Разработка и исследование высокоскоростного бобинодержателя для формовочных машин и агрегатов, вырабатывающих минеральные и полиамидные нити тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Башашин, Павел Александрович

• Башашин, Павел Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Башашин, Павел Александрович

Введение.

Глава 1. Обзор патентной и научной литературы

1.1 Основные понятия и определения.

1.2. Обзор конструкций существующих бобинодержате-лей.

1.3. Методики проектирования бобинодержателей

Выводы.

Глава II. Аналитические исследования высокоскоростных бобинодержателей

2.1 Цели исследований существующих высокоскоростных бобинодержателей.

2.2 Анализ конструкций существующих высокоскоростных бобинодержателей.

Выводы.

Глава III. Разработка высокоскоростных бобинодержателей.

3.1 Разработка эскизной схемы высокоскоростного бо-бино держателя.

3.2 Конструкции высокоскоростных бобинодержателей

3.3 Методика расчета и проектирования высокоскоростных бобинодержателей.

3.3.1 Определение длины вращающейся оси.

3.3.2 Определение диаметра оси.

3.3.3 Проектирование зажимающего кулачка.

3.3.4 Определение размеров кольцевых пазов.

3.3.5 Проектирование кулачковых дисков.

3.3.6 Проектирование пружин сжатия.

3.4 Расчет и проектирование бобинодержателя бесфрикционного типа.

3.4.1 Определение силы необходимой для установки сменной бобины и съем наработанной паковки

3.4.2 Определение радиального зазора между левым плечом зажимающего кулачка и дном кольцевого паза.

3.4.3 Определение сил упругости пружин сжатия

3.4.4 Определение максимального значения нормальной силы между бобиной и зажимающими кулачками.

Выводы.

Глава IV. Исследование высокоскоростных бобинодержателей

4.1 Кинематический расчет зажимающего устройства.

4.2 Определение силы трения скольжения между бобиной и зажимающими кулачками.

4.3 Определение намоточного натяжения и скорости наматываемой нити.

4.4 Определение центробежной силы бобинодержателя

4.5 Определение центробежных сил зажимающего кулачка, шатуна и направляющей.

4.6 Силовой расчет зажимающего устройства.

4.7 Определение максимальной пусковой мощности бо-биноержателя.

4.8 Определение собственной частоты и амплитуды колебаний бобинодержателя.

4.8.1 Определение частоты собственных колебаний бобинодержателя методом сил

4.8.2 Определение частоты собственных изгибных колебаний бобинодержателя методом интегральных уравнений

4.8.3 Определение амплитуды вынужденных колебаний.

Выводы.

Глава V. Экспериментальное определение коэффициента трения скольжения между бобиной и зажимающими кулачками и зависимость его от радиуса кривизны рабочего профиля кулачка

5.1 Цели и задачи эксперимента

5.2 Методика проведения эксперимента.

5.3 Определение силы тяжести уравновешивающего груза.

5.4 Построение диаграммы регрессивной однофакторной модели и ее доверительных интервалов.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование высокоскоростного бобинодержателя для формовочных машин и агрегатов, вырабатывающих минеральные и полиамидные нити»

Потребность отечественной промышленности в синтетических и минеральных волокнистых материалах ежегодно увеличивается. В настоящее время большое внимание специалисты многих отраслей промышленности уделяют производству новых видов минеральных нитей (базальтовых, кварцевых, кремнезёмных), идентичных по многим показателям стеклянным, а по ряду показателей превосходящих их.

В связи с наладкой производства новых видов минеральных нитей возникла практическая необходимость в разработке аппаратурного оформления технологического процесса получения этих нитей, включающее плавильные печи, фильерные комплекты, замасливающего устройства, механизмы раскладки, а также в разработке нового высокоскоростного наматывающего устройства для формирования из базальтовой нити цилиндрических паковок массой более 5 кг.

Существующие наматывающие устройства для стеклянных нитей отечественного и зарубежного производства (в основном бобинодержатели и механизмы раскладки) могут обеспечивать надежную работу при высоких скоростях наматывания, но применять их при производстве базальтовых, кварцевых и кремнеземных нитей не всегда оправдано, так как технологические процессы их производства отличаются. В связи с этим была поставлена конкретная актуальная научная и практическая задача: исследовать и разработать высокоскоростной бобинодержатель, позволяющий наматывать базальтовую некрученую комплексную нить (ровинг) со скоростью выше 25 м/с и формировать выходную паковку массой более 5 кг.

