Разработка и исследование устройства натяжения основы на ткацком станке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Сюе Юн

• Сюе Юн
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сюе Юн

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1. Обоснование основных задач, подлежащих разработке.

1.1. Тенденции в развитии ткацкого оборудования.

1.2. Обзор устройств натяжения основы на ткацких станках.

1.3. Выводы по главе 1.

2. Идентификация и исследование устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

2.1. Анализ механизма отпуска и натяжения основы на ткацком станке типа А11 IP.

2.2. Модель взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала и навоем.

2.3. Определение динамических характеристик системы "основные нити - навой" для пневморапирного станка.

2.4. Разработка структурной схемы САУНО.

2.5. Выводы по главе 2.

3. Структурное проектирование устройства натяжения основы на ткацком станке.

3.1. Особенности структуры механизма натяжения основы на ткацком станке.

3.2. Математическое моделирование механизма натяжения основы на базе микропроцессорного контроллера.

3.3. Имитационное моделирование механизма натяжения основы на базе цифрового устройства.

3.4. Экспериментальное машинное исследование метамодели механизма натяжения основы с микропроцессорным блоком.

3.5. Выводы по главе 3.

4. Конструктивная разработка устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка.

4.1. Методы проектирования электромеханических устройств.

4.2. Разработка параметрической схемы цифрового блока.

4.3. Обоснование выбора элементной базы.

4.4. Разработка алгоритма и программы управления исполнительным механизмом натяжения основы.

4.5. Выводы по главе 4.

5. Экспериментальное исследование цифрового устройства натяжения основы на ткацком станке.

5.1. Исследование системы натяжения основы и оценки функционирования цифрового устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка.

5.2. Сравнение функционирования цифрового устройства натяжения основы и результатов моделирования механизма натяжения основы на пневморапирном ткацком станке.

5.3. Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование устройства натяжения основы на ткацком станке»

На производительность в ткачестве большое влияние оказывает уровень обрывности нитей. Из-за высокой обрывности ухудшается качество ткани и увеличивается простой оборудования, что приводит к увеличению затрат предприятия, к нарушению работы оборудования, быстрому выходу его из строя. Из-за нестабилизации технологического процесса (ТП) повышается расход материала. Вот почему для успешного функционирования предприятия одной из важнейших задач является необходимость снижения уровня обрывности нитей. Решение этого вопроса позволит уменьшить расход сырья и сократить число браков, увеличить производительность оборудования и срок его службы. В конечном итоге это позволит сэкономить значительную часть денежных средств предприятия и увеличить его доход. Обрывность нитей в основном зависит от пороков пряжи и неправильной подготовки ее к ткачеству. Поэтому решать проблему обрывности нужно еще на этапе подготовки пряжи. Но полностью решить эту задачу не удается, и поэтому приходится заниматься ей и в ткачестве. Одной из причин обрывности является несоблюдение требований технологического процесса. Для создания необходимых условий формирования ткани необходимо поддерживать оптимальное натяжение основы, что достигается с помощью механизма отпуска и натяжения основы. Действия батанного механизма, зевообразовательных механизмов, товарного регулятора, механизма отпуска и натяжения основы вызывают циклически изменяющуюся деформацию. При этом основа испытывает деформацию и истирающее воздействие со стороны поверхностей, о которые соприкасаются нити: поверхность скала, ламели основонаблюдателя, галева ремизок, зубья берда. В конечном итоге два фактора - деформация нитей и число циклов истирания - являются основными критериями, которые определяют уровень обрывности на ткацком станке.

Механизм основного регулятора оказывает существенное влияние на его силовое взаимодействие с упругой заправкой станка. Его воздействие на нити основы при неправильном подборе технологических параметров может оказаться разрушающим и привести к невозможности выработки определенного артикула ткани на конкретном станке. Чтобы процесс ткачества протекал оптимально, необходимо стабилизировать величину натяжения заправки в пределах упругой деформации основы. Исходная заправка (натяжение всех нитей в момент начала работы станка) является статической составляющей натяжения основы. Кроме статического натяжения на основу в процессе тканеобразования действует еще и динамическая составляющая. На нее влияет подвижная система скала и механизм навоя. В процессе работы ткацкого станка отпуск основы с навоя должен быть на величину уработки больше длины нарабатываемой ткани. Для выполнения этого условия необходимо поддерживать постоянство статической составляющей натяжения основы при равномерном сходе ее с навоя за весь период работы станка [1].

