Разработка механизма для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах отделочного производства

Производительность труда и оборудования, качество выпускаемого продукта в значительной мере определяются уровнем автоматизации производственных процессов. Создание надежных механизмов для оперативного автоматического контроля шва ткани при ее обработке на текстильных машинах представляет сложную задачу. Сложность заключается в особенности технологических процессов текстильного производства, нормальное протекание которых зависит от большого количества различных параметров.

Они подразделяются на параметры обрабатываемого продукта и параметры среды, воздействующей на этот продукт. Автоматический контроль за состоянием продукта осуществляется с помощью различных механизмов, основным элементом которых является датчик. Наиболее надежны бесконтактные датчики. Возрастающие требования к качеству продукции и стремление к повышению производительности текстильных машин вызывает необходимость разработки новых направлений их построения, теории и методики инженерного расчета.

Перспективным для текстильной промышленности является создание полевых (емкостных) бесконтактных датчиков, отличающихся слабой энер гией взаимодействия с контролируемым продуктом, простотой конструкции и высокой надежностью, что позволяет использовать их при разработке механизмов автоматического контроля за технологическими процессами заключительной отделки ткани.

Технологический процесс заключительной обработки ткани предусматривает управление рабочими органами машин при прохождении через них швов ткани.

Создание надежных механизмов для автоматического контроля шва ткани на входе текстильных машин позволит довести до минимума количество необработанной ткани, исключить аварийные ситуации при попадании шва в функционирующие рабочие органы и повысить производительность оборудования.

Актуальность темы

Возрастающая конкуренция на рынке текстильной продукции вызывает необходимость повышать производительность текстильных машин и качество выпускаемой продукции при минимальных затратах человеческого труда и материальных ресурсов. Таким образом, перед производителями ставится задача наиболее эффективного использования рабочего времени, энергетических и сырьевых ресурсов. Текстильное производство, состоящее из нескольких стадий, является трудоемким. Качество производимой ткани зависит от многих параметров технологических процессов. В этих условиях важную роль играет совершенство механизмов, осуществляющих производственные процессы на каждой стадии изготовления продукции, особенно при заключительной отделке ткани, где требуются специальные механизмы, обеспечивающие обнаружение и управление рабочими органами при прохождении швов через рабочие органы текстильных машин. Попадание шва в рабочую зону ведет к увеличению брака выпускаемой ткани, а также к выходу из строя текстильных машин.

Невозможность оперативного автоматического контроля швов ткани на входе в машину не позволяет определить величину области непрострига ткани, а также количество необработанного материала при изменении величины перекоса шва. Кроме того, серийно выпускающиеся контактные механизмы обнаружения швов (например, фирмы Sellers Engineering, Англия) оказывают значительное силовое воздействие на ткань.

Таким образом, современное текстильное производство нуждается в надежных механизмах для автоматического контроля швов ткани, способных исключить брак ткани, снизить нагрузку оператора машины, увеличить производительность труда и повысить качество выпускаемой ткани.

Цель работы. Целью работы является повышение технологической эффективности процессов отделочного производства, требующих пропуска швов ткани, путем создания механизма для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах отделочного производства с бесконтактным датчиком шва, обеспечивающего стабильную работу при смене артикула обрабатываемой ткани, вида шва, условий окружающей среды и формирование сигналов управления пропуском шва ткани, остановом машины при прекращении подачи ткани и передачу информации на пульт диспетчерского контроля работы технологических машин.

Технологический эффект может быть достигнут за счет сокращения величины участка необработанной ткани и брака ткани, уменьшения времени простоя технологического оборудования.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

— произведена систематизация существующих разработок механизмов обнаружения шва ткани;

— определены приоритетные пути дальнейшего повышения уровня оперативного автоматического контроля швов ткани при ее обработке и автоматизации управления рабочими органами технологических машин при пропуске швов ткани;

— исследованы возможные схемы конструктивного построения полевых датчиков механизмов для автоматического контроля швов тканиI.

