Разработка и исследование механизма раскладки однопроцессного базальтового ровинга текстильного назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Шаронов, Андрей Владимирович

• Шаронов, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шаронов, Андрей Владимирович

Введение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПАТЕНТНОЙ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

§ 1. Исследование существующих высокоскоростных механизмов раскладки.

§ 2. Аналитические исследования процесса наматывания нити и наматывающих устройств для формирования паковок большой массы.

§3. Вывод общих уравнений наматывания при постоянной скорости подачи нити.

§4. Определение кинематических параметров нитеводителя при цилиндрической намотке.

§ 5. Определение кинематических параметров точки наматывания Мпри реверсе нитеводителя Г.

§ 6. Условия равновесного расположения нити на поверхностях тел вращения.

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА НАМАТЫВАНИЯ БАЗАЛЬТОВОГО РОВИНГА И НАМАТЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПАКОВКИ БОЛЬШОЙ МАССЫ.

§ 1. Определение кинематических параметров точки наматывания.

§ 2. Определение кинематических параметров нитеводителя при цилиндрической намотке.

§ 3. Определение кинематических параметров нитеводителя во время реверса.

§ 4. Условия равновесного расположения крайних витков на поверхности вращения цилиндрической формы.

§ 5. Условия устойчивости процесса наматывания нити при формировании паковки цилиндрической формы.

§6. Определение плотности формируемой из нити цилиндрической паковки.

§7. Определение кинематических параметров нитеводителя при навивании крайнего витка по заданной кривой.

§8. Определение времени реверса точки наматывания.

§ 9. Определение времени формирования крайнего витка (времени реверса точки наматывания) при применении прецизионного наматывающего устройства.

§ 10. Определение расстояния между траекториями движения точки наматывания и точки раскладки.

§11. Методика проектирования высокоскоростного механизма раскладки базальтовой нити.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО НАМАТЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА.

§ 1. Условия формирования цилиндрической паковки с плоскими торцами.

§ 2. Определение минимально возможного значения угла раскладки

§ 3. Определение коэффициента трения скольжения между базальтовой нитью и нитеносителем.

§ 4. Определение критической скорости наматывания.

§ 5. Проектирование многошагового кулачка раскладки для базальтовых нитей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование механизма раскладки однопроцессного базальтового ровинга текстильного назначения»

Потребность отечественной промышленности в силикатных, минеральных, каолиновых и других волокнистых материалах ежегодно увеличивается.

В настоящее время особое внимание специалисты промышленности уделяют производству нового вида неорганических базальтовых нитей, идентичных по многим параметрам стеклянным нитям, а по ряду показателей превосходят их.

Исходным сырьем для производства базальтовых нитей является магматическая горная порода вулканического происхождения.

В связи с появлением базальтовых нитей возникла практическая необходимость в разработке аппаратурного оформления специфического технологического процесса получения этих нитей и, в первую очередь, в разработке нового высокоскоростного наматывающего устройства для формирования из базальтового ровинга (жгута) цилиндрических паковок с плоскими торцами массой 5 кг.

Базальтовый ровинг с таких паковок перерабатывается на текстильных машинах без предварительного перематывания, трощения и кручения.

Существующие наматывающие устройства для стеклянных нитей (в основном механизмы раскладки) не обеспечивают надежную работу при высоких скоростях наматывания базальтовых нитей.

В связи с этим обстоятельством перед нами была поставлена конкретная актуальная научная и практическая задача: разработать, исследовать и внедрить в производство высокоскоростной механизм раскладки, обеспечивающий формирование из базальтового ровинга цилиндрических паковок с плоскими торцами массой более 5 кг.

Данная диссертационная работа посвящена решению этой актуальной научной и практической задачи.

При выполнении диссертационной работы теоретически и экспериментально доказана возможность применения разработанного нами высокоскоростного инерционного механизма раскладки нити для формирования цилиндрических паковок с плоскими торцами большой массы. Кроме того, в работе получены аналитические зависимости для определения технологических и кинематических параметров процесса наматывания нити, её равновесия на теле намотки, а также - для определения аналогичных параметров высокоскоростного наматывающего устройства; разработана методика проектирования механизма раскладки; спроектирован и изготовлен стенд для проведения экспериментальных исследований.

