Анализ условий работы приводов машин текстильной и легкой промышленности с регуляторами натяжения ременных передач тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Зырянов, Виктор Леонидович

• Зырянов, Виктор Леонидович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зырянов, Виктор Леонидович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРИВОДОВ МАШИН ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

1 Л.Типы конструктивных схем приводов, используемых в машинах текстильной и легкой промышленности.

1.2.Краткий обзор работ, посвященных исследованиям условий работы приводов машин.

1.3.Основные параметры для оценки работоспособности ременных передач.

1.4.Способы и устройства для создания натяжения в ременных передачах.

Выводы.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАНЕТАРНОГО РЕГУЛЯТОРА НАТЯЖЕНИЯ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ .:.'.

2.1.Анализ режимов работы планетдрного регулятора натяжения на базе кинетостатической модели.

2.2.Результаты анализа кицетостатической модели планетарного регулятора.

2.3.Приближенное аналитическое представление динамических характеристик двигателя на основе формул Клосса.

2.4.Анализ режимов работы планетарного регулятора натяжения с учетом характеристики двигателя.

2.5.Сопоставление результатов анализа работы регулятора натяжения с учетом и без учета динамической характеристики двигателя.64 ~

2.6.Составление уравнений движения регулятора натяжения с учетом упругих и диссипативных свойств ременной передачи при заданном законе движения ведущего звена.

2.7.Анализ частотных характеристик планетарного регулятора натяжения ременной передачи.

2.8.Результаты численного анализа условий работы регулятора натяжения с учетом упругости ремня.

2.9.Анализ условий работы планетарного регулятора натяжения с учетом упругих свойств ремня и динамической характеристики двигателя.

2.10.Результаты численного анализа обобщенной динамической модели планетарного регулятора.

Выводы.

ГЛАВА 3.ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРА НАТЯЖЕНИЯ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ С ШАРНИРНЫМ ПОДВЕСОМ

ДВИГАТЕЛЯ (ТКАЦКИЙ СТАНОК ТИПА П-105).

3.1 .Составление уравнений движения регулятора с шарнирным подвесом двигателя.

3.2.Результаты численного анализа режимов работы регулятора.

3.3.Анализ частотных характеристик регулятора натяжения ременной передачи.

Выводы.

ГЛАВА 4. АН А ЛИЗ РЕГУЛЯТОРА НАТЯЖЕНИЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ.

4.1.Конструктивная схема регулятора натяжения двухступенчатой ременной передачи.

4.2.Составление уравнений движения регулятора натяжения двухступенчатой ременной передачи.

4.3.Результаты численного анализа условий работы регулятора натяжения.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ условий работы приводов машин текстильной и легкой промышленности с регуляторами натяжения ременных передач»

В приводах машин текстильной и легкой промышленности наибольшее распространение получили конструкции, в которых главный (распределительный) вал машины получает вращательное движение от электродвигателя либо непосредственно через клино-ременную передачу, либо через комбинацию клиноременной передачи с управляемой фрикционной муфтой. По таким схемам выполнены приводы ткацких станков, чесальных, ленточных, прядильных, швейных и многих других типов машин. По упрощенным схемам обычно выполняются приводы конвейеров различных типов, широко используемых в производствах текстильной и легкой промышленности. При этом приводы проектируются исходя из условий достижения максимальной простоты и минимальной стоимости их конструкций. Предварительное натяжение ремней, как правило, является постоянным и не может регулироваться при изменении полезной нагрузки в процессе работы машины. Это приводит к возникновению в сечениях ремней избыточных напряжений, быстрому росту остаточных деформаций и необходимости частых регулировок их предварительного натяжения, что увеличивает эксплуатационные расходы и сокращает сроки службы ременных передач.

Одним из наиболее эффективных способов улучшения условий работы приводов с ременными передачами является создание систем автоматического регулирования натяжения в зависимости от величины передаваемого крутящего момента. Практическому использованию подобных систем препятствует их повышенная стоимость и отсутствие надежных методов расчета, позволяющих реализовать все преимущества систем автоматического поддержания натяжения ремней на минимально необходимом уровне.

В связи с этим в настоящей работе основное внимание уделено анализу механических характеристик наиболее простых конструктивных схем регуляторов натяжения ременных передач: планетарных и с шарнирным подвесом двигателя. Рассмотрена также конструкция регулятора натяжения в двухступенчатой ременной передаче. Эти задачи актуальны для текстильного и легкого машиностроения и обеспечивают повышение научного уровня выполнения проектных и конструкторских разработок.

