Совершенствование динамических характеристик привода игольного стола односекционных иглопробивных машин

Актуальность темы

Одним из новых прогрессивных направлений в текстильной промышленности является замена традиционных тканых текстильных полотен новыми неткаными полотнами, в частности иглопробивными, что позволяет значительно повысить производительность труда. Иглопробивное оборудование составляет значительую часть всего оборудования легкой промышленности. Из общего объема мирового производства нетканых полотен иглопробивные полотна всех видов в нашей стране составляют примерно 30%.

Иглопробивной способ занимает ведущее место в области изготовления нетканых материалов средней и высокой поверхностной плотности массы. Он обладает рядом преимуществ по сравнению с другими способами производства нетканых материалов. Иглопробивные материалы эластичны, мягки и близки по свойствам к традиционным текстильным материаламданным способом можно переработать большой ассортимент волокон без принципиального изменения технологии или оборудованияв ходе процесса не выделяются вредные вещества, загрязняющие окружающую средуиглопробивные машины в принципе согласуются по производительности с современными чесальными и холстоформирующими машинамиотходы производства могут быть в большей части переработаны повторно.

Замена тканых полотен неткаными иглопробивными полотнами аналогичного назначения позволяет повысить производительность оборудования в сотни раз. Например, иглопробивная машина с рабочей шириной 5,5 м при скорости выпуска полотна 7,6 м/мин имеет производительность 2500 м/ч, что превышает среднюю производительность ткацкого станка в 500 раз. При производстве иглопробивных полотен исключаются многие операции, которые необходимо для производства тканых полотен, увеличивается выпуск продукции с единицы площади, появляется возможность автоматизации процесса [3.45]. Стоит, однако, заметить, что отечественные иглопробивные машины отстают по своим техническим показателям и имеют частоты прокалывания 1100−1500 дв. ходов/мин, в то время как на машинах зарубежных фирм до 2500 дв. ходов/мин. Отставание отечественных машин в значительной степени определяется техническим несовершенством привода игольного стола, подверженного большим технологическим и динамическим нагрузкам.

Рост объема производства требует увеличения производительности отечественных машин, а это влечет за собой увеличение рабочих скоростных режимов. Однако, повышение скоростей работы иглопробивных машин приводит к увеличению лимитирующей роли колебательных процессов, следствием чего является рост динамической нагруженности узлов и механизмов, рассогласованности работы движущихся органов машины, преждевременный износ деталей, увеличение вибрации и повышение шума с возможным выходом за санитарные нормы. Все это непосредственно сказывается на стабильности процесса иглопрокалывания, надежности и долговечности иглопробивных машин. Наиболее существенным источником виброактивности иглопробивной машины является привод игольного стола, однако, сведения о научных разработках данной проблемы по существу отсутствуют, что подчеркивает актуальность проведения данного исследования.

Привод игольного стола иглопробивной машины представляет собой сложную колебательную систему кольцевой структуры. Известные работы по исследованию иглопробивных машин основаны в основном на расчетах остова иглопробивной машины [4.1. .4.4, 4.48, 4.49].

Исследованиям динамических характеристик приводов игольного стола отечественной иглопробивной машины посвящена работа [4.72]. Актуальность данной работы также обусловлена проводимыми в настоящее время поисковыми работами с целью создания на базе привода односекционной структуры иглопробивной машины более высокой производительности при рабочей ширине игольного стола 2,5 м. Поэтому разработка инженерной методики динамического исследования, создание средств исследования и совершенствования динамических характеристик привода игольного стола иглопробивной машины, разработка инженерных рекомендаций по выбору рациональных конструктивных параметров иглопробивной машины, разработка критериев и средств для ускоренной косвенной оценки уровня колебаний иглопробивной машины является актуальной, необходимой и практической задачей. Реализация разработанных методик в виде пакета прикладных программ для ЭВМ позволяет автоматизировать процесс исследования на стадии проектирования и создания опытного образца иглопробивной машины, что существенно сокращает сроки создания и освоения выпуска новых иглопробивных машин большей рабочей шириной игольного стола в соответствии с мировыми стандартами.