При решении данной задачи теоретически и экспериментально доказана возможность применения разработанных высокоскоростных бобинодержателей фрикционного и бесфрикционного типов при высокоскоростном наматывании синтетических и минеральных нитей. Разработаны методики проектирования этих устройств, в которых получены аналитические зависимости для определения технологических, кинематических и динамических параметров высокоскоростных бобинодержателей. Разработаны три конструкции высокоскоростных бобинодержателей: две фрикционного типа и одна конструкция бесфрикционного типа, предназначенных для оснащения формовочных машин и агрегатов, вырабатывающих синтетические и минеральные нити.

Результаты проведенных исследований будут использованы на предприятиях и конструкторских бюро химической, текстильной и легкой промышленности, а также в учебном процессе в высших учебных заведениях, готовящих специалистов по направлению 151000 "Технологические машины и оборудование".

Цель работы и задачи исследования. Разработать и исследовать высокоскоростные бобинодержатели фрикционного и бесфрикционного типов, позволяющих осуществлять наматывание синтетических и минеральных нитей со скоростью выше 25 м/с и формировать выходные паковки массой более 5 кг.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи;

- проведен анализ существующих конструкций высокоскоростных бобинодержателей с фрикционным и бессфрикционным приводом;

- разработаны модернизированные высокоскоростные бобино-держатели фрикционного и бесфрикционного типов для формовочных машин и агрегатов, вырабатывающих синтетические и минеральные нити;

- разработаны методики определения технологических, кинематических и динамических параметров высокоскоростных боби-нодержателей фрикционных и бессфрикционных приводов и предложены методики их проектирования;

- проведены экспериментальные исследования по определению технических характеристик предлагаемых высокоскоростных бо-бинодержателей фрикционного и бесфрикционного типов для формовочных машин и агрегатов, вырабатывающих синтетические и минеральные нити

Методика исследований. Поставленные задачи решались: методом математического моделирования, статистическими методами обработки данных, основными законами физики и механики. Достоверностью полученных результатов обусловлена логической непротиворечивостью и аргументированностью доказательств, обоснованным использованием законов физики и математики при моделировании исследуемых процессов, удовлетворительным соответствием полученных расчетных результатов с данными экспериментами других авторов. Научная новизна:

- разработаны требования, позволяющие на стадии проектирования бобинодержателей обеспечить точность центрирования сменной бобины и создать оптимальные конструкции высокоскоростных бобинодержателей фрикционного и бесфрикционного привода;

- разработаны конструкции высокоскоростных бобинодержателей фрикционного и бесфрицционного привода и доказана возможность их применения на формовочных машинах и агрегатах, вырабатывающих синтетические и минеральные нити со скоростью выше 25 м/с и формировать выходные паковки массой более 5 кг;

- разработаны математические модели для определения технологических, кинематических и динамических параметров высокоскоростных бобинодержателей.

Практическая ценность. Основными результатами являются:

- разработка трех конструкций высокоскоростных бобинодержателей фрикционного и бесфрикционного типов для формовочных машин и агрегатов, которые позволят осуществить высокоскоростное наматывание синтетических и минеральных нитей и формировать выходные паковки массой более 5 кг.

- методики проектирования высокоскоростных бобинодержателей, которые могут быть использованы при разработке новых конструкций аналогичных бобинодержателей.

Реализация результатов работы. Конструкции и чертежи разработанных бобинодержателей переданы для практического использования в НПК "Терм" ОАО "Стеклопластик", а также ОАО «ЦНИИМашдеталь»; результаты аналитических исследований и методика проектирования высокоскоростных бобинодержателей используются в учебном процессе МГТУ им. А.Н.Косыгина. Получены два патента на полезные модели.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:

- международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2009) - М.; ГОУВПО;

- международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-20010) - М.; ГОУВПО;

- международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2011) - М.; ГОУВПО;

- научно-практическая конференция аспирантов университета на иностранных языках: - М.; ГОУВПО; заседании кафедры «ТМО» ФГБОУВПО «МГТУ им. А.Н.Косыгина», Москва, сентябрь 2012;

По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи и 4 тезисов докладов на различных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы. Работа изложена на 192 страницах машинописного текста, имеет 59 рисунков, 29 таблиц, библиографический список использованных литературных источников включает 84 наименований.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Башашин, Павел Александрович

Общие выводы

1. Проведена разработка и анализ высокоскоростных боби-нодержателей фрикционного привода для производства синтетических нитей и бобинодержателей бесфрикционного привода для производства минеральных нитей.