Предложенные расчетные методики основаны на математическом моделировании условий работы регуляторов натяжения и реализации этих методик в виде программного обеспечения для ПЭВМ. Ориентированы они в основном на решение задач, возникающих при проектировании приводов чесальных машин и пневматических ткацких станков.

Целью работы является анализ и разработка на основе использования возможностей современных ЭВМ методик расчета приводов машин текстильной и легкой промышленности с автоматическим регулированием натяжения ременных передач.

При этом решались следующие задачи:

1. Разработка методики анализа условий работы ременных передач в динамических режимах с учетом возможности проскальзывания ремня относительно шкивов.

2. Математическая формулировка условий существования различных режимов работы ременных передач и составление соответствующих им уравнений движения.

3. Математическое моделирование и разработка программного обеспечения для исследования условий работы регуляторов натяжения различных типов.

4. Выявление основных параметров, определяющих характер работы регуляторов натяжения, и разработка рекомендаций для их проектирования.

При решении поставленных выше задач использовались методы и общие положения теоретической механики, теории колебаний, деталей машин и динамики машин. Для математического описания разработанных динамических моделей использовался аппарат кусочно-линейных и нелинейных систем дифференциальных уравнений, решения которых находились численными методами, реализуемыми с помощью современной вычислительной техники.

При выполнении диссертационной работы получены следующие новые научные результаты.

1. Анализ ряда динамических моделей планетарного регулятора натяжения, составленных с различной степенью приближения к реальной конструкции, показал, что в расчетных моделях регуляторов необходимо учитывать упруго-диссипативные свойства ремня и динамическую характеристику электродвигателя. Эти же требования необходимо учитывать и при анализе регуляторов натяжения других типов.

2. В зависимости от наличия или отсутствия проскальзывания ремня относительно ведущего и ведомого шкивов установлена возможность реализации четырех различных режимов работы ременных передач, входящих в состав регуляторов натяжения. Для каждого из этих режимов работы получены математические условия их существования и составлены соответствующие дифференциальные уравнения движения.

3. При частотном анализе регуляторов натяжения установлено, что наличие проскальзывания в ременной передаче приводит к уменьшению количества ненулевых собственных частот на единицу. В использованных моделях это связано с исключением из расчетной схемы колебательного контура, образуемого упругим ремнем и ведомым шкивом.

4. Для достижения максимального быстродействия планетарного регулятора натяжения его начальная конфигурация должна характеризоваться перпендикулярным расположением водила и линии центров ременной передачи. Такой начальной конфигурации соответствуют максимальные значения .собственных частот колебаний регулятора. Аналогичным образом (с поправками на конструктивные отличия) следует выбирать и начальное расположение звеньев регуляторов других типов. В тоже время при необходимости увеличения натяжения ремня и сокращения длительности режимов работы, сопровождающихся проскальзыванием в ременной передаче, можно рекомендовать отклонения от перпендикулярности в пределах примерно 30°.

5. Анализ динамических моделей планетарного регулятора натяжения ремня и регулятора с шарнирным подвесом двигателя показал, что в случае больших приведенных к главному валу моментов инерции масс машины регуляторы натяжения могут выполнять функции пусковых устройств, предохраняющих двигатель от пусковых перегрузок за счет кратковременного проскальзывания в ременной передаче.

6. Предложена и проанализирована схема регулирования натяжения в двухступенчатой ременной передаче. Данная схема является комбинацией двух ранее рассмотренных схем регуляторов и ее математическое описание построено на основе аналогичных систем дифференциальных уравнений.

7. Для всех рассмотренных типов регуляторов натяжения разработаны математические модели, вычислительные алгоритмы и программное обеспечение, позволяющее исследовать процессы пуска и установившегося движения машин с учетом возможности проскальзывания в ременной передаче.

Разработанные динамические и математические модели, их программная реализация на ПЭВМ являются научной базой и рабочим инструментом для проектирования приводов машин с регулированием натяжения ременных передач. При этом достигается автоматизация выполнения расчетов, сокращается время и трудозатраты на проектирование, доводку и внедрение в производство машин с новыми конструкциями приводов.

В соответствии с поставленными целями и задачами материалы диссертации изложены в следующей последовательности.

В первой главе выполнен обзор конструктивных схем приводов машин текстильной и легкой промышленности, который показал, что наибольшее распространение получили приводы с непосредственной передачей движения от двигателя к главному валу машины с помощью клиновых ремней (трепальные, ленточные, гребнечесальные, прядильные, круглотрикотажные и др. машины), либо приводы, дополнительно содержащие управляемые пусковые фрикционные муфты (чесальные машины, ткацкие станки, швейные машины и др.).В этой же главе дан краткий анализ теоретических методов, используемых при исследовании приводов машин, которые были положены в основу при выполнении данной работы.

