Исследование и разработка ширильно-транспортирующего устройства сушильной цепной машины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Тарасов, Сергей Александрович

• Тарасов, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тарасов, Сергей Александрович

Введение.

1. Ширильно-транспортирующие устройства цепных сушильных машин.

1.1. Конструкции отбойных механизмов.

1.2. Обзор и анализ работ по исследованию ширильно--транспортирующих устройств.

Выводы и постановка задачи.

2. Исследование и усовершенствование процесса транспортирования ткани на участке ширения вводного поля.

Выводы.

3. Исследование и расчет процесса отбоя клуппов на вводном поле ширильно-транспортирующего устройства.

3.1. Теоретические исследования отбоя клуппов.

3.2. Экспериментальные исследования по определению коэффициента восстановления и динамического коэффициента трения.

Выводы.

4. Динамические исследования отбойного механизма.

4.1. Исследование действия ударного импульса на колебания отбойного механизма.

4.2. Исследование действия периодических ударных импульсов на отбойный механизм.

4.3. Влияние сил сопротивления на свободные колебания отбойного механизма.

4.4. Определение свободных поперечных колебаний отбойного механизма с учетом момента инерции диска.

4.5. Расчет отбойного механизма на вибрацию.

Выводы.

Результаты работы, общие выводы и рекомендации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка ширильно-транспортирующего устройства сушильной цепной машины»

При заключительной отделке текстильных полотен особенно большое распространение получили сушильно-ширильные цепные машины (СШМ). Это обусловлено, в первую очередь, широким применением химических волокон, увеличением выпуска синтетических тканей и трикотажных полотен, заключительная обработка которых производится в расправленном и натянутом состоянии.

Современные СШМ являются сложным дорогостоящим оборудованием, конструкция которого больше по сравнению с другими машинами отделочного производства отражает прогресс в области машиностроения и технологии отделки тканей. В большинстве своем они универсальны и в составе линий способны выполнять комплекс операций отделки: пропитывание, сушку, ширение по утку, усадку по основе, исправление перекоса утка и др. Эти машины пригодны для обработки широкого ассортимента тканей.

Однако практика эксплуатации сушильных цепных машин показала, что технические возможности ширильно-транспортирующих устройств этих машин не удовлетворяют требованиям производства.

С увеличением скоростного режима надежность работы ширильно-транспортирующего устройства существенно снижается. Нарушается процесс транспортирования ткани (незахват кромки полотна клуппами, его разрыв и пр.), возникают большие ударные нагрузки при взаимодействии ножевых клуппов с отбойным механизмом, появляется вибрация и др. Теоретические вопросы механики этих устройств изучены недостаточно.

В связи с этим, возникает необходимость в разработке принципиально новых ширильно-транспортирующих устройств сушильных цепных машин, а с появлением современных методов сушки, например, с использованием сверхвысокочастотных электромагнитных полей, возрастает потребность в разработке скоростных устройств.

Цель работы. Теоретическое и экспериментальное обоснование проектирования новой конструкции ширильно-транспортирующего устройства, позволяющего увеличить производительность СШМ.

Методы исследований. Задачи, поставленные в работе, решались теоретическими и экспериментальными методами. В теоретических исследованиях применены методы математического моделирования, дифференциальных и интегральных исчислений, теоретической механики и сопротивления материалов. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных стендах с применением современной электронной и другой измерительной аппаратуры. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики на ПЭВМ с использованием пакета прикладных программ.

