Разработка подсистем автоматизированного проектирования кулачково-рычажного зевообразовательного механизма скоростных ткацких станков типа СТБ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Лебзак, Александр Владимирович

• Лебзак, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лебзак, Александр Владимирович

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Зевообразовательный механизм: конструкции и исследования

1.2. Анализ существующих кинематических схем кулачково-рычажных механизмов привода зевообразовательного механизма

1.3. Анализ законов движения, применяемых в приводах зевообразовательного механизма

1.4. Анализ связи натяжения нитей основы с параметрами зева

1.5. Анализ кинематики, кинетостатики и динамики зевообразовательного механизма

1.6. Автоматизация проектирования зевообразовательного механизма

Глава 2. Анализ законов движения, применяемых в приводах зевообра-зовательных механизмов

2.1. Проектирование законов движения

2.2. Связь законов движения с циклограммой прокладки утка

2.3. Влияние положения заступа на величину открываемого зева

2.4. Методика анализа законов движения, применяемых в приводе зевообразовательного механизма ткацкой машины

2.5. О выборе закона движения, применяемого в приводе зевообразовательного механизма ткацкой машины

2.6. Анализ возможности применения плавных и полуплавных законов движения в приводе зевообразовательного механизма

Глава 3. Анализ кинематики зевообразовательного механизма

3.1. Описание кинематической модели зевообразовательного механизма

3.2. Анализ работы кулачкового привода

3.3. Связь настроечных параметров кулачкового привода с технологическими параметрами зева

Глава 4. Кинетостатический анализ зевообразовательного механизма

4.1. Описание модели кинетостатики зевообразовательного механизма

Глава 5. Влияние законов движения на колебания зевообразовательного механизма

5.1. Динамический анализ зевообразовательного механизма с использованием базового и оптимального законов движения 132 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка подсистем автоматизированного проектирования кулачково-рычажного зевообразовательного механизма скоростных ткацких станков типа СТБ»

Зев на ткацкой машине СТБ может быть «чистым», когда все нити основы при открытом зеве установлены с одним углом зева, или «веерным», когда нити основы, идущие в каждую ремизку, имеют свой угол зева. Эти возможности определяются тем, что ветви зева не несут функции направляющих прокладчика утка, как, например, на ткацких машинах типа АТТТР и АТПРВ.

Зев ткацкой машины является технологическим фактором, и его параметры должны задаваться исходя из технологии процесса ткачества.

Задачей конструкции зевообразовательного механизма (ЗОМ) является обеспечение возможности установки требуемых технологических параметров зева. Так как ЗОМ является совокупностью параллельно работающих кинематически практически одинаковых механизмов, ведущие звенья которых имеют одинаковую величину перемещения, каждая рабочая секция ЗОМ в зависимости от номера ремизки имеет свои параметры кинематической цепи, т.е. длины промежуточных звеньев и углы их установки. Кроме того, каждая рабочая секция несет по меньшей мере один регулируемый элемент, обеспечивающий установку величины хода ремизки.

Так как технология зевообразования требует не только согласования хода ремизки с ее номером (с расстоянием от ремизки до опушки ткани), но и установки положения горизонтали станка или средней линии заправки основы (CJI3), каждая секция ЗОМ должна быть оборудована устройством регулировки или устройством установки и регулировки положения заступа ремизок относительно CJI3.

Повышение требований к качеству зева при условии увеличения числа работающих ремиз на одной ткацкой машине до 18 и более определило необходимость разработки методов расчета регулировочных (настроечных) параметров зевообразовательного механизма, обеспечивающих заданные параметры зева.

При выработке разного ассортимента тканей на одной ткацкой машине геометрия зева может меняться, что достигается изменением некоторых параметров отдельных рабочих секций ЗОМ. Для этого в механизме предусмотрена возможность изменения его отдельных конструктивных параметров: длины звеньев, положений шарниров на звене и закона движения приводного устройства, обеспечивающего необходимую форму зева.

Зевообразовательный механизм в зависимости от вырабатываемого ассортимента ткани и числа работающих ремиз должен работать с ремизными рамами различного маха.

При кулачковом приводе ЗОМ и числе работающих ремиз менее десяти на ткацкой машине устанавливаются ремизные рамы с махом галев 280,285 мм.

