Батанные механизмы

1. Назначение и классификация батанных механизмов

2. Кривошипный батанный механизм

3. Теория кривошипного батанного механизма

4. Кулачковый батанный механизм

5. Теория кулачкового батанного механизма Литература

1. Назначение и классификация батанных механизмов Основная технологическая функция батанного механизма челночного станка — прибивание уточной нити к опушке ткани. Кроме того, батан выполняет ряд дополнительных функций: обеспечивает движение челнока по брусу батана, приводит в движение механизмы товарного и основного регуляторов, автомата смены шпуль, разгрузки клапанов и др.

На батане челночных ткацких станков монтируют многочелночные приборы, предохранительные устройства от вылета челнока и механизмы контроля уточной нити. В батан этих станков встроен боевой механизм, погонялка которого совершает переносное движение вместе с батаном.

На бесчелночных ткацких станках на батане установлены направляющие гребенки для движения нитепрокладчика или специальный канал-конфузор на пневматических или гидравлических станках.

По типу привода батанные механизмы можно разделить на две основные группы — кривошипные и с кулачковым приводом.

Для челночных ткацких станков наиболее широкое распространение получили механизмы первой группы. Батанные механизмы с кулачковым приводом широко распространены на бесчелночных ткацких станках.

Все батанные механизмы должны удовлетворять следующим технологическим и техническим требованиям:

— размах качания берда должен быть наименьшим во избежание сильного перетирания нитей основы зубьями берда;

— уточная нить к опушке ткани должна прибиваться плавным давлением, а не ударом;

— масса батана должна быть небольшой и достаточной для выполнения всех технологических и механических операций механизма.

2. Кривошипный батанный механизм Батанный механизм станка АТ-100−5М представлен на рис. 1. На подбатанном валу О₂ жестко закреплены две лопасти 1. При вращении главного вала его колено 8 описывает окружность с центром в точке О₁, а палец лопасти батана 2 через поводки 9 получает качательное движение вокруг оси подбатанного вала О₂. Проводки 9 состоят из двух частей, соединенных винтом. При вращении винта изменяется длина поводка.

Бердо 3 помещается снизу в пазу деревянной колодки 10 и сверху в пазу вершника 11, прикрепленного к концу лопастей 1. Когда лопасть батана движется к опушке ткани 5, бердо 3 перемещает уточную нить 4 в том же направлении и прибивает ее к опушке ткани 5. Во время полета челнока бердо и склиз 6 бруса 7 служат для него направляющими.

На концах бруса батана установлены челночные коробки (рис. 2) с клапаном 1, находящимся под действием плоской пружины 2, который затормаживает челнок и останавливает его в коробке. Основанием челночной коробки является чугунный склиз 3, а боковыми стенками — передняя 4 и задняя 5 щечки.

Челночные коробки служат для торможения челнока при входе в челночную коробку и удерживают его в состоянии покоя до следующего боя.

Рисунок 1 — Схема батанного механизма челночного ткацкого станка Рисунок 2 — Челночная коробка (вид сверху)

3. Теория кривошипного батанного механизма Кривошипный батанный механизм является четырехзвенным. Одно его звено— лопасть батана, другое — поводок батана, третье — колено главного вала и четвертое — остов станка. Изменяя соотношения в звеньях этого механизма, можно в известных пределах несколько изменять характер движения батана.

При вращении главного вала колено его описывает окружность, c центром в точке О₁ (рис. 3), а палец лопасти батана, который связывает ее с поводком, движется по дуге АВ. На рис. 3 представлена схема аксиального батанного механизма, у которого линия направления хорды, стягивающей полную дугу перемещения пальца лопасти, проходит через ось О₁ главного вала.

Рисунок 3 — Схема движения батана Представим себе, что палец лопасти батана движется не по дуге АВ, а по прямой. Тогда батанный механизм в кинематическом отношении будет представлять собой обычный кривошипно-шатунный механизм.

Принятое допущение вследствие большой длины лопасти батана и сравнительно небольшого угла поворота его не вызовет большой неточности.

В этом случае перемещение пальца лопасти батана (ползуна) будет следующим:

(1)

где r— радиус кривошипа (колена), м;

l— длина шатуна (поводка), м;

бугол поворота кривошипа относительно нулевого (переднего) положения, рад.

При движении ползуна (пальца лопасти) к валу кривошипа второй член уравнения (1) нужно брать со знаком плюс и при движении его в обратном направлении — со знаком минус.

Взяв первую производную от пути по времени, получим скорость пальца лопасти батана.

следовательно,

(2)

гдеугловая скорость вращения кривошипа (колена), рад/сек.

Продифференцировав выражение скорости по времени, получим ускорение пальца лопасти батана

(3)

Из этого уравнения очевидно, что максимальное ускорение при

и минимальное при

Из уравнений (1,) (2), (3) видно, что отношение радиуса кривошипа r к длине поводка l оказывает большое влияние на кинематику батанного механизма. Все батанные механизмы делятся на следующие три группы в зависимости от соотношения радиуса колена r и длины поводка l:

1) при l = (36) r — батанный механизм с нормальным поводком;

2) при l > З r— батанный механизм с длинным поводком;

3) при l < З r— батанный механизм с коротким поводком.