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Активное применение средств автоматизации и микропроцессорной техники для контроля и управления основными функциями станка является перспективным направлением в развитии ткацких станков, благодаря которому можно существенно повысить производительность труда и информируемость о ходе технологического процесса. На производительность в ткачестве большое влияние оказывает уровень обрывности нитей. Для успешного функционирования фабрик одной из важнейших задач в ткачестве является необходимость снижения уровня обрывности нитей. К причинам, вызывающим обрывность, относится несоблюдение требуемого натяжения основных нитей, являющегося самым важным источником информации о состоянии ткацкого станка и самым главным параметром технологического процесса. Действие батанного зевообразовательного механизма вызывает циклически изменяющуюся деформацию, а действие товарного регулятора и механизма отпуска -нециклически изменяющуюся деформацию основы. Для создания необходимых условий формирования ткани необходимо оптимизировать натяжение основы в ткачестве и минимизировать отклонение натяжения основы по углу поворота главного вала за цикл. Эти условия являются требуемой функцией устройства механизма отпуска и натяжения основы [2].

Таким образом, разработка и исследование устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка путём применения средств автоматизации и микропроцессорной техники является задачей своевременной и актуальной.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка устройства стабилизации упругой заправки на ткацком станке. Она направлена на создание методов структурно-параметрического проектирования механизма отпуска основы с навоя и оптимизации натяжения ткани в процессе ткачества.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:

- определены методы и средства стабилизации натяжения основы на ткацком станке;

- создана имитационная модель упругой заправки на ткацком станке в одном цикле его работы;

- разработана методика структурно-параметрического проектирования устройств натяжения основы на ткацком станке;

- получена метамодель стационарной работы станка типа A l l IP;

- выполнена конструктивная разработка адаптивного цифрового блока натяжения основы.

Методика исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования.

В теоретических исследованиях применены методы теории механизмов и машин, механики нити, дифференциального и интегрального исчисления, теории тканеформирования, теории автоматического управления, основы проектирования микропроцессорной техники, теории математического и имитационного моделирования.

Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования и тензометрических измерений, при обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:

1. Разработана имитационная модель натяжения основы на пневморапирном ткацком станке в одном цикле его работы.

2. Предложено адаптивное управление упругой заправной ткацкого станка.

3. Получена и обоснована метамодель стационарной работы станка типа ЛТП Р.

4. Создан алгоритм стабилизации среднего натяжения основы и минимизации перепада деформации нитей от процесса зевообразования и прибоя.

5. Разработаны методики структурно-параметрического проектирования устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

Практическая ценность. Предложенное устройство адаптивного управления натяжением основы на пневморапирном ткацком станке позволит оптимизировать проектирование и создание совершенного ткацкого оборудования.

Ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных результатов для совершенствования ткацкого оборудования и процесса формирования ткани в поле упругой заправки (пат. 34937 РФ).

Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе и используются в курсах учебных дисциплин при подготовке студентов по направлениям "Автоматизация и управление" (220200), "Технологические машины и оборудование" (551800).

Апробация работы. Основные теоретические положения, выводы и рекомендации диссертационной работы апробированы на опытных образцах в лабораторных условиях. Основные результаты диссертационной работы докладывались:

1) на международной научно - технической конференции 21-24 мая 2001 года в г. Иванове, ИГТА;

2) на межвузовской научно - технической конференции 22 - 24 апреля

2003 года в г. Иванове, ИГТА;

3) на международной научно - технической конференции 21-24 мая

2004 года в г. Иванове, ИГТА;

4) на расширенном заседании кафедры автоматики и радиоэлектроники ИГТА в г. Иванове в 2004г.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены 2 статьями в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», 3 тезисами докладов на научно-технических конференциях и патентом на полезную модель (пат. 34937 РФ).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из 5 глав и заключения. Текст изложен на 140 страницах. В работе имеется 6 таблиц, 46 рисунки, список литературы, включающий 63 наименование, и 4 приложения.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Сюе Юн

5.4. Общие выводы и рекомендации

1. Разработана имитационная модель (в среде Simulink) системы автоматического управления натяжением основы. Модель взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала и навоем позволила определить динамические характеристики системы "основные нити - навой" в одном цикле.

2. Предложено цифровое адаптивное управление натяжением основы на ткацком станке. Разработаны методы и определены средства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.

3. Разработана имитационная метамодель устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке, которая позволяет провести структурно-параметрическое проектирование подобных системы. Предложенные методы проектирования позволили установить: - изменение цикличности в работе механизма с микропроцессорным блоком не влияет на натяжение основы; - как изменяется упругая заправка при переменном заданном среднем натяжении основы и переменном радиусе намотки основы ткацкого навоя; - поведение упругой заправки ткацкого станка при переменном плотности ткани по утку.