— разработаны и исследованы полевые датчики одностороннего и двухстороннего взаимодействия с тканью;

— разработан самонастраивающийся механизм обнаружения шва ткани с каналом передачи информации на пульт диспетчерского контроля;

— разработана методика расчета полевых датчиков механизмов для автоматического контроля продукта при его обработке на текстильных машинах отделочного производства;

— разработан преобразователь сигнала полевых датчиков механизма для автоматического контроля швов ткани;

— рассчитан ожидаемый экономический эффект от внедрения механизма для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах в отделочное производство;

— проведены экспериментальные исследования разработанного механизма с целью определения его основных параметров.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования является механизм для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах отделочного производства. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Основу теоретических исследований составляют методы теории конформных преобразований, являющихся практическим применением теории функции комплексного переменного для двухмерных электростатических полей. Достоверность теоретических исследований подтверждена результатами экспериментальных данных. Погрешности прямых и косвенных измерений определялись с использованием положений метрологии.

Научная новизна. В процессе работы по созданию механизма для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах отделочного производства впервые получены следующие научные результаты:

— на основе проведенного анализа предложена классификация механизмов контроля швов ткани по виду взаимодействия датчика с тканью;

— для расчета электрического поля датчика механизма для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах отделочного производства предложена модель шва ткани в виде электрического диполя в форме эллипсоида;

— на основе аналитического исследования взаимодействия электрического поля датчика разработанного механизма разработана методика расчета и проектирования полевых датчиков с копланарными и параллельными электродами, учитывающая параметры контролируемой ткани и элементов конструкции датчиков;

— аналитически установлена возможность повышения чувствительности полевого датчика за счет введения в рабочую область датчика диэлектрика с относительной диэлектрической постоянной, превышающей относительную диэлектрическую постоянную контролируемой ткани. Разработан полевый датчик шва ткани повышенной чувствительности;

— с целью определения влияния влажности воздуха и контролируемого материала на работу разработанного механизма, было проведено исследование емкостной неустойчивости полевых датчиков и разработана методика ее расчета;

— на основании проведенных исследований разработан механизм для автоматического контроля швов ткани, контроля ее перекоса и наличия заправки ткани на входе текстильной машины;

— экспериментально доказана возможность использования разработанной методики расчета полевых датчиков для создания механизма для автоматического контроля швов ткани любых форм при движении ткани между электродами, по поверхности электродов или над ними.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанный механизм для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах отделочного производства, благодаря автоматической перестройке контура преобразователя сигнала, позволяет контролировать ткань любых артикулов без дополнительной регулировки и имеет возможность контролировать поступление ткани на вход машины и передавать информацию о ходе процесса на пульт диспетчерского контроля.

Результаты, полученные в работе, были приняты к внедрению в учебный процесс и внесены в рабочую программу «Проектирование систем автоматики» для студентов специальности 210 200 Автоматизация технологических процессов и производств.

Созданные методики расчета позволяют выполнить проектирование полевых датчиков механизмов контроля текстильного продукта при его обработке на текстильных машинах для контроля: линейной плотности волокнистого продукта, целостности продукта, влажности текстильного материала и других параметров продукта, связанных с величиной его диэлектрической проницаемости.

Разработанные методики расчета и проектирования полевых датчиков могут быть практически использованы при разработке новых механизмов контроля свойств продукта и технологических процессов на текстильных машинах. и.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и получили положительную оценку на ежегодных научно-технических конференциях Ивановской государственной текстильной академии в 20 072 010 г. г. («Поиск-2007», «Поиск — 2008», «Поиск — 2010», «Прогресс -2010»).

Публикации. По материалам работы опубликованы 5 статей в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности».

