Разработка и обоснование новой конструкции крутильного механизма прядильной машины с использованием принципа качения бегунка по кольцу тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Курков, Владимир Васильевич

• Курков, Владимир Васильевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Курков, Владимир Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ теоретических и экспериментальных работ по исследуемому вопросу.

1.1. Анализ сил, действующих в традиционном узле "нить-бегунок-кольцо".

1.2. Оценка износостойкости современных колец и бегунков

1.3. Оценка влияния бегунка на качество и обрывность вырабатываемой пряжи.

1.4. Основные направления развития пары "кольцо-бегунок" и оценка их перспектив.

1.5. Выводы и постановка задач диссертации .,.

ГЛАВА 2. Разработка первого варианта нового крутильного механизма с использованием принципа качения бегунка по кольцу.

2.1. Разработка принципиальной схемы первого варианта нового крутильного устройства.

2.2. Силовой анализ первого варианта пары «кольцо-бегунок

2.3. Основные условия работоспособности первого варианта новой пары «кольцо-бегунок».

2.4. Краткое описание работы первого варианта новой пары

2.5. Разработка конструкции и изготовление опытного образца первого варианта пары для машины ПБ-114-Ш.

2.6. Проведение производственных испытаний первого варианта пары «кольцо-бегунок».

2.7. Сравнительный анализ качества выработанной пряжи

2.8. Разработка вспомогательных операций.

2.9. Краткие выводы по первому варианту нового крутильного механизма.

ГЛАВА 3. Разработка второго варианта нового крутильного механизма

3.1. Разработка принципиальной схемы второго варианта новой пары "кольцо-бегунок".

3.2. Силовой аналш второго варианта новой пары.

3.3. Основные условия работоспособности второго варианта крутильного механизма.

3.4. Краткое описание работы второго варианта крутильного механизма.

3.5. Изготовление и экспериментальные испытания модели второго варианта крутильного механизма

3.6. Оценка износостойкости бегунка второго варианта.

3.7. Оценка влияния второго варианта крутильного механизма на качество и обрывность пряжи.

3.8. Разработка вспомогательных операций.

3.9. Краткие выводы по второму варианту новой пары.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование новой конструкции крутильного механизма прядильной машины с использованием принципа качения бегунка по кольцу»

Многочисленные археологические находки, проводимые на территории современной Европы, Средней Азии, Африки, Южной и Северной Америк показывают (рис. 1,2), что одним из древнейших орудий производства является прядильное веретено /3,17,34/. Это не удивительно, так как во все времена одной из жизненных необходимостей человека была и остается одежда, которая предохраняет его от переохлаждения или перегрева, а также служит предметом различных социальных и других атрибутов, выражающих личность человека, его принадлежность к той или иной расе или религии. Именно веретено позволяет из отдельных волокон получить достаточно прочную нить /3,17/.

Первые механические прялки (рис.3) появились практически одновременно в различных частях Европы, в том числе в России /17/, в середине 16 века, и представляли собой рогульчатое веретено (рис.4), вращающееся с помощью ножного привода. Над усовершенствованием прялки (рис.5) в XV веке работал и великий ученый и изобретатель Леонардо да Винчи /3/, что говорит о важности и сложности проблем прядения.

Остатки Гм' глниявого мре- ммое »«ретем uummro «не «•»«• кк|, mtuHiwe юго ее«, i Tei ритораа мйдевное на

CCCf территории Ulacluapa* рис.1

Схема ручного прадемия рис.2 Руссы* иколрадк* рис.3

Рогульчатое веретено самопрялки рис.4

Ii 13 U I? . C»Of. ыка Леонардо да Винчи рис.5

Первая прядильная машина "Дженни" была создана в Англии усилиями Д.Гарриссона и Р.Аркрайта в 1767 году, и затем, в 1775 году была усовершенствована С.Кромптоном, который объединил первый вытяжной аппарат с подвижной кареткой с веретенами машины Дженни /3/ и получил первую прядильную машину непрерывного действия.