Во второй главе исследуются с помощью различных моделей динамические характеристики планетарного регулятора натяжения ременных передач. Установлена возможность работы регулятора в четырех режимах, характеризующихся отсутствием или наличием проскальзывания в ременной передаче, и получены математические условия реализации каждого из отмеченных режимов работы. Дан

10 ная глава является основной и на базе полученных в ней результатов проводятся исследования в последующих главах диссертации.

Третья глава посвящена анализу характеристик регулятора натяжения ременных передач с помощью шарнирного подвеса двигателя. Выполнено численное моделирование условий его работы, исследованы частотные спектры собственных колебаний и получены основные рекомендации по проектированию натяжных устройств подобного типа.

В четвертой главе результаты предыдущих исследований распространяются на регулятор натяжения двухступенчатой ременной передачи. Выявлены отличительные признаки данной схемы регулирования натяжения и получен ряд практических рекомендаций по проектированию регуляторов этого типа.

В конце диссертации приведены общие выводы, рекомендации, список использованной литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Зырянов, Виктор Леонидович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Вопросы, рассмотренные в диссертации, относятся к одним из наиболее важных в проектировании приводов машин с ременными передачами и позволяют оценить перспективы использования регуляторов натяжения в приводах машин текстильной и легкой промышленности. Этому в значительной степени способствуют разработанные в диссертации алгоритмы и программы для динамического анализа регуляторов различных типов.

В целом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1.Анализ различных расчетных схем показал, что для всех типов регуляторов натяжения ременных передач в динамических и математических моделях необходимо учитывать упругие и диссипа-тивные свойства ремней, а также динамические характеристики двигателей, причем последние должны быть пригодны как для описания установившегося режима работы машины, так и процесса ее пуска.

2. В зависимости от наличия или отсутствия проскальзывания в ременной передаче выделено четыре возможных режима работы регуляторов натяжения, для каждого из которых получены математические условия их существования, позволяющие определять тип текущего режима и осуществлять выбор соответствующих уравнений движения регулятора.

3.Наличие проскальзывания на одном из шкивов ременной передачи делит динамическую модель регулятора натяжения на две отдельные части. При этом существенно изменяется спектр собственных частот колебаний, особенно в регуляторе с двухступенчатой ременной передачей, где возможны различные варианты деления единой динамической модели.

4.При проектировании регуляторов натяжения рассмотренных типов особое внимание следует уделять выбору их начальной конфигурации, поскольку она определяет частотный спектр регулятора и величины крутящих моментов, которые могут быть переданы без проскальзывания в ременной передаче.

5.Исследования планетарного регулятора натяжения ременной передачи показали, что максимальная величина отслеживаемой внешней нагрузки существенно зависит от момента инерции массы сателлитного блока. При этом увеличение значений момента инерции массы сателлитного блока позволяет передавать без проскльзы-вания большие значения крутящих моментов.

6.На основе анализа динамических моделей планетарного регулятора и регулятора с шарнирным подвесом двигателя установлено, что в случае больших приведенных моментов инерции масс машины они могут выполнять функции устройств для плавного пуска машины, предохраняя двигатель от пусковых перегрузок за счет проскальзывания ремня. Решение подобной задачи актуально для чесальных и близких к ним по своим механическим и технологическим параметрам машин.

7.При проектировании регуляторов рассмотренных типов необходимо учитывать, что все они содержат вращающиеся относительно подвижных осей шкивы или зубчатые колеса, в связи с чем требуется повышенная точность их изготовления и тщательная балансировка, поскольку центробежные силы инерции, обусловленные неуравновешенностью, вызывают колебания несущих эти детали конструкций, что отрицательно сказывается на качестве регулирования натяжения.

159

8.Математическое описание динамических моделей регуляторов натяжения в связи с наличием различных режимов работы строится на базе кусочных линейных и нелинейных систем дифференциальных уравнений, каждая из которых описывает только один определенный режим. Возникающая при этом проблема стыковки уравнений при смене режимов работы регулятора решается за счет включения в вычислительный алгоритм операций по определению типа режима на каждом шаге вычислений.

9.Предложенные расчетные методики, основанные на математическом и численном моделировании условий работы регуляторов натяжения, и реализация этих методик на ПЭВМ с разработкой алгоритмов и программного обеспечения позволяют конструкторам оперативно решать практические задачи, возникающие при проектировании, доводке и внедрении новых конструкций приводов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зырянов, Виктор Леонидович, 2000 год

1. Батурин А.Т. Детали машин. Машгиз, М.: 1959, 230 с.

