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 машиныразработке 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 зеваразработке 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 ЗОМработы, связанные с автоматизацией проектирования ЗОМразработка методик анализа законов движения, применяемых в приводе ЗОМразработка методик и подсистем автоматизированного проектирования законов движения привода ЗОМразработка методики взаимодействия законов движения с циклограммой работы ткацкой машиныпроектирование оптимальных законов движения привода ