Оптимизация конструктивных и динамических характеристик основных узлов чесальных машин для шерсти

В В Е Д Е Н И Е Решения партии и правительства ставят перед текстильной промЕшшенностью задачи по дальнейшему увеличению объема производства товаров народного потребления, расширению ассортимента, повьш1ению качества изделий. Эта задача дол}ша решаться на основе повышения производительности труда, технического перевооружения и оснащения предприятий текстильной и легкой промышленности высокоэффективными системами машин и оборудования, обеспечивающими механизацию и автоматизацию нологических процессов, улучшение условий труда. Успешное решение данной комплексной проблемы требует разработки новых и интенсификации существзпощих технологических процессов, улухшюния конструкций выпускаемых машин, повышения качества их изготовления, надежности работы, снижения шума и вибрации машин. В нашей стране на базе отечественного текстильного машиностроения непрерывно возрастающими темпами осуществляется обновление парка текстильных машин, что требует сокращения средних сроков разработки и промышленного освоения нового оборудования. Создание успешно работающих новых машин, усовершенствование существующих невозмош-ю без проведения глубоких предпроектных исследований и изысканий, включающих как теоретические, так и эксперюуюнтальные исследования. Только в этом случае можно достичь наиболее быстро и с наименьшими затратами труда и средств долшюго эффекта. Именно теоретические исследования и расчеты, проводимые с применением современных техЭВМ, а также глубокие экспериментальные исследования позволяют значительно сократить сроки проектирования новых машин, повысить качество и наде}шость их работы, снизить ческую активность этих машин, В парке машин приготовительного производства важнейших мест. В зависимости от консгуушщи., шерстяной промышленности чесальные машины и аппараты занимают одно из качества изготовления и монтажа, динамических характеристик чесальной машины процесс чесания может давать различный технологический эффект и сзпцественно влиять на физико-механические свойства пряжи и ее обрывность в прядении. Значительным резервом повышения эффективности работы чесальных машин является обеспечение необходимой точности и стабильности оптимальных разводок между основными рабочими органами, что требует тщательного рассмотрения вопросов жесткости и виброактивности основных узлов этих машин. Поэтому целью настоящей диссертационной работы является комплексное исследование жесткости и динамических особенностей валичных кардочесальных машин для шерсти на основе математических моделей основных узлов с целью оптимизации их конструктивных: параглетров с использованием современных математических методов, позволяюпрях применение быстродействующих ЭЦВМ. виброакустиI АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕШОЛОГИЧЕСКИХ, КОНСТЕШЖВШХ И ДЙНА1ЖЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПРОДУКТА ВАЛЙЧБЫХ ЧЕСАЛЬНЫХ 1МШИН Чесание шерсти и смесей является одним из наиболее важных процессов прядильного производства. От правильности его выполнения зависит качество ленты, ровницы, пряжи, суровой и готовой ткани, обрывность нитей в прядении и ткачестве, производительность прядильного и ткацкого оборудованияВ шерстяном производстве перерабатываются весьма разнообразные по длине, физическшл свойствагл и цвету волокнаПоэтому здесь применяются валичные чесальные машины, обладающие большей смешивающей способностью по сравнению со шляпочными. В связи с тем, что шерстяная пряжа вырабатывается по различным системам прядения в зависимости от ее целевого назначения, чесальное оборудование может быть представлено одно-, двухи трехпрочесны1Ш машинаьш и аппаратшж. Назначение чесального оборудования и определяет состав чесальных машин и аппаратов, в который входят различные узлы, являющиеся по сути самостоятельнЕпш машинами: самовес, предпрочес, механизм очистки, основные прочесы, лентообразователи, транспортеры, давильные валы, узлы съема, лентоукладчики, клубочный механизм, делительная каретка, 1,1- Анализ путей повьшюния производительности и улучшения качества продукта валичных чесальных машин Основными недостаткшш валичных чесальных машин являются: малая протяженность зоны взаимодействия главного барабана и рабочих валиков, повьпленная обрывность волокон в процессе чесания, относительно невысокая производительность при большой занимаемой производственной площади. Низкая по сравнению с другими переходами прядильного производства производительность валичных чесальных машин и недостаточно высокое качество вырабатываемого продукта, снижающее эффективность работы прядильного перехода, представляют определенные трудности для создания автоматических линий в производстве шерстяной пряжи. Изучением вопросов технологии чесашад зашатались многие исследователи, среди которых можно отметить целый ряд советских ученых: И. В. Будникова, Н. И, Труевцева, М. В. Эглмануэля, В. Е. Гусева, Г. О. Лежебруха, Я. Я. Липенкова, Н. М, Ашнина и др. Анализ работ этих исследователей позволяет сделать вывод, что повьшгение производительности и улзгчшение качества продукта валичных чесальных машин может происходить за счет увеличения рабочей ширины, диатлетров и количества рабочих органовправильного подбора и разработки новых типов гарнитур для обтяжки рабочих органоввыравнивания по ширине машины, стабилизации и уменьшении величины устанавливаеьшх технологичес1шх разводок между рабочими органами. Производительность валичных чесальных машин и аппаратов прямо пропорциональна их рабочей ширине, а число обслуживаемых оператором и помощником мастера машин фактически незначительно зависит от их рабочей ширины I Поэтоглу в последнее время рабочая ширина чесальных маппш возрастала и составляет, напртдер, на Mamifflax фирм «Хергет» ФРГ «Сакфем», «Октир» Италия 3000 3500 мм. Данные, приведенные в табл.I.I, свидетельствуют об увеличении съема продукции с I 2 м занитлаемой площади при увеличении рабочей ширины машины. Таблица I. I I Чесальные глашины Покаяя TPJTK старые с рабочей шириной 1800 мм 28,0 34,6 новые с рабочей шириной 1800 2000 2200 2500 Производительность, кг/час Площадь, заншлаемая машиной, м Съем продукции с I IT" занимаемой площади, кг/час Прирост съема продукции с I м по сравнению с машиной старой модели, 41,8 48,3 46,4 51,7 51,0 55,0 58,0 60,0 0,81 0,865 0,90 0,93 0,97 6,8 11,1 14,8 20,0 Из данных табл.1,1 видно, что при использовании новых камвольных чесальных машин, имеющх рабочую ширину 2500 мм, увеличивается съем продукции с I м занимаемой площади на 20. Увеличение рабочей ширины машины также способствует повышению производительности труда. Оператор, обслундаваюшрй шесть машин с рабочей шириной 2500 мм, может выработать 348 кг/час продукции. Если принять одинаковую загрузку оператора по обслуживанию старых и новых чесальных шошт с рабочей шириной 1800 мм, то его выработка составит 293 кг/час, т. е. на 16 меньше, чем на машинах с рабочей шириной 2500 мм 2 Одновременно с увеличением рабочей ширины чесальных машин и аппаратов увеличились дишяетры главных и съекшых барабанов, а также рабочих валиков. Некоторые западные фирмы изготавливают чесальные аппараты с главными барабанагш диаметром 2000 шл и съемными барабанами диаметром 1500 1лм, Увеличение размеров рабочих органов увеличивает дуги чесания, а следовательно, и потенциальнзш производительность чесальных машин и аппаратов за счет интенсификации процесса чесания, на что указывает ряд авторов 3, 4, 5, б Увеличение диаметра главного барабана позволяет устанавливать над ним большее количество рабочих пар, что увеличивает протяженность основных зон чесания. Увеличение диаметра рабочих валиков увеличивает предельные дуги чесания, что интенсифицирует технологический процесс, в то вре1ш как уменьшение дишлетра рабочих валиков снижает качество прочеса 7 Однако, увеличение диаметра рабочего валика влечет за собой уменьшение числа рабочих пар, а следовательно, и величину сутлмарной зоны чесания на чесальной машине. Поэтому Я. Я. Липенков считает 8 что увеличивать зону чесания за счет рабочих валиков нецелесообразно. Преимущество съемных барабанов увеличенных диаметров заключается в увеличении количества снимаемого волокнистого материала и в улучшении качества прочеса за счет дополнительного чесания в зоне главный съемный барабаны, в образовании более равномерного слоя снятых волокон 4 7J Г. О. Лежебрух отмечает I что увеличение диаметров рабочих органов в меньшей степени способствует повьш1ению производительности валичных чесальных машин, чем наличие большого количества главных барабанов и рабочих пар. Поэтому в гребенном прядении шерсти целесообразно использовать двухбарабанные чесальные машины с обычными диаметрами рабочих органов, чем однобарабанные чесальные маппшы с большими диаметрами рабочих органов, которые лучше применять в полугребенной системе прядения при выработке ковровой пряжи, где перерабатывают в основном полутонкуто, кроссбредную или полугрубую шерсть. Немаловажное значение имеет удобство обслуживания чесального оборудования. Для обслуживания чесальных машин и аппаратов с увеличенными конструктивными размерили необходимо применение специальных подъемно-транспортных средств, что не всегда возможно в условиях существующих предприятийОднако, решение вопроса о конструктивных параметрах рабочих органов чесальных машин и аппаратов не может ограничиваться рассмотрением только технологических и эксплуатационных аспектов. 1бочие органы чесальных машин являются частью механической системы, статическая и динамическая деформация которой непосредственно влияет на технологические параметры, в частности, на разводку между рабочими органами. Увеличение рабочей ширины машины приводит к увеличению пролета между опорами рабочих органов, что при прочих равных условиях приводит к возрастанию стрелы прогиба обечайки, определяюлей неравномерность разводки по ширине машины. Увеличение диаметров рабочих органов неоднозначно влияет на механику узлов, повышая, с одной стороны, жесткость обечайки, а с другой стороны, увеличивая собственный вес и вес навиваемой гарнитуры. Рабочие органы вследствие остаточной незгравновешенности II являются источником виброактивности и в то же время воспринимают внешние динамические нагрузкиПараметром, определяющим степень виброактивности и чувствительности к вибрациям, является коэффициент жесткости рабочих органов, которкй, в свою очередь, зависит от их конструктивных параметров, таких как диаметр и рабочая ширина. Поэтому возникает необходимость исследовать влияние констх-стивных параметров на величину коэффициента жесткости рабочих органовНеобходимость повышения скорости рабочих органов обуславливается возможностью таким образом увеличить производительность чесальной машиныОднако, пропорциональное повышение скорости всех рабочих органов ведет, как правило, к ухудшению качества прочеса, уменьшению средней длины волокна в продукте 9 Следовательно, необходимо соблюдать соотношение скоростей рабочих органов, что является одним из факторов, от которых зависит эффективность процесса переработки волокнистого материала на чесальных машинах. Основными критеришди при выборе скоростного режшяа рабочих органов, кроме производительности, являются: выравнивающая и смешивающая способность машины, качество прочеса, сохранность волокна. Анализируя выравнивающую и смешивающую способность валичной чесальной машины, М-В. Эшлануэль пришел к выводу, что она повышается при увеличении хшсла оборотов главного барабана ю Повышение скорости главного барабана при снижении возвратной загрузки его гарнитуры также увеличивает производительность машины с одновременным улучшением качества прочеса и Вместе с тем, повышение скорости главного барабана приводит повышенной обрывности волокон за счет увеличения сил чесания. Однако, проведенные исследования [12] показывают, что наибольшее укорочение волокон наблюдается только на первых стадиях чесания. При реализации мер, направленных на снижение обрывности волокон в процессе кардочесания, качество прочеса ухудшаетсяУвеличение скорости барабана предпрочеса с 40 до 120 м/мин сопровождается увеличением обрывности шерстяных волокон. При дальнейшем повышении скорости темп увеличения сил чесания и утюньшения средней длины волокон загдедляется. При переработке вискозного волокна увеличение скорости барабана не влияет на обрывность волоконЭти выводы подтверждаются в работе 13 Авторы считают, что скорость рабочих и съемных валиков и связанное с ней прочесное число, существенно влияют на обрывность волокон лишь на первой машине агрегата и в дальнейшем это влияние практически не ощущаетсяСкорость съемного барабана не оказывает никакого влияния на весовую производительность чесального аппарата, но оказывает существенное влияние на линейную производительность. Увеличение скорости съе/шого барабана позволяет вырабатывать более тонкую прялку при меньших вытяжках на прядильных машинах [14] В то же время уменьшение скорости съегшого барабана приводит к возрастанию темпа загрузки сдиром рабочих органов и ухудшает качество прочеса 15 J Из вышеизложенного следует заключить, что в большинстве случаев повышение скоростного режима чесальных машин и аппаратов способствует увеличению производительности и улучшению качества прочеса. Однако, повы1пение скоростного режима чесального оборудования вызывает рост динамических нагрузок из-за остаточной неуравновешенности рабочих органовПоэтому при проектировании чесальных маппш и аппаратов с повышенными скоростями необходимо проведение предварительных теоретических исследований на динамических моделях узлов, шлеющих быстроходные рабочие органы, с целью получения оптимальных жесткостных характеристик и значений допустшлых дисбалансов рабочих органов, обеспечивающих необходимое качество и ровноту продуктаПоложительное влияние ьшнимальных разводок между рабочими органами чесальных мапмн хорошо известно. Влияние этого фактора на производительность и качество продукта рассмотрено в работах многих исследователей 4 7, 9, 15, 16, 17] При уменьшении разводки в зоне главный барабан рабочий валик растет продолжительность взаимодействия этих рабочих органов и интенсивность чесания, что повышает степень очистки и.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМДАЦИИ.