При кареточном приводе (СКН-14 или СКР-14) и установке четырнадцати ремизок получаются зева, ограниченные по углу и ходу ремиз. Ткацкие машины, оснащенные ремизоподъемными каретками КРУ-20, КРУ-20М, Stobli и т.д., могут иметь до 18 ремиз. При этом мах галев и мах ремизных рам должен составлять 330-331 мм. Как правило, на ткацких машинах, оснащенных кареточ-ным приводом ремиз, смешанные установки ремизных рам не применяют. Ка-реточные ткацкие машины имеют ремизки одного маха. В случае выработки специальных тканей применяют ремизки с большим махом, до 380 мм.

При массовом выпуске ткацких машин типа СТБУ и их модификаций большое значение для снижения трудоемкости изготовления имеет унификация конструкции ЗОМ для ткацких машин с кулачковым приводом. Кроме того должны быть унифицированы, т.е. выполнены по единой схеме с использованием единых конструктивных элементов, и детали настроечных звеньев ЗОМ.

Повышение скорости ткацких машин СТБ, переход к выпуску модели СТБУ требуют снижения нагрузок в ведущих элементах ЗОМ для обеспечения более высоких скоростных параметров ткацких машин и работы ЗОМ, повышения его прочности и надежности.

Одним из путей повышения скоростных параметров, повышения прочности и надежности работы ткацкой машины является разработка оптимальных законов привода ЗОМ и проведение модернизации его конструкции.

Применение ПЭВМ для решения разнообразных технических задач позволит значительно сократить время на решение вышеперечисленных задач установки требуемого технологического зева и повысить качество их выполнения.

Научная и практическая значимость перечисленных проблем, их недостаточная разработанность определили выбор темы диссертационной работы, ее направленность и структуру.

Актуальность работы. Исследование посвящено созданию ряда подсистем автоматизированного проектирования: оптимальных законов движения привода зевообразовательного механизма, оптимальных параметров его наладки в зависимости от вида зева, положения линии заступа и типа ткацкой машины; разработке подсистем автоматизированного кинематического, кинетоста-тического и динамического анализа механизма с использованием традиционных и оптимальных законов привода ЗОМ.

Опыт эксплуатации ткацких машин СТБ выявил недостатки в работе отдельных механизмов, в частности зевообразовательного, т.к. он является многозвенным кулачково-рычажным механизмом и представляет собой совокупность большого числа (до 24) параллельно работающих механизмов. При одинаковой структуре и кинематике ведущих звеньев привода ЗОМ движение звеньев механизма происходит в соответствии с геометрией зева, обеспечивая разный ход ремизок, что достигается соответствующей настройкой привода.

Несмотря на большое количество исследований ЗОМ, метод системного проектирования этого механизма разработан недостаточно. Поэтому разработка современных пакетов прикладных программ существенно ускорит процесс и улучшит качество проектирования подобных механизмов.

Одним из путей создания нового оборудования и модернизации существующего является создание машинных методов проектирования требуемых законов привода ЗОМ, систем автоматизированного анализа кинематики, кинетостатики, динамики ЗОМ и подсистемы расчета наладочных параметров ЗОМ для различных типов технологических зевов.

Цель исследования. Настоящая работа посвящена созданию ряда подсистем автоматизированного проектирования: оптимальных законов движения привода ЗОМ, оптимальных параметров наладки привода ЗОМ в зависимости от типа ткацкой машины, вида технологического зева; разработке подсистем автоматизированного кинематического, кинетостатического и динамического анализа, позволяющего провести анализ работы механизма в целом.

Исследование проводилось по следующим основным направлениям: изучение конструкций ЗОМ, работы, связанные с выбором и анализом оптимальных законов в приводе ЗОМ, работы, связанные с анализом кинематики, кинетостатики и динамики ЗОМ; работы, связанные с автоматизацией проектирования ЗОМ; разработка методик анализа законов движения, применяемых в приводе ЗОМ; разработка методик и подсистем автоматизированного проектирования законов движения привода ЗОМ; разработка методики взаимодействия законов движения с циклограммой работы ткацкой машины; проектирование оптимальных законов движения привода ЗОМ; разработка методики анализа работы и подсистем автоматизированного расчета наладочных параметров привода ЗОМ; разработка подсистем кинематического, кинетостатического и динамического анализа работы ЗОМ.

Объект и методика исследований. За объект теоретических исследований был принят ЗОМ, представляющий собой плоский многозвенный кулачко-во-рычажный механизм с регулируемыми конструктивными параметрами в зависимости от типа ткацкой машины и геометрии зева.

При проектировании законов движения функция аналогов ускорения представлена в виде тригонометрического многочлена. С помощью коэффициентов этого многочлена можно управлять поведением аналога ускорения. Функции аналога скорости и перемещение получены путем интегрирования. Неизвестные коэффициенты найдены из условий на концах интервала и начальных условий [1].