Результаты проведенных исследований по теме диссертации будут использованы на предприятиях и в конструкторских отделах химической, текстильной и легкой промышленности, а также в учебном процессе в высших технических учебных заведениях, готовящих специалистов по специальности 17.07.00 «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности».

Цель работы

Разработать, исследовать и внедрить в производство высокоскоростной механизм раскладки, позволяющий формировать цилиндрические паковки с плоскими торцами из базальтового ровинга текстильного назначения, а также разработать методику проектирования этого механизма с использованием ЭВМ.

Задачи исследований

Теоретически и экспериментально доказать возможность формирования из базальтового ровинга цилиндрических паковок с плоскими торцами массой более 5 кг.

Разработать и исследовать высокоскоростной механизм раскладки.

Разработать методику проектирования этого механизма.

Разработать и изготовить стенд для проведения экспериментальных исследований процесса высокоскоростного наматывания базальтовой нити и разработанного механизма раскладки.

Научная новизна

Теоретически и экспериментально доказана возможность формирования из базальтового ровинга цилиндрических паковок с плоскими торцами массой более 5 кг; разработаны математические модели высокоскоростного наматывания базальтовой нити и процесса формирования равновесных и устойчивых цилиндрических паковок, а также математические модели расчета и синтеза нового механизма раскладки с многошаговым кулачком.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты аналитических исследований процесса высокоскоростного наматывания базальтовой нити, формирования из этой нити равновесных и устойчивых цилиндрических паковок с плоскими торцами.

2. Разработанную схему и конструкцию высокоскоростного механизма раскладки.

3. Разработанную методику проектирования нового механизма раскладки.

Практическая ценность

Применение разработанного нами высокоскоростного механизма раскладки на формовочных машинах (агрегатах) позволит формировать из базальтового ровинга равновесные и устойчивые цилиндрические паковки с плоскими торцами заданной массы и структуры и использовать эти паковки на перерабатывающих текстильных машинах без предварительных операций перемотки, трощения и кручения, что даст существенный экономический эффект.

Результаты аналитических и экспериментальных исследований могут быть использованы при выборе размеров, формы и структуры формируемых паковок, а также при разработке новых механизмов раскладки для нитей всех видов. Кроме того, все результаты аналитических исследований целесообразно использовать в учебном процессе при изучении специальной дисциплины «Расчет и проектирование машин для производства химических нитей и волокон».

По результатам исследований разработаны:

1. Математические модели процесса высокоскоростного наматывания базальтовых нитей и формирования из этих нитей равновесных и устойчивых цилиндрических паковок с плоскими торцами массой более 5 кг.

2. Конструкция высокоскоростного инерционного механизма раскладки с многошаговым цилиндрическим кулачком.

3. Методика проектирования разработанного механизма раскладки.

4. Стенд высокоскоростного наматывающего устройства с новым механизмом раскладки.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы использованы при разработке новой конструкции механизма раскладки и при разработке стенда высокоскоростного наматывающего устройства. Этот стенд изготовлен и установлен в лаборатории динамики кафедры ПМХВ и КОО МГТУ им. А. Н. Косыгина и используется в учебном процессе.

Разработанная схема, чертежи и методика проектирования высокоскоростного наматывающего устройства переданы для практического использования в ОАО «Селивановский машиностроительный завод».

Ожидаемый экономический эффект от использования нового высокоскоростного механизма раскладки на формовочных агрегатах стеклянных и базальтовых нитей составит примерно 25 млн. рублей в год.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Шаронов А.В. Условия устойчивости процесса наматывания базальтовой нити (ровинга) при формировании паковок цилиндрической формы.

2. Коротеева Л.И., Шаронов А.В., Яскин А.П., Глушенков В.И. Намоточное натяжение в приемных устройствах агрегатов для получения минеральных нитей.

3. Л.И. Коротеева, А.В. Шаронов, А.П. Яскин. Некоторые вопросы процесса формирования паковок большой массы из базальтовых нитей.

4. А.В. Шаронов. Определение кинематических параметров нитеводителя при навивании крайнего витка по заданной кривой.