4. Создан алгоритм управления средним натяжением основы и оптимизации перепада натяжения основы от процесса зевообразования.

5. Экспериментальное исследование показало, что разработанное устройство стабилизации натяжения основы на ткацком станке удовлетворяет требованиям технологического процесса. Среднее натяжение основы между циклами независимо от изменения диаметра намотки основы на навое и переменной плотности по утку, автоматически поддерживает уровень натяжения вблизи заданного среднего значения. Перепад натяжения основы от процесса зевообразования снижается путём управления механизмом подачи основы, а также обеспечивает необходимое натяжение основы в момент прибоя.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сюе Юн, 2004 год

1. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество: Учебник для вузов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, - 400 с.

2. Малафеев P.M. и др. Перспективые развития Российского машиностроения для текстильной и легкой промышленности // Текстильная промышленность. 1999. - №9-10.

3. Степанов Г.В., Быкадоров Р.В. Станки СТБ: устройство и наладка. -М.: Легпромбытиздат, 1985.

4. Степанов Г.В., Панкратов М.А., Бакула В.В. Опыт работы на станках ATI IP. М.: Легкая индустрия, 1979. - 169с.

5. Расторгуев А.К., Власов Е.И., Артемьев И.А. Автоматизация контроля технологических процессов ткацкого производства: Учебное пособие. Иваново: ИХТИ, 1982. - 100 с.

6. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 2000. - №12.

7. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1992. -№11.

8. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1999. -№1.

9. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1991. -№2.

10. Легкая промышленность. Реферативный журнал. 1992. - №8.

11. Проектирование датчиков для измерения механических величин Под ред.Е.П.Осадчего. -М.: Машиностроение, 1979.

12. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. Л.: Энергоатомиздат, 1985.

13. Расторгуев А.К., Власов Е.И. Теория и расчет первичных преобразователей для текстильной промышленности: Учебное пособие. -Иваново: ИВТИ, 1991. 100 с.

14. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. -М.: Высшая школа, 1988.

15. Косулин В.Д., Михайлов Г.Б. Омельченко В.В., Путников В.В. Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов.- JL: Энергоатомиздат, 1988.

16. Шадрин Э.Ф. Исследование динамики привода ткацкого станка с внешним ротором // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2002,- №6. -С.94.98.

17. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов: Учебник для вузов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 360 с.

18. Власов Е.И. Анализ и синтез САУ технологических процессов методами концептуального программирования: Учебное пособие. Иваново: ИвТИ, 1990.

19. Гультяев А.К. MatLafc 6.1. йритационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. CnifCOPOHA принт, 2001 . — 400 с.

20. Чэнь Гэ. Иследование и разработка системы натяжения основы ткацкого станка: Дис. канд. техн. наук. Шанхай: Китайский текстильный университет, 2001.

21. Власов Е.И., Расторгуев А.К. Лабораторный практикум по автоматизации ТП отрасли. Часть I : Учебное пособие. Иваново: ИГТА, 1997.-116 с.

22. Патент на полезную модель №34937 РФ. Устройство адаптивного управления натяжением основы на ткацком станке /Власов Е.И., Сюе Юн. -Опубл. 2003. Бюл. №35.

23. Власов Е.И., Сюе Юн. Имитационное моделирование системы заправки пневморапирного ткацкого станка // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2003. - №5.

24. Степанов Г.В. Станки ATI IF: устройство и расчёт параметров, -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. -192 с.

25. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. -М.: Энергоатомиздат, 1990 224с.

26. Шадрин Э.Ф., Сюе Юн. Анализ динамических нагрузок в кинематических звеньях ткацкого станка ATI IP-100 с асинхронным электроприводом // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2003,-№4.

27. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями /Под общ. ред. М.Г.Чиликина. М.: Энергия, 1971. - 624с.

28. Малйфеев P.M., Светик Ф.Ф. Машины текстильного производства,

29. М.: Машиностроение, МГФ «Знание», 2002. 496с.

30. Бондарев Н,И-, и др. Электромеханические системы контроля и управления натяжением ленточных материалов. -М.: Энергия, 1980. 96с.

31. Богорад Г.З., Киблицкий В.А. Цифровые регуляторы и измерители скорости, -М.: Энергия, 1966. 120с.