Научная новизна. Получены зависимости усилия ширения ткани, обеспечивающие научно-обоснованный выбор параметров вводного поля новой запатентованной конструкции ширильно-транспортирующего устройства; предложены методы аналитического определения величины ударного импульса с трением и скорости удара при взаимодействии клуппов с отбойным механизмом; получены аналитические зависимости для расчета колебаний отбойного механизма при действии на него ударного импульса и определения скорости клуппных цепей, при которой возникает явление резонанса; разработана методика экспериментального определения коэффициента восстановления и динамического коэффициента трения при косом ударе; на основе результатов исследований разработаны и запатентованы новые конструкции узлов и механизмов ширильно-транспортирующих устройств и даны рекомендации по их проектированию.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований особенностей механики ширильно-транспортирующих устройств, процесса ширения ткани, взаимодействия клуппов с отбойным механизмом при однократном и периодически повторяющихся ударных импульсах, вызывающих колебания и резонансное движение механизма, позволяют применять рациональные решения при проектировании ширильно-транспортирующего устройства. Полученные математические выражения могут быть использованы для расчета конструктивных параметров устройства. На основании исследований разработаны новые конструкции узлов и механизмов ширильно-транспортирующего устройства, защищенных патентами. Результаты исследований будут использованы в учебном процессе в вузах, готовящих инженеров по специальности «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности».

Положения, выносимые на защиту. Результаты исследований влияния технологических и конструктивных факторов на процесс ширения ткани, выражения для определения усилия ширения и кривизны направляющих клуппных цепей на вводном поле новой конструкции ширильно-транспортирующего устройства, защищенного патентом на изобретение, а также запатентованную конструкцию устройства для контроля и регулирования усилия ширения ткани и рекомендации по их проектированию; результаты исследований процесса взаимодействия ножевых клуппов с отбойным механизмом и зависимости для определения величины ударного импульса, новые запатентованные конструкции отбойных механизмов, позволяющих уменьшить величину ударного импульса и рекомендации по их проектированию; результаты экспериментальных исследований и математические модели коэффициента восстановления и динамического коэффициента трения при косом ударе; методики определения отклонений отбойного механизма от положения равновесия при однократном и периодически повторяющихся ударных импульсах и скорости клуппных цепей, при которой возникает явление резонанса.

Апробация работы. Основные результаты научно-исследовательской работы были доложены и получили положительную оценку на:

- Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности", (Текстиль

2001), г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина ,2001;

- Межвузовской научно-технической конференции "Современные проблемы текстильные и легкой промышленности", г. Москва, РосЗИТЛП, 2002;

- Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности", (Текстиль

2002), г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002;

- Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль

2003), г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2003;

- Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль

2004), г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004;

- расширенном заседании кафедры проектирования машин для производства химических волокон и красильно-отделочного оборудования, г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Пат. 2168575 Российская Федерация, МПК7 D 06 С 3/02, D 06 С 3/04. Устройство для ширении ткани [Текст] / Тарасов С.А., Тарасов А.С.; заявитель и патентообладатель Моск. гос. текст, ун-т. им. А.Н. Косыгина. -№2000124606/12; заявл. 28.09.00; опубл. 10.06.01, Бюл. №16; -3 е.: ил.

2. Пат. 34550 Российская федерация, МПК7 D 06 С 3/02. Ширильная машина для ткани [Текст] / Тарасов С.А., Тарасов А.С.; заявитель и патентообладатель Моск. гос. текст, ун-т. им. А.Н. Косыгина. - №2003120128; заявл. 07.07.03; опубл. 10.12.03, Бюл. №34. -2 е.: ил.

3. Пат. 35802 Российская федерация, МПК7 D 06 С 3/04. Устройство для освобождения ткани в ширильной машине [Текст] / Тарасов С.А., Тарасов А.С.; заявитель и патентообладатель Моск. гос. текст, ун-т. им. А.Н. Косыгина. - №2001120898/20; заявл. 26.07.01; опубл. 10.02.04, Бюл. №4. - 1 е.: ил.

4. Тарасов С.А., Тарасов А.С., Исследование процесса отбоя клуппов на вводном поле ширильной цепной машины [Текст] / С.А.Тарасов, А.С. Тарасов // Известия вузов: Технология текст, пром.-ти. - Иваново: Изд-во ИГТА, 2004. - №2.- С. 95-97.

5. Пат. 44326 Российская федерация, МПК7 D 06 С 3/04. Отбойный механизм ширильной цепной машины [Текст] / Тарасов С.А., Тарасов А.С.; заявитель и патентообладатель Моск. гос. текст, ун-т. им. А.Н. Косыгина. - №2004130693/22; заявл. 22.10.04; опубл. 10.03.05, Бюл. №7. - 1 е.: ил.