2. Длоугий В.В. Приводы машин. Машиностроение. Л.: 1982, 383 с.

3. Чернавский С.А. и др. Проектирование механических передач. М., ГНТИМЛ, 1959. 739 с.

4. Мартынов И.А. Приводные системы ткацких станков, Легпром-бытиздат, М.: 1991 272 с.

5. Дамаскин Б.И. Динамика привода промышленной швейной машины. Изв.ВУЗов, «Технология легкой промышленности», № 25, 1965 г.

6. Основы проектирования текстильных машин. (Общая часть). Под общей ред. А.И.Макарова. М., Машиностроение, 1976, с. 416.

7. Антонов М.А. Автоматизированный электропривод типа ПТТТМ 31-01 для промышленных швейных машин. Санкт-Петербургский центр научно-технической информации № 24-96

8. Артоболевский И.И. Теория механизмов. М., изд. «Наука», 1975

9. Бессонов А.П. Основы динамики механизмов с переменной массой звеньев. М., «Мир», 1968 г.

10. Кожевников Я.С. Динамика машин. Машгиз. М. 1961.

11. Вульфсон И.И., Коловский М.З. Нелинейные задачи динамики машины. «Машиностроение». Л., 1968.

12. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. «Машиностроение». Л., 1976 г.

13. Коритысский Я.И. Колебания в текстильных машинах. Машиностроение, М., 1973

14. Коловский М.З. О влиянии высокочастотных возмущений на резонансные колебания в нелинейной системе. Труды ЛПИ, № 226. «Динамика и прочность машин». Л., 1963.

15. Кобринский А.Е. Механизмы с упругими звеньями. «Наука», М., 1964.

16. Кобринский А.Е. Виброударные системы. «Наука», М., 1973.

17. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями. Изд.АН УССР, 1961.

18. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями и распределенными параметрами. Труды II Всесоюзного съезда по теоретической и прикладной механике. Наука. М., 1965

19. Бабаков И.М. Теория колебаний. 2-е изд. М.: Наука, 1965.

20. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. М.: Наука, 1987. 352 с.

21. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. Физматгиз.М., 1959 г. 268 с.

22. Вульфсон И.И. Исследования в области динамики цикловых механизмов машин текстильной и легкой промышленности. Дисс. на соискание ученой степени доктора техн. наук. Л., ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1970 г.

23. Вейц В.Л., Кочура А.Е., Мартыненко А.М. Динамические расчеты приводов машин.-Л.: Машиностроение, 1971.-352 с.

24. Вейц В.Л. Динамика машинных агрегатов.-Л.: Машиностроение, 1969.-370 с.

25. Вейц В.Л., Дондошанский В.К., Чиряев В.И. Вынужденные колебания в металлорежущих станках. М.-Л., Машгиз, 1959 г.

26. Вейц В.Л., Доброславский В.Л. Расчет станочных приводов с периодической нагрузкой. Ж., «Станки и инструмент», 1961, №3

27. Пинчук И.С. Переходные процессы в асинхронных двигателях при периодической нагрузке. Ж., «Электричество», 1957, №9

28. Рагульскис K.M. К динамике машин с электроприводом. Труды АН Лит.ССР, серия Б, 1960, №3

29. Янко-Гриницкий A.A. Уравнения переходных электромагнитных процессов асинхронного двигателя и их применение. Ж., «Электричество», 1951, №3

30. Цехнович Л.И. Вынужденные крутильные колебания в машинном агрегате с электроприводом. Сб. Динамика машин. Маш-гиз.,1963

31. Пресняков В.К., Филер З.Е. Динамика машинного агрегата с периодическим движением с учетом динамических характеристик электродвигателя. Сб. Механика машин., вып. 25-26, М., Наука, 1970

32. Роот В.Г. Динамические расчеты шаговых конвейеров с дифференциальным червячным приводом. СПГУТД, СПб.- 1998.-73 с.

33. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе.- М.: Энергия, 1977.-431 с.