Цель работы. Целью работы является создание инженерной методики исследования и совершенствования динамических характеристик привода игольного стола односекционных иглопробивных машин на базе динамических моделей цикловой структуры, их математические описания, создание алгоритмов расчетов и программного обеспечения, разработку инженерных рекомендаций по совершенствованию динамических характеристик.

Методы исследования. В данной работе проведены теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические разделы работы выполнены на основе современных методов аналитической механики, теории колебаний, теории механизмов и машин, вычислительной математики, теории расчета и конструирования иглопробивных машин. Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов проведена на иглопробивной машине односекционной структуры ИМ-1800М-А методами тензометрии с использованием датчиков ускорения. Экспериментальные данные обработаны при использовании методов математической статистики. Аналитические исследования проведены с использованием ЭВМ. Проведено компьютерное моделирование колебательных процессов привода игольного стола с целью выявления оптимальных характеристик привода.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Поставлена и сформулирована задача динамического исследования привода игольного стола иглопробивной машины на базе динамической модели кольцевой структуры.

2. Разработаны типовые динамические и математические модели привода игольного стола, математическое описание.

3. Проведено динамическое исследование привода игольного стола иглопробивной машины, включающее:

— исследование частотного спектра и модальных характеристик;

— исследование вынужденных колебаний;

— исследование чувствительности спектра собственных частот к изменению конструктивных и динамических параметров привода игольного стола иглопробивной машины;

— разработку аналитических и экспериментальных критериев оценки уровня колебаний приводных механизмов иглопробивной машины;

— разработку алгоритмов и программ для исследования динамических характеристик привода игольного стола;

— анализ нелинейных динамических эффектов, связанных с наличием зазоров и сил трения, исследованные с помощью компьютерного моделирования типовых динамических режимов;

— разработку инженерных рекомендаций по совершенствованию привода игольного стола иглопробивной машины с целью улучшения их динамических характеристик.

Практическая ценность. В работе создана комплексная методика динамического исследования, и динамическая модель иглопробивной машины, которые могут быть использованы при исследованиях любого класса иглопробивных машин отечественного и зарубежного производства на всех стадиях создания и освоения выпуска машины. Программная реализация методики позволяет использовать ее, существенно сокращая сроки разработки и внедрения новых классов высокоскоростных иглопробивных машин. Предложенные критерии оценки уровня колебаний и разработанные инженерные рекомендации по выбору рациональных параметров ИМ-1800М-А, способствуют совершенствованию динамических характеристик, снижению виброактивности привода игольного стола и повышению скоростного режима иглопробивной машины.

Разработанные инженерные рекомендации создают предпосылки для проектирования иглопробивных машин с рабочей шириной игольного стола 2,5 м, что позволит отечественной продукции выйти на мировой рынок, а также проводить ускоренную оценку динамических характеристик машин, без осуществления трудоемких работ по сборке-разборке машин и монтажу тензорезисторов на основных валах и механизмах машины.

Реализация в промышленности. Результаты работы, включающие разработанные методики исследования, динамические и математические модели, алгоритмы и программы расчетов, инженерные рекомендации по совершенствованию динамических характеристик привода игольного стола ИМ-1800М-А и снижению их уровня колебаний переданы для внедрения на Санкт-Петербургском машиностроительном заводе «Вулкан». Предварительные оценки позволяют считать, что реализация разработанных рекомендаций позволит снизить уровень колебаний на 30−40% на рабочем частотном диапазоне и осуществить отстройку рабочих режимов от резонансной зоны, что приведет к повышению надежности, долговечности и износостойкости, к увеличению наработки на отказ узлов и деталей привода. При проектировании машин это позволит также снизить металлоемкость привода игольного стола и снизить массу игольного стола иглопробивной машины.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности 1998 и 1999 годов Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайнана заседаниях кафедры теории механизмов и машин и кафедры проектирования машин текстильной и легкой промышленности СПГУТД.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ и получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов по работе, имеет 145 страниц машинописного текста, 40 рисунков, список литературы из 182 наименований и приложения, содержащего 32 таблицы.