Системы анализа кинематики и кинетостатики основаны на разложении механизма на структурные группы (метод декомпозиции) [2,3].

В качестве динамической модели использовалась одномассовая система на подвижных опорах, в которой возмущение приложено к основанию системы.

Для решения неоднородного дифференциального уравнения применялся метод неопределенных коэффициентов [4].

Достоверность теоретических результатов подтверждалась машинным экспериментом. Для всех расчетов были разработаны алгоритмы и написаны программы на языке Си, в программной оболочке Borland С++ [5, 6].

Научная новизна работы. В работе впервые:

- разработаны методики и подсистемы автоматизированного проектирования законов движения привода ЗОМ с учетом многокритериального подхода;

- разработаны оптимальные законы движения привода ЗОМ с учетом цикловой диаграммы (ЦЦ) ткацкой машины (разрешенный угол пролета прокладчика, тип ткацкой машины), вида зева (положения заступа, угла и полной высоты требуемого зева);

- разработана подсистема расчета наладочных параметров привода ЗОМ для любого заданного технологического зева;

- разработаны подсистемы кинематического, кинетостатического и динамического анализа ЗОМ, с учетом предлагаемых наладочных параметров и законов его движения.

Полученные в работе результаты являются основой для разработки последующих технических решений по модернизации конструкции ЗОМ.

Практическая ценность. Разработана подсистема автоматизированного проектирования законов движения привода ЗОМ, позволяющая в автоматическом режиме получать оптимальные законы движения, в зависимости от цикловой диаграммы ткацкой машины, фазового угла положения заступа, вида переплетения ткани, скорости полета прокладчика и частоты вращения главного вала ткацкой машины. Разработана подсистема автоматизированного расчета наладочных параметров привода ЗОМ, позволяющая устанавливать на ткацкой машине технологический зев любого вида. Разработана подсистема автоматизированного анализа кинематики, кинетостатики и динамики механизма, позволяющая в автоматизированном режиме выявлять наиболее нагруженные элементы механизма и применять полученные результаты для проведения проверочных и конструкторских, расчетов на прочность и жесткость. Полученные результаты можно использовать для модернизации старой конструкции и создания новых образцов ткацкого оборудования.

Получены зависимости, позволяющие проектировщику без синтеза законов определять величины аналога максимального ускорения в зависимости от фазового угла движения, коэффициента трапеции и амплитуды максимального перемещения.

Реализация в промышленности. Результаты диссертационной работы использованы ОАО «ВНИИЛТЕКМАШ» при создании новой конструкции ЗОМ для широких скоростных ткацких машин, предназначенной для модернизации существующих ткацких машин. Полученные законы движения позволили снизить нагрузки в механизме и тем самым повысить его надежность и долговечность работы, снизить металлоемкость механизма. Предложенные методики расчета и анализа могут быть использованы при модернизации и проектировании любых плоских кулачково-рычажных механизмов, как ткацких машин, так и любых подобных механизмов общего назначения.

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

- заседаниях кафедры проектирования текстильных машин Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина;

- Всероссийских научно-технологических конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль — 2001, Текстиль — 2002, Текстиль — 2003);

- методическом совете ОАО «ВНИИЛТЕКМАШ».

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений и библиографии из 54 наименований, изложенных на 169 страницах, из которых 20 занимают приложения, и включает 63 рисунка и 71 таблицу.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Лебзак, Александр Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Анализ рассмотренных работ выявил необходимость комплексного подхода к проектированию зевообразовательного механизма, основанного на создании подсистем автоматизированного проектирования.

2. Разработаны методики и подсистемы автоматизированного проектирования законов движения привода зевообразовательного механизма, с учетом многокритериального подхода. Обоснована недостаточность однокритериального подхода к выбору закона движения привода ЗОМ.-Разработаны оптимальные^ законы движения привода ЗОМ с учетом цикловой диаграммы ткацкой машины и вида технологического зева.

3. Получены зависимости, позволяющие проектировщику без синтеза законов, определять величины аналога максимального ускорения в зависимости от фазового угла движения, коэффициента трапеции и амплитуды максимального перемещения.

4. Предложена методика, алгоритм и подсистема расчета наладочных параметров привода зевообразовательного механизма для любого заданного технологического зева.

5. Разработаны подсистемы кинематического, кинетостатического и динамического анализа ЗОМ, с учетом предлагаемых наладочных параметров и законов его движения.

