого конусов, то данный элемент стремится совершать винтовое дшжение,.

7. При перекосе оси вращения промежуточного элемента в процессе работы вариатора в зоне контакта его фрикционных элементов возникают составляющие сил трения, направленные вдоль образующих конусов. Под действием этих сил промежуточный элемент стремится совершать поступательное перемещение вдоль образующих•Величина скорости и направление данного перемещения зависит от величины и направления угловой скорости ведущего конуса, а также величины и направления угла перекоса промежуточного элемента,.

8″ Если при перекосе оси вращения промежуточного элемента поступательное его перемещение вдоль образующих конусов ограничено охватывающей водилкой, то в этом случае в зоне контакта фрикционных элементов вариатора образуются фрикционные винтовые пары, элементы которых воспринимают осевые составляющие сил трения. Усилие самоперевода промежуточного элемента, возникающее при этом, является причиной поломок элементов вариатора в условиях реверсивного вращения ведущего коцуса, Поэтоьу управление скоростным режимом вариатора с помощью принудительного перевода промежуточного элемента следует считать нецелесообразным.

9. Управление вариатором с помощью П-образной водилки и перекоса оси вращения промежуточного элемента существенно упрощает механизм автоматического управления скоростью ведомого конуса, улучшает силовое взаимодействие фрикционных элементов вариатора и его динамические характеристики на регулировочных режимах работы вариатора, значительно уменьшает мощность на это управление, а также позволяет устранить причины, вызывающе поломки отдельных элементов вариатора, и осуществлять коррекцию нитеподачи в переходном режиме работы ОШ,.

10, При расчете силового взаимодействия фринщонных элементов вариатора на всех режимах его работы шириной площадки контакта и зеравномерностью распределения давления вдоль этой площадки можно зренебречь и считать контакт линейным, а давление-равномерно распределенным вдоль линии контакта,.

11, Величина составляющих сил трения в окружном направлении, приложенных к фрикционным элементам вариатора, весьма резко уменьшается при увеличении скорости принудительного перевода промежуточного элемента и остается неизменной в случае перевода данного элемента с помощью перекоса оси его вращения,.

12. При пуске-останове основовязальной машины имеет место рассогласование в движении главного вала машины и вала навоя, которое обусловлено зазорами и люфтами в кинематических парах и соединениях механизма привода навоя, а также динамическими про цз ссами, происходящими в вариаторе и является одной из главных причин образования поперечной полосатости основовязаного полотна. Для устранения этих недостатков, а также с прлью полного использования возможностей и повышения к. п, д, вариатора на всех режимах его работы целесообразно осуществлять автоматический прижим фрикционных элементов вариатора с одновременным притормаживанием навоя в момент останова машины.

13. Соответствующий выбор передаточного отношения механической передачи от главного вала машины до вала навоя с одновременным использованием автоматического прижима фрикционных элементов вариатора и управления скоростным его режимом с помощью перекоса оси вращения ПЭ позволяют реализовать максимальное быстродействие вариатора и с его помощью осуществлять коррекцию нитеподачи в переходном режиме работы машины. Коррекция нитеподачи с одновременным при-торможением навоя в момент останова машины позволяет существенно уменьшить видимость поперечной полосы на основовязаном полотне,.

14, В процессе работы основовязальной машины навой подвергается кинематическое возмущению, обусловленному колебаниями ее остова с низшей частотой, равной частоте вращзшя главного вала.

При определенных скоростях работы машины и диаметрах намотки навоев наступает момент,-, когда частота собственных изгибных колебаний навоев приближается, а затем совпадает с частотой кинематического возмущения, В этом случае возникают весьма интенсивные изгиб-ные колебания навоев, которые вызывают отклонения подачи нитей в несколько раз превышающих длину нити, подаваемой на цикл петлеобразования и, как следствие, обуславливают дефект основовязаного полотна-зебристость¦

15. Для устранения резонансных изгибных колебаний навоев необходимо отстр би: ться вверх от резонансной частоты путем увеличения изгибной жесткости навоев за счет использования изгибной жесткости ствола катушек. С этой целью катушки должны сжиматься осевым усилием, необходимым из условия нераскрытия стыков.

16. Весьма эффективным способом отстройки вверх от резонансной частоты изгибных колебаний навоя является уменьшение длины его пролета путем установки промежуточной опоры посредине вала.

17. Перспективным способом устранения изгибных колебаний навоев при усовершенствовании существующих и разработке новых систем нитеподачи является устранение кинематического возцущения, действующего на навой со стороны остова машины, путем установки его опор на спещальных стойках вне машины.

18. Для достижения требуемого быстродействия и точности автоматического регулирования подачи нитей на основовязальной машине необходимо исключить влияние на нитеподачу большого и переменного во времени момента инерции навоя и использовать для подачи нитей в зону петлеобразования индивидуальный управляемый электропривод, разработанный в соответствии с современным уровнем развития электронной техники и теории автоматического регулирования.

19. Высокое быстродействие и точность, разработанной KCAFH с импульсным управлением индивидуальным электроприводом позволяет устранить поперечную полосатость основошзаного полотна при пуске и останове машины, а также применять данную систему для подачи нитей при выработке полотен с рисунчатыми переплетениями,.

В установившемся режиме работы машины комбинированная система автоматического регулирования нитеподачи обеспечивает получение высококачественного основовязаного полотна с равномерной петельной структурой независимо от качества сновки нитей на катушках.

20. Для обеспечения одних и тех же кинематических параметров и динамических качеств регулирования подачи нитей с помощью нитеподающих валиков и непосредственно с навоя мощность исполнительного электродвигателя привода навоя более чем на два порядка превышает мощность исполнительного электродвигателя привода нитеподающих валиков.

21. Статические и динамические характеристики, а также техническое и структурное совершенство комбинированной системы автоматического регулирования нитеподачи позволяет использовать ее на ра-шель-машинах и на вязально-прошивных машинах.