2. Разработанные высокоскоростные бобинодержатели для формовочных машин и агрегатов обеспечивают скорость наматывания до 60 м/с и могут нарабатывать выходные паковки массой до 10 кг.

3. При фрикционном приводе тела намотки наиболее экономичной и перспективной конструкцией является бобинодержа-тель с неподвижной (невращающейся) осью.

4. Для бобинодержателей с бесфрикционным приводом тела намотки предложена упрощенная конструкция зажимающего устройства.

5. Предложенный кривошипно-шатунный принцип работы центрирующего и зажимающего устройства обеспечивает наиболее точное центрирование бобины по сравнению со всеми известными принципами.

6. Все вращающиеся звенья высокоскоростных бобинодержателей следует выполнять с точностью не ниже 7 квалитета.

7. Центрирующие и зажимающие бобину кулачки в высокоскоростных бобинодержателях следует выполнять из легких сплавов, обладающих высокой прочностью (в частность из алюминиевых сплавов).

8. Динамическую балансировку высокоскоростных бобинодержателей необходимо проводить при частоте вращения не ниже его максимальной рабочей частоты.

9. В высокоскоростных бобинодержателях центрирующие и зажимающие бобину кулачки должны иметь между собой жесткую кинематическую связь.

10. Разработанная методика проектирования высокоскоростных бобинодержателей может быть применена и при проектировании бобино- и шпуледержателей для мотальных, перемоточных и текстурирующих машин.

11. С целью повышения надежности и срока службы высокоскоростных бобинодержателей необходимо при их проектировании идти по пути увеличения наружного диаметра цилиндрической бобины и диаметра оси или вала, а длину консолей последних уменьшать до минимально возможного значения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Башашин, Павел Александрович, 2012 год

1. Бобинодержатель, SU, а.с., №40219 М.У. Лошкина.

2. Держатель текстильных паковок для крутильных и перемоточных машин, SU, а.с., №104626 О. Стефан.

3. Бобинодержатель для намотки нитей из стеклянных и химических волокон, SU, а.с., №128100 Х.З. Регельман.

4. Бобинодержатель, SU, а.с., №159600 О.Н. Нижибицкий.

5. Бобинодержатель к прядильным машинам для синтетическх волокон, SU, а.с., №166442 О.В. Пономарев, В.И. Семенов.

6. Бобинодержатель к приемному механизму прядильной машины, SU, а.с., №193681 Э.В. Риттер, А.И. Новиков, И.П. Гарусов.

7. Бобинодержатель к прядильной машине для синтетическх волокон, SU, а.с., №194227 О.В, Пономарев, JI.M. Зельдин, В.В. Ерохин.

8. Приемно-намоточноеустройствок прядильной машине для синтетического волокна, SU, а.с., №201591 В.Г. Луговой, Э.С. Якобсон.

9. Бобинодержатель, SU, а.с., №208181 Л.И. Елисеев, Р.Т. Волынко.

10. Бобинодержатель к мотальному устройству, SU, а.с., №221892 Х.З. Регельман, Э.В. Риттер, Э.С. Якобсон, А.Я. Наравцевич. Н.С, Мошняц-кий, В.Г. Луговой, Л.А. Балясников.

11. Бобинодержатель, SU, а.с., №253995 Л.И. Елисеев.

12. Приспособление для крепления бобины на приводимом во вращение бобинодержателе, SU, а.с., №316771 A.M. Лысенко, В.А. Пирогов, В.В. Шурхал.

13. Бобинодержатель, SU, а.с., №317600 Ю.К. Стравинскас, А-Р. А. Янку-нас.

14. Бобинодержатель преимущественно к прядильной машине синтетического волокна, SU, а.с., №322432 Э.В. Риттер, Н.И. Истомина, А.Я. Наравцевич.

15. Бобинодержатель, SU, а.с., №335195 В.А. Козля, A.A. Трухан, В.А. Пирогов, Ю.Ю. Веселый, А.Т. Гурай.

16. Бобинодержатель, SU, а.с., №338474 O.B. Паномарев, Б.А. Гудовский, В.Д. Форер, Д.А. Кочешков, H.A. Васильев.