32. Пневморапирные ткацкие станки /Под ред. Ю.П. Сидорова. М., Легкая индустрия, 1974. - 248с.

33. Быкадоров Р.В. Развитие теоретических основ процесса ткачества и их практическая реализация в промышленности: Дис. д-ра техн. наук. Иваново, 1999.

34. Лапшин В.В., Ломэгин В.Н. Датчик натяжения основы на ткацком станке // Текстильная промышленность. 1995. - №12. - С.26.27.

35. Юхин С.С. и др. Анализ работы измененного основного регулятора ткацкого станка // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2001. - №5.

36. Кузнецова С.М. и др. Линейная деформация основых нитей в процессе зевообразования при изготовлении узорчатой ткани // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2001. - №5.

37. Воронин С.Ю. и др. Основный регулятор ткацкого станка // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 2001. - №2.

38. Вакс Е.Э. Измерение натяжения нитей. М., 1966.

39. Николаев С.Д. и др. Теория процессов, технология и оборудование ткацкого производства-М.: Легпромбытиздат, 1995.

40. Сташин В.В. и др. Примеры проектирования устройств и систем на основе однокристального микроконтроллера, М.: Заочный институт повышения квалификации ИТР ЦП ВНТО им. С.И. Вавилова, 1989.

41. Солодовников В.В. и др. Микропроцессорные автоматические системы регулирования: Основы теории и элементы: Учеб. пособие для техн.вузов по спец. «Автоматика и управление в техн. системах». М.: Высш. шк., 1991.-254с.

42. Созонник Г.Д. и др. Цифровые системы управления. Киев: Тэхника, 1991. - 190с.

43. Бохан Н.И., Фурунжиев Р.И. Основы автоматики и микропроцессорной техники. Миск: Ураджай, 1987. -375с.

44. Александров А.Т. и др. Справочник по теории автоматического управления М: Наука, 1987. - 711с.

45. Чиликин М.Г. и др. Теория автоматизированного электропривода.-М.: Энергия, 1979.

46. Пат. 2061808 РФ. Устройство для регулирования натяжения основы и ткани на ткацком станке /В.А. Фетисов и др. Опубл. 1996.

47. Инструкция по эксплуатации станков ТНЕМА- II.

48. Программируемые контроллеры семейства МИКРОКОНТ-Р2, НПО "СИСТЕМОТЕХНИКА" Руководство.

49. М. Beitelschmidt, Sulzer Innotec AG, Winterthur (Switzerland), Simulation of warp and cloth forces in weaving machines // Information of international textile,- 2000, №1 (на китайском языке).

50. Xue Yuan, Gao zhendong, et al, Study on warp tension wave and microcomputer control electronic let-off system in new loom //Journal of QinDao University, 1995, №1 (на китайском языке).

51. Hu Xiangsheng, Warp let-off device and take-in device on Picanol-Delta air-jet loom //Cotton textile technology, 1994, №8 (на китайском языке).

52. Feng Ling, Zhang Changsheng, Principle and characteristic of non-shuttle machine let-off system //Journal of Suzhou institute of silk textile technology, 1999, №3 (на китайском языке).

53. Feng Zhihua, Dynamic parameter identification of the let-off motion in a high-speed loom //Mechanical design and manufacture, 2001, №6 (на китайском языке).

54. Gao Weidong, et al Continuous let-off motion of PAT-A-280 air-jet loom //Cotton textile technology, 1994, №7 (на китайском языке).

55. Yan Hequn, Dai Jiguang, Principle and application of air-jet loom, Beijing: Textile industry, 1996 (на китайском языке).

56. Oldrich Talavasek and Viadimir Svaty, Shuttleless weaving machines, New York, Elsevier scientific publishing company, 1981.

57. Пат. 89104643.7 КНР. Метод регулирования натяжения основы на ткацком станке /Rudolf Vogel (Швейцария) и др. Опубл. 1987 (на китайскомязыке).

58. Пат. 95102014.5 КНР. Устройство измерения натяжения основы на ткацком станке /Lucero Koran (Italy) и др. Опубл. 1996 (на китайском языке).

59. Орлов Г.А., Власов Е.И. Тенденции развития текстильного машиностроения в XXI веке //Сборник научно-исследовательских работ ИГТА. Иваново: ИГТА, 2001 . -С.48.53.

60. Власов Е.И. Исследование системы регулирования линейной плотности ленты на вытяжном приборе: Методические указания к лабораторной работе по курсу "Автоматизация технологических процессов отрасли". Иваново: ИвТИ, 1994 .