6. Выявлены недостатки существующей конструкции привода зевообразовательного механизма и даны рекомендации по модернизации конструкции. Для снижения потери мощности всего механизма ремизного движения необходимо модернизировать привод ЗОМ. Для снижения реакции в кинематических парах следует увеличить жесткость зевообразовательного механизма за счет устранения в нем деформации изгиба и замены ее деформацией растяжение — сжатие.

7. Предлагаемые подсистемы автоматизированного проектирования позволяют сократить затраты времени на проектирование и повысить его качество.

145

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лебзак, Александр Владимирович, 2004 год

1. Купташкин В.Я., Терентьев В.И., Хозина Е.Н. Проектирование закона движения ремизок ЗОМ скоростных ткацких станков // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1988, № 1, 83—88.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука. 1988. 640 с.

3. Раков М.М. Автоматизированный анализ кинематики и кинетостатики плоских механизмов // Учебное пособие. М., 1986. 56 с.

4. Попов Э.А., Квартин Л.М. Динамика текстильных машин. М.: МГТУ, 2001. 247 с.

5. Подбельский В.В., Фомин С.С. Программирование на языке Си: Учеб. Пособие. М.: Финансы и статистика, 2001. 600 с.

6. Шамис В. Borland С++ Builder 6. Для профессионалов. С-Пб.: Питер, 2003.800 с.

7. Малышев А.П., Воробьев П.А. Механика и конструктивные расчеты ткацких станков. М.: Машгиз, 1962. 552 с.

8. Мйтропольский Б.И., Любовицкий В.П., Фомченко Б.Р. Проектирование ткацких станков. Л.: Машиностроение, 1972. 208 с.

9. Дицкий А.В., Малафеев P.M., Терентьев В.И., Туваева А.А. Основы проектирования машин ткацкого производства. Под общей редакцией Диц-кого А.В. М.: Машиностроение, 1983. 320 с.

10. Ю.Степанов Г.В., Быкадоров Р.В. Станки СТБ: устройство и обслуживание. М.: Легпромбытиздат, 1985. 215 е.11 .Гордеев В.А. Динамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков. М.: Легкая индустрия, 1965. 228 с.

11. Талавашек О., Сватый В. Бесчелночные ткацкие станки. Пер. с чешского. М.: Легпромбытиздат, 1985. 335 с.

12. Коянг Феуда ДЕП. Зевообразовательные механизмы ткацких станков (обзор), Ленинградский институт текст, и легкой промышленности. Л, 1985. 29 е., ил. библиогр. 43 назв. Рукопись дер. ЦНИИТЭИЛЕГПРОМ 7.02.1985 г.

13. Васильева Е.Г., Ерохин Ю.Ф., Сокерин Н.М., Карева Т.Ю. Усовершенствование кулачкового зевообразовательного механизма на бесчелночном ткацком станке // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2001, № 2.

14. Терентьев В.И., Маслакова А.Б., Живов С.В. К выбору закона движения ремизок широкого скоростного ткацкого станка. Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1988, № 2, 88-91.

15. Дживанов К., Трифонов К. Подобрей закон ншцелковата при тькачните машин // Текстильна промишленост (НРБ). 1975. № 1. С. 14-19.

16. Митропольский Б.И., Любовицкий В.П., Фомченко Б.Р. Проектирование ткацких станков. Л.: Машиностроение, 1972.208 с.

17. Попов Н.Н. Расчет и проектирование кулачковых механизмов. М.: Машиностроение, 1980. 214 с.

18. Петров Н.А., Каган В.М. Алгоритмы расчета дисковых механизмов с качающимся толкателем. Алгоритмы проектирования схем механизмов. М.: Наука, 1979.

19. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

20. Дрохлянский И.М. Деформации при зевообразовании на станках СТБ. М., Текстильная промышленность, 1971, № 7.

21. Комарова Т.А. О точности расчета деформации основы вследствие зево-образования. Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1987, №4,51-55.

22. Чугин В.В., Ялинич С.М. Неравномерность натяжения нитей ремизками в фазе открытого зева в цикле зевообразования. Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1987, № 4, 49-51.

23. Ефремов Е.Д., Ефремов Д.Е., Пашкова Т.Ф., Шутов С.А. Взаимодействие основной нити с галевом ремизки. Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1987, № 5, 49-51.

24. Терентьев В.И. Технологическая нагрузка ЗОМ ткацких станков. МТИ. — М., 1988. 14 с. Деп. в ЦНИИТЭИлегпром 10.10.88 № 2577-лп 88.