Дальнейшее развитие и совершенствование прядильной машины привело к трансформации рогульки в колпак и созданию:

- рогулъчатой прядильной машины с вытяжным аппаратом и колпачными веретенами со свободно надетыми на них фланцевыми катушками (рис.6);

- сельфакторной. машины с разделенными процессами кручения и наматывания пряжи (рис.7);

- кольцепрядильной машины с вытяжным аппаратом и веретенами (рис.8);

- комбинированной колпачной прядильной машины с подвесной рогулькой в виде колпака и веретеном от кольцепрядильной машины (рис.9), разработанной в СССР в 1930-1935 годах советским инженером Зворыкиным

17/, я иг • рис.6 рис.7

Подмена! ро-Пиым системы

И. Л Заорышш рис.8 рис.9

Рогульчатые и колпачные прядильные машины .и сельфакторы успешно использовались во всем мире более 200 лет, при этом пряжа из хлопка, шерсти и льна низких и средних номеров вырабатывалась в основном на рогульчатых и колпачных прядильных машинах, а пряжа средних и высоких номеров, - на сельфакторах.

Сельфакторы и колпачные прядильные машины были вытеснены кольцепрядильными машинами в конце- 19 и средине 20 веков, так как благодаря малому весу бегунка обеспечивали более высокую скорость (производительность) веретен и более широкий ассортимент вырабатываемой пряжи из длинных (лен, шерсть) и коротких (хлопок) волокон.

Сегодня кольцевые прядильные машины составляют около 80 процентов мирового парка прядильных машин /6,10,50/, а остальные 20% парка, составляют пневмопрядильные машины, разработанные в 1955-1960 годах в СССР, совместно со специалистами из Чехословакии.

Кольцевой способ прядения был создан в 1828 году американским инженером Торпсом /3/, а первая кольцевая прядильная машина была продемонстрирована на Всемирной выставке в Париже в 1878 году, то есть через пятьдесят лет, что говорит о сложности решаемой задачи.

Длительное . время пару "кольцо-бегунок" специалисты считали неработоспособной парой из-за огромных нагрузок, возникающих в месте контакта бегунка с кольцом /28/, однако уже в начале 20 века кольцевые прядильные машины практически полностью вытеснили рогульчатые колпачные) машины и сельфакторы, так как могли вырабатывать пряжу в самом широком ассортименте при скорости веретен до 15 ООО об/мин.

Современные кольцепрядильные машины работают со скоростью вращения веретена до 25 ООО об/мин., и уже более 150 лет, кольцевой способ прядения различных волокон не имеет альтернативы. Это объясняется тем, что и сегодня только кольцевой способ прядения обеспечивает одновременно и наивысшее качество, и самый широкий ассортимент вырабатываемой пряжи с максимальной (до 25 ООО об/мин) скоростью веретен.

Однако, по единодушному мнению ведущих специалистов в области прядения из различных стран мира, потенциал кольцевых прядильных машин практически исчерпан, в значительной степени из-за большой силы трения бегунка о кольцо, что ограничивает скорость вращения бегунка по кольцу (пределом скорости бегунка считается скорость в 45-50 м/сек), и приводит к быстрому износу бегунка. Для стального бегунка ресурс работы равен 200250 часов, для полиамидного,- 8-32 часа /28,41,42/.

За последние 100 лет производительность кольцепрядильных машин увеличилась незначительно /9/, и в основном за счет механизации вспомогательных операций (использования автоматического съема паковок и замены ровницы), а также за счет уменьшения диаметра кольца и агрегирования прядильной машины с мотальным автоматом. Кроме того, себестоимость кольцевой пряжи остается сравнительно высокой, из-за большой доли ручного труда при устранении обрыва нити.

Кольцепрядильная машина (рис.10 и 10а)' содержит три основных узла, вытяжной прибор, веретено и пару "кольцо-бегунок", определяющих ее основные технические характеристики /36,37/. При этом веретена и вытяжной прибор имеют и сегодня значительный потенциал, и только пара "кольцо-бегунок" сдерживает рост производительности кольцепрядильной машины. Именно поэтому специалисты и ученые различных стран мира постоянно ищут пути совершенствования пары "кольцо-бегунок" /9/. Сущность процесса кольцевого прядения состоит в том, чтобы:

- путем вытягивания в вытяжном приборе, и скручивания (прядения) отдельных волокон с помощью вращения веретена и бегунка получить пряжу определенной тонины и с заданными физико-механическими свойствами;

- за счет разницы скоростей вращения бегунка и веретена намотать полученную пряжу на паковку с определенной плотностью и весом. рис.10 рис. 10а

Бегунок активно участвует и в процессе кручения и в процессе наматывания пряжи на паковку, что делает его, несмотря на малые размеры и чрезвычайно малый вес (сотые доли грамма) одним из важнейших элементов крутильного механизма машины, при этом именно бегунок сдерживает рост производительности и ассортиментные возможности машины /6,16,50/, из-за больших сил трения, возникающих в месте контакта бегунка с кольцом и/или с пряжей.

Целью данной работы является разработка новой концепции пары "кольцо-бегунок", в которой принцип скольжения бегунка по кольцу заменен на принцип его качения /13,14,27/, что автоматически обеспечивает кардинальное и комплексное решение указанных выше проблем кольцевого прядения, так как коэффициент трения качения на два порядка меньше коэффициента трения скольжения.

В данной работе предполагается:

• разработать и обосновать новую конструкцию крутильного устройства в виде пары «кольцо-бегунок», в которой принцип скольжения бегунка по кольцу заменен на более прогрессивный принцип его качения;

• определить силы, возникающие в новой паре «кольцо-бегунок» и степень их влияния на силу натяжение и уровень обрывности нити, а также на срок службы бегунка;

• определить зависимости геометрических параметров круглого бегунка и нового кольца, обеспечивающие движение бегунка с минимальным износом и без заклинивания, а также движение нити с минимальным натяжением и без защемления.

• подтвердить практически (путем производственных испытаний опытного образца нового крутильного устройства) работоспособность и эффективность замены принципа скольжения бегунка по кольцу, на принцип его качения, а также показать способы быстрого и удобного обслуживания машины с новой парой "кольцо-бегунок", так как без них любая идея не имеет перспектив на ее практическую реализацию.

12

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Курков, Владимир Васильевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Основываясь на приведенных выше теоретических расчетах и результатах производственных испытаний опытных образцов двух вариантов принципиально новой пары «кольцо-бегунок» можно утверждать, что цели данной работы, которые заключались в определении возможности использования принципа качения бегунка по кольцу вместо принципа его скольжения и в выявлении основных закономерностей в работе и конструировании новой пары «кольцо-бегунок» выполнены полностью.

1 .Результаты лабораторных и производственных испытаний первого варианта новой пары «кольцо-бегунок» (бегунок в виде тора и кольцо с радиальными пермычками) прямо и косвенно подтвердили факт качения нового бегунка по кольцу, что в свою очередь позволяет:

- увеличить срок службы и стальных и пластмассовых бегунков в 10-100 раз, соответственно, за счет снижения сил трения между бегунком и кольцом;

- дополнительно увеличить срок службы пластмассового бегунка в 5-100 раз (в зависимости от абразивных свойств вырабатываемой пряжи) за счет нового контакта бегунка с нитью и отсутствия канавки на теле бегунка в месте его контакта с нитью;

- снизить уровень обрывности пряжи на 10-20 процентов, в зависимости от характеристики волокна и номера пряжи;

- без больших затрат модернизировать кольцепрядильную машину.

При этом необходимо указать, что из-за особенности конструкции первого варианта кольца пряжа имеет сложную траекторию и большой угол у огибания бегунка нитью, что ограничивает скоростные и ассортиментные возможности новой идеи.

Таким образом, первый вариант новой пары «кольцо-бегунок» целесообразно использовать при производстве пряжи низких и средних номеров (до Nm 40) или пряжи из высоко абразивных волокон (например, шерсти или стекловолокна), а также в случаях, когда используются полиамидные бегунки.

2. Второй вариант новой пары «кольцо-бегунок» имеет сложную систему крепления внутреннего кольца, что с одной стороны усложняет и удорожает конструкцию прядильной машины, но с другой, стороны, сложная конструкция новой пары «кольцо-бегунок» позволила создать принципиально новое взаимодействие бегунка с кольцом и бегунка с нитью. Например, впервые в мировой практике удалось нейтрализовать негативное влияние радиальной Рх и вертикальной Pz сил на работу бегунка и исключить рывки, перекосы и заклинивание бегунка на кольце. Эти усовершенствования, в сочетании с принципом качения бегунка по кольцу позволили полностью реализовать весь потенциал новой идеи, в том числе обеспечить оптимальные условия для движения бегунка по кольцу, а также оптимальную траекторию движения нити и минимальный угол огибания бегунка нитью.