Объем диссертации

Диссертация содержит введение, три главы, общие выводы и список использованной литературы.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Шаронов, Андрей Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Поставленная задача (разработать, исследовать и внедрить в производство высокоскоростной механизм раскладки базальтового ровинга (жгута)) решена в диссертационной работе полностью.

2. Разработанный высокоскоростной механизм раскладки может быть применен не только на формовочных агрегатах для производства стеклянных и базальтовых нитей, но и на других текстильных машинах, формирующих цилиндрические паковки с плоскими торцами из нитей всех видов.

3. Действительная скорость наматывания v не должна превышать критического значения vKV:

Q - намоточное натяжение; Т- линейная плотность нити; сг-допускаемое напряжение в нити на растяжение; рн - объемная плотность наматываемой нити).

4. При высокоскоростном наматывании базальтового ровинга (продольная скорость ровинга и>20л/с) намоточное натяжение Q должно быть больше натяжения, возникающего от центробежной силы:

5. При постоянном намоточном натяжении Q и постоянном угле раскладки (30 нормальная удельная сила Л^ со стороны наматываемых витков на предыдущие при увеличении радиуса г тела намотки уменьшается по гиперболическому закону

Q>Tv2.

О cos2 В() TV, =--^ что ведет к уменьшению плотности последующих слоев тела намотки и паковки.

6. Масса тп намотанной нити (масса выходной паковки) не должна превышать критического значения тпкр:

2nHQf] cos/?о тн - тпкр =gh\

7. Крайние витки будут находиться на теле намотки в устойчивом равновесии, если значение угла раскладки р0 будет меньше максимального значения (30тах: ъи

Азотах = arCSin гп /? - коэффициент трения сцепления между наматываемой нитыо и телом намотки; Ь- расстояние между траекториями движения точки наматывания и точки раскладки).

8. Наружный диаметр dK сплошного цилиндрического кулачка раскладки должен быть больше его критического значения dKKp: к Khp V^E tga

9. Если кулачок раскладки составной (вал кулачка стальной, а собственно кулачок изготовлен из иного материала), то при подвижном соединении этих деталей искомый диаметр dK кулачка должен быть больше dKmin: к — dKinin 1,83/* — 4 EK v • о \2 j 2 и sin /)0 dh tga J 2

10. Угол подъема а средней линии винтового паза кулачка раскладки не следует брать более 30°, а винтовые линии противоположных направлений целесообразнее сопрягать на участках реверса синусоидальной кривой

Dtpe6 sin р0 sin \ M

У\ рев J К

11. Время реверса нитеводителя в первом приближении можно определять по формуле:

6Ь 6 Ь рев иокр VCQsPq

12. Крайние витки следует укладывать по синусоидальной кривой, а время реверса точки наматывания определять по формуле:

1рев ~ wq,tgP о и/ cos pQ

13. Чем меньше наружный диаметр цилиндрического нитеносителя, тем труднее и на меньшую глубину стягиваются крайние витки к середине тела намотки и меньше нарушается заданная форма и структура формируемой паковки, поэтому весьма выгодно применять нитеносители малого диаметра (с10<50мм), если намотанная нить (паковка) не подвергается жидкостной обработке с последующей сушкой.

14. При наматывании базальтовой нити (ровинга) на жесткий нитеноситель технологический угол раскладки следует брать минимально возможным (>5°.10°), а при наматывании на сильно податливый (бумажный) нитеноситель - максимально возможным {ро> 10°.15°).

15. Так как базальтовая нить (ровинг) при наматывании практически не вытягивается и не усаживается , то её можно наматывать на очень податливые нитеносители (когда /?0 > 10°) и получать достаточно плотные и устойчивые паковки даже после удаления нитеносителя.

С таких паковок нить можно сматывать как снаружи так и изнутри. В первом случае отход нити в брак минимальный, особенно при малом диаметре нитеносителя (d0 < 50мм).

16. При заданной плотности рп формируемой паковки радиус г тела намотки изменяется во времени по закону г= Ь | Tvt f° кНРп '

17. Так как скорость v формования (наматывания) базальтового ровинга должна быть постоянной, то угловая скорость тела намотки (бобинодержателя) должна уменьшаться по закону

18. Максимальную плотность рптах паковки, сформированной из базальтового ровинга при Q > Omjn, можно определять по формуле

Рп max = 0,846р„ = 0,716р р„ - объемная плотность намотанного ровинга; р- плотность формовочного базальтового расплава или исходного материала-базальта).