17. Паковкодержатель, SU, а.с., №341883 B.C. Полищук, Я.И. Коритыс-ский, Г.З. Шнайдер, Ю.В. Дубинский, A.C. Розенберг и В.З. Шнайдер.

18. Бобинодержатель, SU, а.с., №342828 Ю.К. Стравинскас, А-Р. А. Янку-нас.

19. Бобинодержатель, SU, а.с., №467868 Л.И. Елисеев, Л.Г. Гром.

20. Бобинодержатель, SU, а.с., №491567 Н.Ф. Клочко, Г.К. Моргунов, В.В. Суровец, Н.М. Таранчук.

21. Бобинодержатель, SU, а.с., №561702 Б.Н. Исаков, Н.И. Пешков и В.Л. Талепоровский.

22. Бобинодержатель, SU, а.с., №586060 Н.Ф. Клочко, Г.К. Моргунов, В.В. Суровец, Н.М. Таранчук.

23. Бобинодержатель, SU, а.с., №589190 В.Л. Сидоров и Е.Ф. Верижников.

24. Бобинодержатель, SU, а.с., №612879 В.В. Суровец, В.К. Калманов, М.В. Коваленко и Н.М. Таранчук.

25. Бобинодержатель, SU, а.с., №962164 А.Ф. Прошков, O.A. Мельникова.

26. Бобинодержатель, RU, а.с., №2015098 Г.М. Иванов.

27. Устройство для намотки нити, RU, а.с., №2078017 P.M. Гатауллин.

28. Бобинодержатель, RU, а.с., №2168454 Г.В. Захаров., С.В. Захаров.

29. Бобинодержатель, RU, а.с., №2168455 Г.В. Захаров., С.В. Захаров.

30. Бобинодержатель, RU, а.с., №2194663 Г.В. Захаров., С.В. Захаров.

31. Способ формирования партии бобин и устройство для его осуществления, RU, а.с., №2375292 P.M. Гатауллин.

32. RU, патент. № 108030 Ul, В65Н, 54/32, Башашин П.А. Бобинодержатель, 2011.

33. Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. М.: Машиностроение, 1974.

34. Прошков А.Ф. Механизмы раскладки нити. М., Легпромбытиздат, 1986.

35. Прошков. А.Ф. Расчет и проектирование машин для производства химических волокон. М.: Легкая промышленностьсть, 1982.

36. Прошков. А.Ф. Расчет и проектирование машин для производства химических нитей и волокон. М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001.

37. Коротеева Л.И. и др. Технологическое оборудование заводов химических нитей и волокон. М.: Легпромбытиздат, 1985.

38. Прошков А.Ф., Яскин А.П. Динамика машин для производства химических нитей и волокон / учебник. М., РИО МГТА, 1998. 360 с.

39. Орликов М.Л., Кузнецов Ю.Н., Проектирование зажимных механизмов автоматических станков. М., Машиностроение, 1977.

40. Регельман Х.З. и др. Машины для формования химических и минеральных волокон. Л.: Машиностроение, 1972.

41. Энциклопедия, т. IV-13, Машины и агрегаты текстильной и легкой промышленности, М., Машиностроение, 1997.

42. Кельзон A.C. и др. Расчет и конструирование роторных машин. Л.: Машиностроение, 1977.

43. Решетов Л.Н. Кулачковые механизмы. М., Машгиз, 1953.

44. Ротбарт Г.А. Кулачковые механизмы. Л., Судпромгиз, 1960.

45. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика.Учебное пособие для вузов. М.:МГТУ им А.Н. Косыгина, 2003. 192с.

46. Айзенштейн З.М. Современные разработки прогрессивного оборудования для производства синтетических комплексных нитей: Оригинал-макет брошюры фирмы «Barmag». СПб.: «Бармаг АГ», «Торговля и промышленность», 2002 - 134 с.

47. Айзенштейн З.М. Установки по производству синтетических волокон: Оригинал-макет книги «Торговля и промышленность». СПб.: «Neumag», «Торговля и промышленность», 2004.

48. Иванов В.М. Исследование устройств автоматизированного бесфрикционного приемно-намоточного механизма. Дис., к.т.н., Кострома., 1981.

49. Пирогов A.B. Обзор основных направлений в создании высокоскоростных намоточных устройств машин для формования синтетических нитей высоких номеров / Сб. трудов ВНИИМСВ, ч.2, вып.2, М., с.22-43.