34. Кононенко В.О. Колебательные системы с ограниченным возбуждением. Наука, 1964

35. Гарбарук В.Н. Расчет и конструирование трикотажных мшин. М-JL, изд. Машиностроение, 1966

36. Симин С.Х. Быстроходные основовязальные машины. М., Гиз-легпром, 1955

37. Сигачева В.В. Динамические исследования механизмов привода петлеобразующих органов основовязальных машин. Дисс. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. Л., 1969

38. Карагезян Ю.А. Исследование нелинейных процессов в приводе пневматических ткацких станков. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук, Л., 1977

39. Веселова С.М. Динамика привода гребнечесальной машины для хлопка. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук, Л., 1975

40. Дамаскин Б.И. и др. Анализ работы агрегата швейная машина -привод. Изв. ВУЗов, Технология легкой пром-сти, №3, 1966

41. Дамаскин Б.И., Поболь О.Н. Динамика привода промышленной швейной машины. Изв. ВУЗов, Технология легкой пром-сти, №25,1965

42. Жуковский Н.Е. О скольжении ремня на шкивах. М:, ОНТИД937, т.8, с 12-21

43. Капустина В.В. Скольжение клинового ремня. Главное управление научно-исследовательских и проектных организаций при Госплане СССР, труды ЦБТИ, вып. 21, М:, 1958

44. Светлицкий В.А. Динамика передач гибкой растяжимой связью. Автореферат дисс. н соиск. уч. степени канд. техн. наук, М, 1959

45. Светлицкий В.А. Передача с гибкой связью. Теория и расчет. М:, Машиностроение, 1967

46. Пронин Б.А. Клиноременные и фрикционные передачи и вариаторы. М., Машгиз, 1960

47. Пронин Б.А. Ременные передачи. Справочник металлиста. М., Машиностроение, 1976, с. 480-565

48. Пронин Б.А., Верницкий В.В. Влияние изгибной жесткости ремня на силовые параметры ременной передачи. Вестник машиностроения, 1978, №1, с. 39-42

49. Пронин Б.А., Шмелев А.Н. Об определении скольжения в кли-ноременной передаче. Вестник машиностроения, 1973, №9

50. Пронин Б.А., Ревков Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи. М:, Машиностроение, 1980, 320 с.

51. Галаджев P.C. Исследование деформаций клиновидного ремня методом электротензометрирования. Труды НПИ, Новочеркасск, 1963, т. 149, с. 105-111

52. Мартыхин Ю.М. Характер взаимодействия клинового ремня со шкивами вариатора в переходном режиме. В кн. Бесступенчато-регулируемые передачи, Ярославский политехнический ин-т, 1976, вып. 1, с. 11-15

53. Зырянов B.JI. Анализ планетарного регулятора натяжения ременной передачи. /С-Петербургский гос. Университет технологии и дизайна. СПб., 2000.-20с., илл. Библ.4назв.-Деп. В ВИНИТИ 05.04.00 № 909-В00.

54. М. Уэйт, С. Прата, Д. Мартин. Язык СИ. Изд. Мир, 1988.

55. Б. Керниган, Д. Ритчи. Язык программирования СИ. М.: изд. Финансы и статистика, 1992. 271 с.

56. Хемминг Р.В. Численные методы, изд. Наука, М.: 1972.

57. Милн В.Э. Численное решение дифференциальных уравнений. Приложение В, ИЛ, М., 1955.

58. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. М., ГИТТЛ, 1957.

59. Зырянов В.Л. Анализ частотных характеристик планетарного регулятора натяжения ременной передачи. Сборник статей аспирантов и докторантов: Сб.науч.тр. /СПГУТиД. СПб., 1999.-163 с.

60. Роот В.Г., Поляков В.К., Зырянов В.Л. Динамический анализ привода с планетарным регулятором натяжения ременной передачи. Вестник СПГУТиД, №3 1999 с.66 -72

61. Панин B.C. Применение ведущего шкива клиноременной передачи как муфты сцепления, Сб. Бесступенчато-регулируемые передачи. Ярославский политехнический ин-т, 1982, с. 48-52

62. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики. Т.П. Гостехиздат,1955

63. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем. Главная ред. Физмат. Литературы, изд. Наука, М., 1978, 352 с.165

64. Коловский М.З. Динамика машин.- Л.: Машиностроение, Ле-нингр. отд-ние, 1989.- 263 с. : ил.

65. Зырянов В.Л. Исследование привода с натяжением ременной передачи за счет массы двигателя. Сборник статей аспирантов и докторантов: Сб.науч.тр. / СПГУТиД.-СПб., 1999.-163 с.

66. Пронин Б.А., Петров М.С., Мартыхин Ю.М. Некоторые особенности описания динамической системы клиноременного вариатора в трансмиссии мотоцикла. Сб. Бесступенчато-регулируемые передачи. Ярославский политехнический ин-т, 1982, с. 3-7

67. Заявка на изобретение «Приводной механизм». №2000107603 от 30.03.2000 г.

68. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. М., 1980.-408 с.166