19. При формировании цилиндрических паковок с плоскими торцами целесообразнее применять прецизионное наматывающее устройство, в котором имеет место жесткая кинематическая или электрическая связь между валами тела намотки и кулачка раскладки. В этом случае угол раскладки Р уменьшается при увеличении радиуса г тела намотки по закону р = arctg rjLlgP о г способствуя получению равновесных и устойчивых паковок.

20. Разработанная методика проектирования высокоскоростного механизма раскладки с многошаговым кулачком может быть использована при проектировании аналогичных механизмов формовочных, крутильных, перемоточных, текстурирующих и других текстильных машин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шаронов, Андрей Владимирович, 2006 год

1. Агрегаты и машины для формирования химических нитей из расплавов. Под ред. Матюшева И.И., Л., Машиностроение, 1989.

2. Алешин П.А. Равновесная намотка. «Текстильная промышленность», 1951, №8.

3. Бадалова Э.И. и др. Производство стеклянных волокон и тканей. М.: Химия, 1973.-310 с.

4. Балясников Л.А., Регельман Х.З. //Известия вузов, ТТП. 1973. № 6. -С.123-127.

5. Волокнистые материалы из базальтов Украины. // Киев: изд. «Техника». Сб. статей УФ ВНИИСПВ, 1971.

6. Джигирис Д.Д. «Основы производства базальтовых волокон и изделий из них». М. 2002 .

7. Джигирис Д.Д., Волынский А.К. и др. Основы технологии получения базальтовых волокон и их свойства// Сборник научных трудов: Базальтоволокнистые композиционные материалы и конструкции. Киев: Наукова Думка, 1980.

8. Коротеева Л. И., Яскин А. П., Озерский О.Н. Технологическое оборудование заводов химических нитей и волокон. М., Легкая промышленность, 1987,400 с.

9. Костиков В.И., Смирнов Л.П. Базальтоволокнистые материалы. М.: Информконверсия, 2001.

10. Машиностроение: Энциклопедия; t.IV 13. Машины и агрегаты текстильной и легкой промышленности. М., Машиностроение, 1997.

11. Машины для формирования химических и минеральных волокон. Под ред. Х.З. Регельмана. Л., Машиностроение, 1972.

12. Минаков А.П. Основы теории наматывания и сматывания нити. -«Текстильная промышленность», 1944, №10,11,12.

13. Пелех Б.Л. и др. Методы исследования базальтовых волокон и их физико-механические свойства. // Базальтоволокнистые материалы и конструкции. Киев: Наукова Думка. 1980.- с.81-112.

14. Производство стеклянных волокон и тканей. /Под редакцией М.Д.Ходаковского М.: Химия, 1973.

15. Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. М., Машиностроение, 1974,472 с.

16. Прошков А.Ф. Механизмы раскладки нити (вопросы проектирования). -М.: Легпромбытиздат, 1986, 248 с.

17. Прошков А.Ф. Расчет и проектирование машин для производства химических волокон. М., Легкая и пищевая промышленность, 1982. -408 с.

18. Раюнец А.Л. Еще раз о цилиндрической намотке. «Текстильная промышленность», 1947, №5.

19. Регельман Х.З. Исследование колебаний бобинодержателя и работы раскладчика стеклопрядильного агрегата. М., 1958, (кандидатская диссертация), 150 с.

20. Светик Ф.Ф. Проектирование механизмов раскладки нити, М., Машиностроение, 1984.

21. Стеклянные волокна. Под ред. М.С. Аслановой. М.: Химия, 1979.

22. Технология текстильного стекловолокна. Под ред. Э.И.Бадаловой, М., Химия, 1966.

23. Чемисов П.И. Кинематика мотальных механизмов. Дисс. МТИ

24. Яскин А.П. Исследование и проектирование механизмов для высокоскоростной намотки химических нитей. Дисс. МТИ 1974.

25. Fibre Science and Technology (5 vol.)/ Edited by V.I. Kostikov/LondonA CHARMAN&HALL, 1995, p. 694