Зная величины радиуса колена и длины поводка и задаваясь углами поворота колена главного вала, можно определить скорость и ускорение для любого положения пальца лопасти батана и построить соответствующие кривые. На рис. 4 построены графики перемещения S, скорости v и ускорения а пальца лопасти батана с нормальным и коротким поводками. Из графиков и приведенных уравнений видно, что скорость и ускорение пальца лопасти батана зависят от отношения r/l: чем больше это отношение, тем больше скорость и ускорение пальца лопасти батана, симметричность движения нарушается, а плавность снижается. Пунктирной линией показаны кривые для батана с нормальным поводком, а сплошной линией —для батана с коротким поводком. Изменение параметров движения дано за время одного оборота главного вала станка. Начало отсчета принято в крайнем переднем положении батана. Один оборот главного вала разбит на 12 частей. В момент прибоя (нулевое положение) батан с коротким поводком имеет значительно большее ускорение.

Рисунок 4 — Графики перемещения, скорости и ускорения пальца лопасти батана с нормальным и коротким поводками Для нормального движения челнока через зев необходимо, чтобы инерционная сила прижимала его к берду. Это условие выполняется в период, когда тангенциальное ускорение пальца лопасти батана имеет отрицательное значение. Из кривых на рис. 4 видно, что для батана с нормальным поводком возможное время движения челнока через зев начинается немного раньше 3-го, нижнего, положения колена главного вала и заканчивается немного позже 9-го, верхнего, положения колена. Для батана с коротким поводком это время значительно больше: начинается около 2-го и заканчивается около 10-го положения.

На рис. 5 показана схема направлений движения батана S, ускорения a и сил инерции u.

Рассмотрим направление этих показателей в каждой четверти оборота колена главного вала. Начало отсчета принято в крайнем переднем положении батана (точка 0).

В I четверти, примерно от 0 до 3-го положения колена, батан перемещается в сторону оси главного вала (стрелка S), скорость батана увеличивается (см. рис.4), следовательно, ускорение направлено в ту же сторону (стрелка a), а силы инерции челнока направлены в противоположную от берда сторону (стрелка и).

Рисунок 5 — Схема направления движения батана, ускорения и сил инерции батанный кривошипный кулачковый привод В это же время челнок находится в челночной коробке и прижимается к передней щечке. Движение челнока через зев в этот момент нецелесообразно.

Во II четверти батан перемещается в том же направлении (стрелка S), но его скорость снижается. Следовательно, ускорение направлено в противоположную сторону движения батана (стрелка а), а силы инерции челнока будут направлены по направлению движения батана (стрелка и). В этом случае движение челнока через зев целесообразно, так как силы инерции будут прижимать его к берду.

В III четверти (от 6 до 9-го положения) батан перемещается в сторону опушки ткани (стрелка S), его скорость возрастает и ускорение направлено в сторону движения батана (стрелка а), а силы инерции челнока будут направлены в противоположную сторону (стрелка и).

В IV четверти (от 9 до 12-го положения колена) батан продолжает перемещаться в сторону опушки ткани (стрелка S), скорость его снижается, ускорение направлено в противоположную сторону движения батана (стрелка а), а силы инерции челнока направлены в сторону опушки ткани. Челнок в это время находится в челночной коробке.

Таким образом, силы инерции челнока будут прижимать его к берду во II и III четвертях, что согласуется с выполнением технологических требований полета челнока в зеве.

Батанные механизмы с нормальными поводками, обеспечивающие большую плавность и симметричность движения, применяются па узких быстроходных ткацких станках. Батанные механизмы с короткими поводками применяются на широких тихоходных станках. В этом случае увеличение времени полета челнока через зев имеет решающее значение, а большая величина ускорения батана способствует энергичному прибою уточной нити к опушке ткани.

Несмотря на целый ряд преимуществ, которых достигают при коротком поводке, он все же в технологическом отношении недостаточно эффективен и поэтому не нашел широкого применения. Это объясняется тем, что ускорения батана при коротком поводке значительно больше, чем при нормальном, а поэтому силы инерции при коротком поводке больше, чем при нормальном поводке. Особенно резко возрастают силы инерции батана при увеличении скорости станка, так как ускорение батана пропорционально квадрату скорости колена главного вала. Максимальное значение силы инерции получают в переднем положении колена. Это вызывает вибрацию станка, что отрицательно влияет на его работу. Поэтому короткие поводки нашли применение только на широких (тихоходных) станках.

Величина перемещения батана зависит от радиуса колена и тесно связана с высотой зева. Чем больше перемещение батана, тем меньше может быть высота зева при одной и той же высоте челнока. Однако ввиду того что увеличение размаха батана ухудшает условия для полета челнока и увеличивает трение нитей основы в берде, размах батана делается по возможности малым и обычно составляет примерно три ширины челнока.