Теоретические расчеты и предварительные результаты испытаний модели второго варианта новой пары «кольцо-бегунок» показали, что второй вариант новой пары «кольцо-бегунок» превосходит первый вариант по всем показателям, так как позволяет:

• увеличить скорость бегунка до 100 м/сек (в два раза);

• увеличить срок службы бегунка до 5000 часов (до года);

• снизить уровень обрывности пряжи на 30-40 процентов;

• резко расширить ассортимент вырабатываемой пряжи (от КГт 1 до Ыш 400).

При этом необходимо указать, что изготовление и эксплуатация второго варианта новой пары «кольцо-бегунок» требуют достаточно высокой точности изготовления и сборки и модернизации ряда узлов и деталей кольцепрядильной машины.

Второй вариант новой пары «кольцо-бегунок» универсален и потому его целесообразно использовать на новой кольцепрядильной машине для прядения средних и высоких номеров пряжи из различных натуральных и искусственных волокон, а также их смесей.

3. Установленные в работе математические зависимости геометрических параметров нового крутильного устройства для кольцевой прядильной машины бегунка позволяют проектировать крутильное устройство с максимально возможным сроком службы бегунка и кольца, а также с минимальным уровнем обрывности вырабатываемой пряжи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Курков, Владимир Васильевич, 2004 год

1. Аносов В.Н., Изв.вузов. Технология текстильной промышленности, 1989, № 1. с,96-98. .

2. Бархоткин Ю.К. ,Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2003, № 2, с.38-40.

3. Бергман И, Людике А., Руководство по прядению, Часть 1. (перевод с немецкого под редакцией проф. В.К. • Задарновского, Изд-во Легкой промышленности, М.-Л., 1932 г., стр.290-295

4. Борзунов И.Г. и Бадалов К.И., и др., Прядение хлопка и химических волокон, изд. "Легпромбытиздат", М., 1986 г., стр. 149-152

5. Букалов Г.К., Развитие теории взаимодействия текстильного продукта с нитепроводлящими рабочими органами и методов повышения их износостойкости., Кострома, 2001.

6. Бюллер Г., Могут ли кольцепрядильные машины работать быстрее., "Melland textilberichte", № 2, 1974, р.91-100

7. Влияние разницы в натяжении при кручении, возникающей от изменения размера бегунка, скорости веретена и диаметра кольца., "Shirley Institute Memoirs", 1956, December, v.29, p.201-224

8. Греенвуд Ф., Control Ring Systems and Choice of Traveller Weight., "Textile Manufacturer", 1961, v.87, № 1036, April, p. 140-144

9. Гусев B.E., Прядение шерсти и химических волокон, изд. Легкая Индустрия, М., 1974 г., стр.481-487

10. Дуртемпле В., Ring Technique-the Secret of Production., "Canadian Textile Journal", 1960, April. v.77, № 7, p.45-48

11. Кирилов JI.H. Кольцевые прядильные машины для льна, изд. Легкая индустрия, М., 1966г, стр.67-69.

12. Крагельский И.В., Трение волокнистых материалов.- М.:Гизлегпром., 1941.

13. Кузнецов Г.К., Титов С.Н., Румянцев М.А., Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности.-1991, № 1, с. 101-103.

14. Кузнецов Г.К., Курков В.В., Титов С.Н., О возможности замены трения скольжения в паре «кольцо-бегунок» на трение качения., Технология текстильной помышленности № 1,2004.

15. Курков В.В, Лабок В.Г., Текстильная промышленность,- 2000, № 3, с.45-46.

16. Макаров А.И., Расчет и конструирование машин прядильного производства,- М.: Машиностроение, 1969.

17. Малышев А.П., Веретено, изд. ГизЛегПром, Москва, 1950 г., стр.22-29.

18. Меркин Д.Р., Введение в механику гибкой нити,- М.: Наука, 1980.