50. Пиличенко A.C. Исследование и проектирование высокоскоростных роторов намоточных механизмов. Дис., к.т.н., М., 1983.

51. Суровец В.В. Исследование и разработка методики проектирования высокоскоростных бобинодержателей. Дис., к.т.н., М., 1979.

52. Трощановский A.A. Исследования механизмов фрикционного наматывания синтетических нитей. Дис., к.т.н., М., 1980.

53. Башашин П.А. Высокоскоростнойбобинодержатель фрикционного типа. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 2010, № 8, с.77-79.

54. Башашин П.А. Высокоскоростнойбобинодержатель фрикционного типа. Химические волокна, 2011, № 5, с.54-56.

55. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1965.

56. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. М.: Наука, 1981.

57. Коритысский Я.И. и др. Вибрация и шум в текстильной и легкой промышленности. М., Легкая промышленность, 1974.

58. Крагельский И.В. Трение и износ. М., Машиностроение, 1968.

59. Пономарев С.Д. и др. Расчеты на прочность в машиностроении.том I, II, III, М.: Машгиз, 1959.

60. Прошков. А.Ф. и Яскин А.П. Динамика машин для производства химических нитей и волокон. М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001.

61. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М., Наука, 1967.

62. Фаворин М.В. Момент инерции тел. М., Машиностроение, 1970.

63. Энциклопедический справочник, т. 2. Инженерные расчеты в машиностроении, М., Машиностроение, 1948.

64. Баскаков Г.Г. Виброизоляция основных узлов формовочных машин МФ-800-КШ8. Дис., к.т.н., М., 1977.

65. Микушев А.Е. Исследование и оптимизация механизмов и параметров наматывания при высокоскоростном приеме синтетических нитей. Дис., к.т.н., Л., 1975.

66. Регельман Х.З. Исследование динамики и вопроса синтеза приемных механизмов машин для формования химических и минеральных волокон. Дис., д.т.н., JL, 1969.

67. Сарычев А.Х. Исследование механизмов наматывания свежесформо-ванного синтетического волокна. Дис., к.т.н., Д., 1977.

68. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007.-648 с.

69. Мазин JI.C., Луганцева Т.А. О динамике маятниковых устройств контактного наматывания нитей. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1980, № 2, с.98-102.

70. Нижибицкий О.Н. Вибрация и самодемпфирование упругоопорного-маятникового бобинодержателя. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1965, № 6, с. 118-123.

71. Голуб В.М. Сухарев В.А. Влияние усилия прижима фрикционного цилиндра на натяжение нити в паковке. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1976, № 6, с. 123.

72. Башашин П.А., Коротеева Л.И. Влияние колебаний бобинодержателя на линейную плотность минеральной нити. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 2010, № 1, с.99-102.

73. Регелман Х.З. Исследование колебаний бобинодержателя и работы раскладчика стклопрядильного агрегата. Дис., к.т.н., МТИ.-М., 1960.

74. Нижибицкий О.Н. Исследование причин отрыва маятникового бобинодержателя от фрикционного цилиндра на машинах для химических волокон. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1964, №6, с. 120-127.

75. Мазин Л.С., АшурСенахРаед.Математическая модель приемно-намоточного механизма. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 2007, № 1С.

76. Бойко С.В. Вынужденные крутильные колебания мотального мала, вызванные возмущающим моментом двигателя при работе электропрерывателя. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1991, №2.

77. Погонщикова Е.П., Титов С.Н. Расчет изгибных колебаний выпускного цилиндра при консольном размещении цилиндров вытяжного прибора. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 2005, № 1.

78. Котин В.В., Пчелин И.К. Колебания бобинодержателя при случайных возмущениях. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 2002, №4-5.

79. Прошков И.А. Определение критических диаметров фрикционного цилиндра и тела намотки. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1991, № 6.

80. Прошков А.Ф. Расчет и проектирование шпулядержателя с центрирующими коническими дисками. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1997, № 1.

81. Суханов И.Л., Дружиловский A.B., Чистяков А.Я. Метод определения вибрационной мощности, поступающей в остовы текстильных машин-Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1991, № 3.

82. Максимов И.Н., Тарасов A.C. Динамика красильно-отделочного оборудования, М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011 г. - 179 с.

83. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979.-702 е., ил.

84. RU, патент. № 115341 Ul, В65Н, 54/00, Башашин П.А. Бобинодержа-тель, 2011.