6. Тарасов С.А., Самсонов B.C. О влиянии момента инерции диска на свободные колебания отбойного механизма сушильной цепной машины [Текст] / С.А. Тарасов, B.C. Самсонов // Сборник научных трудов аспирантов. - М.: Изд-во МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005. - Вып. 9. -С. 121-125.

7. Тарасов С.А., Самсонов B.C. О действии однократного ударного импульса на колебания отбойного механизма цепной ширильно-сушильной машины [Текст] / С.А. Тарасов, B.C. Самсонов // Сборник научных трудов аспирантов. - М.: Изд-во МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005. -Вып. 10.-С. 97-101.

8. Тарасов С.А., Самсонов B.C., Сергеев Я.Н. и др. Расчет на прочность отбойного механизма сушильно-ширильной машины [Текст] / С.А. Тарасов, B.C. Самсонов, Я.Н. Сергеев, Лебедева Н.В. // Сборник научных трудов, выполненных по итогам конкурса грантов молодых исследователей (Грант - 2004). - М.: Изд-во МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005. -С. 7-11.

Структура диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, общие выводы и список литературы.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Тарасов, Сергей Александрович

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ, ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Выполнен анализ структуры и особенностей конструкций ширильно-транспортирующих устройств сушильных цепных машин, который послужил основой для определения направления теоретических исследований при создании его новой конструкции.

2. Проведенные экспериментальные исследования процесса ширения ткани показали, что он состоит из четырех стадий. В диапазоне исследуемых скоростей транспортирования ткани оказалось, что на первой стадии, составляющей 25% времени ширения, нагрузка возрастает очень медленно и составляет лишь 0,1 от величины максимального значения усилия ширения. На второй стадии, составляющей также 25% времени ширения, нагрузка повышается до 0,3, на третьей при времени 38% -возрастает до величины 0,5.0,75 и достигает своего максимального значения на четвертой стадии всего за 12% времени ширения. Получены эмпирические зависимости для определения усилия ширения ткани при изменении скорости ее транспортирования и времени ширения для ширильно-транспортирующего устройства с прямолинейно расходящимися под углом направляющих клуппных цепей.

3. По результатам экспериментальных исследований разработана и запатентована новая конструкция ширильно-транспортирующего устройства, в которой направляющие клуппных цепей вводного поля выполнены криволинейно расходящимися, что позволяет обеспечить минимальную длину его при создании высокоскоростных СШМ. Для определения кривизны направляющих клуппных цепей предложена эмпирическая квадратичная функциональная зависимость между усилием и временем ширения ткани. Разработано и запатентовано устройство для регулирования и контроля усилия ширения ткани, позволяющее предотвратить брак ткани, а также выход из строя ширильно-транспортирующего устройства.

4. Разработана и запатентована новая конструкция отбойного механизма, в которой диск установлен подвижно по отношению вала звездочки клуппной цепи, благодаря чему часть кинетической энергии при ударе расходуется на перемещение (вращение) диска. Получены аналитические зависимости для определения величины ударного импульса при взаимодействии клуппов с отбойным механизмом на вводном поле ширильно-транспортирующего устройства с учетом трения, а также угловой скорости его диска до и после удара, дающие возможность выполнять прочностные расчеты.

5. Проведены экспериментальные исследования, позволившие найти значения коэффициента восстановления и динамического коэффициента трения при косом ударе, необходимые для использования полученных аналитических зависимостей в практических расчетах при определении ударного импульса для клапана и диска. Получены эмпирические формулы для определения динамического коэффициента трения в зависимости от окружной скорости диска отбойного механизма и положения клапана клуппа относительно его в момент удара.

6. Разработана и запатентована новая конструкция отбойного механизма, в которой диск снабжен расположенными по его окружности выступами с боковой криволинейной поверхностью, благодаря чему уменьшается влияние ударного импульса на узел крепления звездочки. Получены аналитические зависимости для определения скорости удара, влияющей на величину ударного импульса. Установлено, что в новой конструкции отбойного механизма скорость удара в 1,5 раза меньше по сравнению с известным отбойным механизмом. В этом же патенте предложено отбойный механизм монтировать кинематически независимым от вала звездочки клуппной цепи.