19. Мигушов И.И., Механика текстильной нити и ткани.-М., Легкая индстрия, 1980.

20. Мигушов .„ И.И., Мей Шун Чи, Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.- 1994, № 3,с. 19-23.

21. Неедхам X., Паркин В., Recent Developments in Woollen and Wosted Yarn Manufacture (Traveller and Ring)., "Textile Recorder", 1962, November, v.LXXX, № 956, p.91

22. О работе бегунка, "Textile Industries", 1963, (Из материалов совещания работников текстильной промышленности Юго-Восточных штатов Америки)

23. Основы теории, конструирования и расчет текстильных машин, (под ред. Буданова К.Д.), М.: Машиностроение, 197-5.

24. Оутпут И., Improved Spinning Rings Speed., "Modern Textile Magazine", 1963, March, № 3, V.XXXIV, p.42

25. Пагет Ф., Rings and Speeds, Port II., "Textile Industries", 1965, v.129, № 2, p.79-87

26. Патент СССР N* 1804505, Тоскомизобретений", 1991 г.

27. Патент Германии N* 436164, нац.кл. 76 с, 6/0, 1926 г.

28. Патент США N* 2 051 209, нац.кл. 57/119 57/120, 1935 г.

29. Патент США N* 2 198 636, нац.кл. 57/119, 57/120, 57/156.

30. Патент США N* 3 866 404, МКИ D 01, h 7/52-62, 1974 г.

31. Пиковский Г.И., Сальман С.И., Прядение льна, изд. Легкая индустрия, М., 1968 г.32.' Проталинский С.Е., Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1996, № 2, с.24-27.

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

33. Рыбаков Б.Ф., Ремесло древней руси, изд.'Академии наук СССР, 1946 г., стр. 17-20.

34. Севастьянов А.Г., Методы и средства исследования технологических процессов текстильной промышленности.- М., Легкая индустрия, 1980.

35. Справочник по прядению льна, под ред. Б.Н.Фридман, Легкая индустрия, 1979.

36. Справочник по хлопкопрядению, изд."Легкая и пищевая промышленность", Москва, 1985 (под ред. Широкова В.П.)., стр.231-233.

37. Труевцев Н.И. и др., Технология и оборудование текстильного производства.- Легкая индустрия, 1975.

38. Усовершенствованные прядильные кольца фирмы Saco-Lovell (Англия)., "Textile Industries", 1961, November, v. 125, № 12, р. 162

39. Хвальковский Н.В., Трение текстильной нити.- М.,ЦНИИТЭИлегпром, 1966.

40. Хюттлер В., Optimum Conditions in Ring Spinning, "Textille Recorder", № 936, p.60-62

41. А. Червендинев, Влияние на теглото на бегача въерху физико-мезаничните показатели на памучната прежа., "Текстильная промышленность" № 9, 1968, стр. 13-15

42. Штальдер X., "Grundlagenforschung-Basis für Innovationskraft in Ringspinnen", International Textile Bulletin, 1998.

43. Щедров B.C., Основы механики гибкой нити.- М., Машгиз, 1961.

44. Якубовский Ю.В. и др, Основы механики нити,- Л., Легкая индустрия, 26.

45. Improved Spinning Rings., "Textile Recorder", 1964, March, v.81, № 972, p.82t

46. Heat Treating of Spinning ets Rings., "Textile Manufacturer", 1963, v.89, № 1064, p.345

47. Now to Find Pressure of Traveller Against Ring, "Textile Word", 1965, July, "Fact-File", p.64

48. Now to Find Correct Traveller Weight.', -"Textile World", 1981, juli, p.56

49. Optimum Spinning. Spindle Speeds and Traveller Weights for Maximum Production of Cotton Yarn., "Platts Bulletin",v.X, № 9, p. 299-306

50. Ring Holder Shows oll Level., @ Modern Textiles Magasine", 1963, June, p.46

51. Ring und Lauferkombinationen und garndurchgang bei Spinn und Zwirnringen., "Spinner-Weber Textilverdlung", № 9, 1977, p.859-897 .

52. Using a Monogram to get Traveller Speed., "Textile World", 1965, Juli, p.68

53. Unfinished Rings., "Textile Industries", 1962, June, v. 126, № 6, p.67-68