4. Кулачковый батанный механизм Кулачковый батанный механизм при использовании кулачка соответствующего профиля может обеспечить любой заданный закон движения и любую продолжительность периодов движения и выстоя берда, что необходимо при работе на высокоскоростных ткацких станках и станках большой ширины.

На рис. 6 изображена схема батанного механизма, которая применяется на станках СТБ. Кулачки 1 и 2 вращаются на валу О. Кулачок 1 контактирует с роликом 6, а кулачок 2 — с роликом 3, которые установлены на угловом рычаге 4, последний расположен на подбатанном валу 5. На лопасти 7 установлены брус батана 8 и бердо 9. Лопасти значительно короче лопастей обычных челночных станков. На брусе батана со стороны опушки ткани закреплены гребенки; составленные из стальных пластинок 10. Они являются направляющими при движении нитепрокладчиков через зев (на станках АТПР пластинки 10 не устанавливаются, на пневматических ткацких станках к брусу 8 крепится конфузор). Батанный механизм значительно облегчен, так как он не имеет челночных коробок и механизма, предупреждающего отрыв основных нитей при зажиме нитепрокладчика (последний перемещается в зеве по направляющим гребенкам).

Во время движения нитепрокладчика в зеве батан выстаивает в заднем положении. Время выстоя батана значительно превышает время полета нитепрокладчика через зев, тем самым обеспечивается прямолинейная траектория движения нитепрокладчика и необходимое время для работы кромкообразующего устройства. Во время прибоя лопасть 7 движется по часовой стрелке и с помощью бедра 9 перемещает уточную нить к опушке ткани 11. Выстой бедра в переднем положении не происходит. Заданный закон движения батана обеспечивается профилем кулачков 1 и 2.

Рисунок 6 — Схема батанного механизма станка СТБ

5. Теория кулачкового батанного механизма Перемещение берда 9, закрепленного на лопасти 7 батана (рис. 6) описывается следующим уравнением:

S=S₁ {К— [sin (2)/(2)]}, (4)

где S₁ — полный путь центра ролика;

К—коэффициент (К=/;…; — угол перемещения батана от прибоя до выстоя);

k_t — безразмерный коэффициент, равный отношению текущего времени t к полному времени T, за которое перемещается бердо.

Дифференцируя уравнение (4) дважды по времени, получим выражения для скорости и ускорения:

(5)

(6)

Время поворота батанного механизма T=/(6n), где п — частота вращения главного вала станка.

На рис. 7 изображены графики перемещения S, скорости v и ускорения а прибойной точки берда на станке СТБ. За начало отсчета (нулевое положение) принят момент начала движения батана из заднего положения в переднее. По данным исследований продолжительность выстоя батана составляет 220° поворота главного вала при ширине станка 216 см и 245° — при ширине 330 см. Период движения батана в переднее положение и обратно на станках с шириной 216 см равен 70°, а на станках с шириной 330 см эти периоды соответственно 50 и 55° поворота главного вала.

Проведенные исследования показывают, что при одинаковой частоте вращения главного вала станка прибойная точка берда кулачкового батанного механизма станка СТБ имеет максимальную линейную скорость. Она почти в 1,4 раза больше, чем в кривошипно-шатунном батанном механизме станка АТ-100−5М. В момент встречи берда с опушкой ткани при прибойной полоске, равной 3 мм, скорость батана на станках типа СТБ также выше в 1,4 раза, а линейное ускорение батана в переднем положении берда выше в 2,4 раза.

Увеличение скорости и ускорения берда при прибое уточной нити оказывает большее разрушающее действие на уточную нить, и батанные механизмы с такими кинематическими характеристиками в меньшей степени отвечают предъявляемым к ним технологическим требованиям. Изучение воздействия берда при прибое на уточную нить представляет большой интерес, особенно в условиях непрерывного роста скоростных режимов ткацких станков.

Рисунок 7 — Графики пути, скорости и ускорения прибойной точки бедра в кулачковым батаном механизме станка СТБ

Литература

Лабораторный практикум по механической технологии текстильных материалов / В. Ф. Галкин [и др. ]; под ред. А. Г. Севостьянова. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва: Легпромбытиздат, 1993. — 272 с.: ил.

механическая технология текстильных материалов: учеб. для вузов / А. Г. Севостьянов [и др. ]; под ред. А. Г. Севостьянова. — Москва: Легпромбытиздат, 1989. — 512 с.: ил.

Алешин, П. А. Лабораторный практикум по ткачеству: учеб. пособие. — 2-е изд., перераб. и доп. / П. А. Алешин, М. В. Полетаев — Москва: Легкая индустрия, 1979. — 312 с.

Гордеев, В .А. Ткачество: учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. / В. А. Гордеев, П. В. Волков. — Москва: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 485 с.