25. Терентьев В.И. Развитие теории зевообразования и разработка универсального метода проектирования зевообразовательных механизмов ткацких станков. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук // Моск. текст, ин-т. М., 1989.

26. О.Ефремов Е.Д. и др. Взаимодействие нитей основы с галевами ремизок // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1987, № 5.

27. Топилин А.П. и др. Высокопроизводительные станки типа СТБ. М., ЦНИИТЭИл егп ищемаш, 1969.

28. Wimalaweera W., Weinsdorfer Н. Einfluss des webegeschirres auf den webe-vorgang und die jazz beanspruchung // Melliand textilberichte. 1987. v. 68. № 10, s. 721-727.

29. Сед ель О.Я. Исследование механизма зевообразования ткацких станков типа СТБ. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. / Моск. текст, ин-т. М.: 1974. 162 с.

30. Торицын С.В. Предпроектный динамический расчет ЗОМ с пружинно-кулачковым приводом ремизных рам широкого ткацкого станка //Расчет и проектирование механизмов современных ткацких станков. М., 1985, 19-27.

31. Определение деформаций звеньев ЗОМ станков СТБ. Седель О.Я., Агапова И.И., Курский политехнический институт. Курск, 1983. 13 с. Библ. 2 назв., ил. (Рукопись деп. в ЦНИИТЭИлегпром. 21.04.83, №731 лп Д83).

32. Успасских С.М., Уткина З.Б. Графоаналитическое исследование движения ремизок и берда ткацких станков типа СТБ. СПб институт текстильной и легкой промышленности, 1992, 10 с., ил. Деп. в ЦНИИТЭИлег-пром 27.07.92, № 3566-лп 92.

33. Пекарь Ж.В. Исследование изгибных колебаний планок ремизных рам высокоскоростных ткацких машин. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. / Ml ТУ им. А.Н. Косыгина. М.: 1999. 140 с.

34. Каган В.М., Андреев А.Ф. Алгоритмы кинематического и силового расчета двухповодковых и трехповодковых групп //Алгоритмы проектирования схем механизмов. М.: Наука, 1979.

35. Урсков Ю.И. Проектирование механизма ремизного движения для ткацкого станка с применением ЭВМ //Гибкие автоматизированные системы, роботехника и САПР в текстильной и легкой промышленности. М., 1987. 64-69.

36. Урсков Ю.И. Проектирование механизма различного движения для ткацкого станка с применением ЗОМ //Гибкие автоматизированные системы, роботехника и САПР в текстильной и легкой промышленности. М., 1987, 161-165.

37. Андреев А.Ф. Исследование и проектирование механизмов зевообразова-ния бесчелночных ткацких станков типа СТБ и АТПР с помощью автоматизированной системы расчета. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.:1982. - 320 л.

38. Григорьев А.В. Динамическая оценка механизмов ремизного движения таекцих станков с использованием механических цепей. Диссертация на\у соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: 2000. - 198 л.

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

40. Арнаутов П.Н., Варнаков М.Я. Ткацкие автоматические станки СТБ. М.: Легкая индустрия, 1973.

41. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. — М.: Наука, 1975.

42. Терентьев В.И., Хозина Е.Н. Проектирование цикловой диаграммы зевообразовательного механизма бесчелночных ткацких станков // Технология текстильной промышленности / Известия высших учебных заведений. №4, 1987.

43. Анпилогова Н.П., Макаров В.А. Выбор параметров наладки ЗОМов станков СТБ. Текстильная промышленность. № 12, 1988.

44. Левитский Н.М. Кулачковые механизмы. М.: Машиностроение, 1964.

45. Ротбарт Г.А. Кулачковые механизмы. — М.: Судпромгиз, 1960.

46. Макаров В.А., Хозина Е.Н., Лебзак А.В. Влияние положения заступа на величину открываемого зева. Текстильная промышленность. № 4, 2004.

47. В.А. Макаров, Е.Н. Хозина, А.В. Лебзак. САПР для расчета наладочных параметров кулачковой коробки по заданному технологическому зеву // В мире оборудования / Легпромбизнес. № 5, 2004.

48. Гернет М.М. и Ратобыльский В.Ф. Определение моментов инерции. М.: Машгиз, 1969. 250 с.

49. Попов Э.А., Хозина Е.Н. Анализ динамики ремизного движения станка СТБ с кареткой типа КРУ // Технология текстильной промышленности / Известия высших учебных заведений. № 4, 1994.

50. Фаворин М.В. Моменты инерции тел. М.: Машиностроение, 1970.