7. Проведены теоретические исследования по отклонению отбойного механизма от положения равновесия, установленного кинематически независимым от вала звездочки, при однократных и периодически повторяющихся ударных импульсах. Получены аналитические зависимости для определения этих отклонений, позволяющие рассчитывать динамические характеристики механизма при его проектировании.

8. Выявлено влияние сил сопротивления на свободные колебания отбойного механизма. Установлено, что сила трения не оказывает существенного влияния на колебания механизма при однократном ударном импульсе. При периодически повторяющихся ударных мгновенных импульсах трение оказывает заметное действие лишь в околорезонансной зоне.

9. Получены аналитические зависимости для определения отклонения отбойного механизма при резонансе.

10. Разработана методика определения поперечных свободных колебаний отбойного механизма с учетом момента инерции его диска и получена аналитическая зависимость для их расчета. Выявлено, что частота свободных колебаний механизма с учетом момента инерции диска в 2,5 раза меньше по сравнению с частотой без учета этого момента. Одновременно установлено, что при отношении радиуса диска R отбойного механизма к длине оси / R / / > 0,4 расчет его на колебания следует проводить как для системы с двумя степенями свободы.

11. Получена аналитическая зависимость для расчета скорости клуппных цепей, при которой возникает явление резонанса отбойного механизма с учетом его конструктивных параметров и шага клуппов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тарасов, Сергей Александрович, 2006 год

1. Бунин О.А. Машины для сушки и термообработки ткани Текст. / О.А. Бунин, Ю.А. Малков. М.: Машиностроение, 1971. - 301 с. - Библиогр.: с. 301-302.: ил. -2000 экз.

2. Pat. 2574929. USA, U.S. kl. 26/94, Tentering machine, dat. 13.11.51.

3. Pat. 3551546. USA, U.S. kl. 26/94, Tensioning machine, dat. 16.11.70.

4. Pat. 4065838. USA, Int. kl. D 06 С 3/04, Tenter frame clip-opening wheel with resilient rim, dat. 3.1.78.

5. Pat. 2205749. USA. U.S. kl. 26/94. Tentering machine, dat. 14.4.40.

6. Pat. 2414010. USA, U.S. kl. 26/94, Tentering machine dat. 07.01.47.

7. Pat. 2574921. USA, U.S. kl. 26/94, dat. 16.10. 51.

8. Pat. 4918796. USA, Int. kl. D 06 С 3/04. Tensioning machine, dat. 24.04.90.

9. Pat. 4155148. USA, Int. kl. D 06 С 3/02, dat. 22.05.79.

10. Pat. 4193175. USA, Int. kl, D 06 С 3/04, Tensioning machine, dat. 18.05.80.

11. Pat. 3382554. USA, U.S. kl. 26/94. Tentering apparatus for application of controlled, uniform tension to fabrics, dat. 14.05.68.

12. Pat. 4241507. USA, U.S. kl. 26/94. Tentering machine, dat. 25.10.80.

13. Pat. 3150432. USA, U.S. kl. 26/94. Tensioning machine dat. 14.02.64.

14. Pat. 4559680. USA, Int. kl. D 06 С 3/02. Tensioning machine, dat. 24.12. 85.

15. Бунин О.А. Процессы обработки тканей в сушильно-ширильных машинах Текст. / О.А. Бунин, Ю.А. Малков // Обзор. М.: ЦНИИТЭИ легкой промышленности, 1970. - 29 с.

16. Малков Ю.А. Параметры процесса ширения тканей в сушильно-ширильных машинах Текст. / Ю.А. Малков // Красильно-отделочное оборудование. -М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1971. Вып. 3. С. 3-34.

17. Малков Ю.А. Исследование процессов ширения и термообработки при стабилизации ткани и трикотажа Текст.: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.273: защищена 13.02.73 / Ю.А. Малков. М., МТИ, 1972. -28 с.