Получены 2 патента на изобретения (пат. 2 379 395 Российская Федерация, МПК Б 06 С 13/00. Устройство контроля наличия заправки ткани на входе текстильной машины/ Расторгуев А. К., Разумова Е.Ф.- патентообладатель Иванов, гос. текст, академия. — № 2 008 131 162- заявл. 28.07.2008; опубл. 20.01.2010, Бюл. № 2- пат.2 396 383 Российская Федерация, МПК Б06 С13/02. Устройство для обнаружения шва ткани и контроля величины ее перекоса / Расторгуев А. К., Разумова Е.Ф.- патентообладатель Иванов, гос. текст, академия. — № 2 009 116 963/12- заявл. 04.05.2009; опубл. 10.08.2010, Бюл. № 22). Получен 1 патент на полезную модель (пат. на полезную модель 91 720 Российская Федерация, МПК О 06 С 13/02. Емкостной датчик шва ткани / Расторгуев А. К., Разумова Е.Ф.- патентообладатель Иванов, гос. текст, академия. — № 2 009 138 873/22- заявл. 20.10.2009; опубл. 27.02.2010, Бюл. № 6).

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть диссертации изложена на 165 страницах машинописного текста, в число которых входит 66 рисунка, 24 таблиц, список литературы из 88 наименований.

5.3. Выводы по пятой главе.

1. Разработан измерительный механизм для определения диэлектрической проницаемости ткани.

2. Установлено, что емкость датчика для всех видов швов, определенная экспериментально, превышает расчетное значение на величину не более 3% в результате отклонения формы шва от принятой модели.

3. Экспериментально доказана возможность использования разработанной методики расчета полевых датчиков для создания механизмов для автоматического контроля швов ткани любых форм, применяемых в текстильном производстве и движении ткани по поверхности электродов или над ними.

Заключение

.

На основе проведенного анализа предложена классификация механизмов для автоматического контроля швов ткани по наличию силового воздействия на обработанный продукт. Наиболее перспективными из рассмотренных систем являются механизмы с бесконтактными емкостными датчиками слабой энергии взаимодействия с контролируемой тканью.

Основной задачей, решение которой необходимо для широкого внедрения полевых датчиков в механизмы для автоматического контроля швов ткани на текстильных машинах отделочного производства, является необходимость определения взаимодействия текстильного продукта, а также элементов конструкции датчиков, с электрическим полем между рабочими электродами. Эта задача решена на основе исследования силового взаимодействия электрического поля датчиков с текстильным материалом. Полученные результаты распространяются на все полевые датчики механизмов для автоматического контроля текстильного продукта в процессе его обработки на текстильных машинах.

Общность полученных результатов достигнута благодаря предложенной модели элемента контроля обрабатываемого продукта (например, шва ткани), представляющей собой эллипсоид вращения. Возможность произвольного изменения соотношения его полуосей позволяет практически представить предложенной моделью контролируемый элемент ткани, обрабатываемой на текстильных машинах.

Разработанная методика расчета силового взаимодействия электрического поля с контролируемым продуктом позволяет определить чувствительность полевых датчиков при любых формах швов ткани, используемых в текстильном производстве, а также рассчитать величину повышения чувствительности датчиков при введении в рабочую область датчика диэлектрика и оценить емкостную неустойчивость датчика при смене артикула ткани и изменении ее влажности.

Аналитические выражения разработанной методики содержат технологические и конструктивные параметры, необходимые для расчета и проектирования емкостных датчиков механизма для автоматического контроля швов ткани при ее обработке на технологических машинах, для нормальной работы которых требуется управление рабочими органами в функции движущегося шва ткани.

На основании проведенных исследований определена функционально необходимая структура механизма для автоматического обнаружения швов ткани.

Экспериментально доказана высокая точность расчета датчиков механизма для автоматического контроля швов ткани по разработанной методике.

Новизна разработанных механизмов контроля швов ткани на входе текстильных машин подтверждена двумя патентами РФ и патентом на полезную модель.