1. Эффективность технических мероприятий по повышению производительности и улучшению качества выпускаемого продукта на валичных чесальных машинах в значительной степени зависит от точностных и динамических характеристик узлов основных рабочих органов, что требует при проектировании машин комплексного учета жесткости как рабочих органов, так и базовых деталей, обеспечения оптимального уравновешивания рабочих органов.

2. Коэффициент жесткости рабочих органов валичного типа увеличивается с увеличением рабочего диаметра, модуля упругости материала и толщины стенки обечайки, диаметра цапф. При этом выбор конструктивных параметров с целью увеличения жесткости должен проводиться с учетом величины статического прогиба и веса рабочего органа. Повышение коэффициента жесткости путем увеличения диаметра цапф не влияет на величину статического прогиба обечайки, но не приводит к существенному повышению жесткости, в связи с чем возможность значительного увеличения коэффициента жесткости рабочих органов валичного типа традиционной конструкции ограничена.

3. Коэффициент жесткости рабочих органов барабанного типа можно увеличить за счет увеличения диаметра вала, расстояния между опорами, момента инерции спиц и длины ступицы крестовин. Доминирующее влияние на коэффициент жесткости барабанов оказывают параметры вала — диаметр и межопорное расстояние. Выбор толщины стенки и материала обечайки должен осуществляться только из расчета допустимости радиальной деформации под действием сил инерции и натяжения гарнитуры.

4. Коэффициенты жесткости существующих конструкций достаточно велики. Однако, точки крепления платформы к раме необходимо располагать по возможности выше. При конструировании рам необходимо располагать подшипниковый узел рабочих органов в плоскости стенки рамы для увеличения жесткости рамы. Коэффициент жесткости узла рабочего органа определяется в основном коэффициентом жесткости самого рабочего органа как детали с наименьшей жесткостью. Поэтому повышение жесткости узла рабочего органа чесальных машин должно происходить за счет увеличения жесткости рабочего органа.

5. Разработаны общие принципы динамического и математического моделирования основных узлов валичных чесальных машин, на основе которых построены и математически описаны динамические модели узлов предпрочеса, съема, основного прочеса чесальных машин для шерсти.

6. Получена общая формула для определения амплитуды вынужденных колебаний опор рабочих органов на основе известных поступательных и угловых виброперемещений. Использование матричной формы записи уравнения малых колебаний при исследовании динамики чесальных машин позволяет эффективно использовать ЭЦВМ для расчета поступательных и угловых виброперемещений рабочих органов по направлениям их степеней свободы.

7. Основными источниками виброактивности чесальных машин является неуравновешенность рабочих органов: в узле предпрочеса — съемных валиковв узле съема — съемных гребнейв узле основного прочеса — главного барабана, бегунов, подбегунников и съемных валиков, что подтверждено экспериментальными исследованиями .

8. Проведенные исследования показали недостаточную жестер кость съемных валиков и подбегунников основного прочеса — 6,8*10 н/м. Ввиду высокой виброактивности для этих рабочих органов требуется обязательная динамическая балансировка. Оптимальными значениями коэффициентов жесткости узлов рабочих органов являются: с съемных валиков предпрочеса — 2*10 н/м, барабана предпрочеса, а а.

4.10° н/м, съемного барабана — 3*10 н/м, съемного гребня с 6.

2-КГ н/м, главного барабана — 8*10 н/м, рабочего валика.

А С.

4*10 н/м, съемных валиков основного прочеса — 4"10 н/м, бегунов — 10 н/м, подбегунников — 4*10 н/м.

9. Исследования и оптимизация династических характеристик рабочих органов показали почти линейную зависимость амплитуд вынужденных колебаний рабочих органов от значений дисбалансов рабочих органов. Получены оптимальные значения дисбалансов виброактивных рабочих органов, обеспечивающих при оптимальных коэффициентах жесткости допустимую величину виброперемещений 15 мкм: о для съемных валиков предпрочеса — 10 ° кг*м, съемных гребней к од.

7,5*10 кг-м, главного барабана — б*10~° кг"м, бегунов — 2"10 кг*м, подбегунников — 1,5*10″ «^ кг-м.

10. Экспериментальные значения амплитуд вибрации опор рабочих органов достаточно велики и составляют до 10 — 15% от номинальных технологических разводок. Расхождение с теоретическими значениями составляет 5 — 18% за исключением отдельных случаев, что является удовлетворительным для подобной задачи,.

11. Экспериментальные исследования коэффициентов жесткости рабочих органов валичного типа показали хорошую сходимость (I -6%) результатов экспериментальных и теоретических исследований, что свидетельствует о высокой точности расчетов коэффициентов жесткости по предлагаемой методике.