18. Тарасенко А.И. Динамика тяговых клуппных цепей сушильно-ширильных стабилизационных машин в период пуска Текст. / А.И. Тарасенко, В.П. Сердюк // Известия вузов: Технология легкой пром.-ти. Киев: Изд-во КТИЛП, 1967. - №4.- С. 159-167.

19. Тарасов А.С. Исследование и синтез механизмов транспортирования ткани в цепных ширильных устройствах Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.02.13: защищена 13.02.75 / А.С. Тарасов. М., 1974. - 198 с. - Библиогр.: с. 197-198.

20. Смельский В.В. Исследование нагрузок в рабочей зоне ширильных машин с ножевыми клуппами и расчет клуппных цепей Текст.: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.180: защищена 21.02.71 /В.В. Смельский. Л., 1971.-24 с.

21. Смельский В.В. Организационно-техническая подготовка технологических переходов текстильного производства (льняная промышленность) Текст.: автореф. дис. . докт. техн. наук: 05.02.22: защищена 19.12.02 / В.В. Смельский. Кострома, 2002. - 35 с.

22. Смельский В.В. Исследование и расчет нагрузок на клуппные цепи ширильных машин Текст. /В.В. Смельский // Реферативный сборник. -М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1971. Вып. 9.

23. А.с. 308127 СССР, МПК D 06с 3/04. Устройства для ширения ткани Текст. / Тарасов А.С. (СССР). №1358550/28-12; заявл. 26.08.69; опубл. 01.07.71, Бюл. №21. -2с.: ил.

24. Тарасов С.А., Тарасов А.С. Исследование и разработка устройства для освобождения ткани в ширильной цепной машине Текст.

25. С.А. Тарасов, А.С. Тарасов // Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях (Лен 2002): Тез. докл. междунар. научн.-техн. конф. - Кострома: Изд-во КГТУ, 2002. - С. 141-142.

26. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара Текст. / Я.Г. Пановко. М.: Наука. 1977. - 224 с. - Библиогр.: с. 219-220. - 5500 экз.

27. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики Текст. / С.М. Тарг. -М.: Наука. 1970.-478 с. 175000 экз.т

28. Воробьев Н.В. Цепные передачи Текст. / Н.В. Воробьев. 4-е изд., перераб. и доп. - М. Машиностроение, 1968. - 252 с. - Библиогр.: с. 247-249.: ил. - 20000 экз.

29. Блехман И.И. Вибрация в технике: справочник Текст.: в 6 т. / И.И. Блехман; [ред. совет., пред. В.Н. Челомей]. М.: Машиностроение, 1979.

30. Т. 2: Колебания нелинейных механических систем. 1979. - 351 е.: ил.

31. Севастьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности Текст. / А.Г. Севастьянов. М.: Легкая индустрия, 1980. - 392 с. - Библиогр.: с. 387-389.-24000 экз.

32. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение Текст. / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977. - 526 е.: ил. - Библиогр.: с. 483-513. - 24000 экз.

33. Прошков А.Ф. Динамика машин для производства химических нитей и волокон Текст. / А.Ф. Прошков, А.П. Яскин. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 360 е.: ил. - ISBN 5-8196-0020-7.

34. Тарасов С.А., Тарасов А.С. Влияние трения на колебания отбойного механизма ширильной цепной машины Текст. / С.А. Тарасов,

35. A.С. Тарасов // Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль 2003): Тез. докл. всерос. научн.-техн. конф. - М.: Изд-во МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2003. - С. 133.

36. Дарков А.В. Строительная механика Текст. / А.В. Дарков, Т.К. Клейн,

37. B.И. Кузнецов и др. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1976. - 600 е.: ил. - 100000 экз.

38. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара Текст. / Я.Г. Пановко. 4-е изд., перераб. и доп. - JL: Политехника, 1990. - 272 с. - Библиогр.: с. 268-270.: ил. - 3800 экз. - ISBN 5-7325-0096-0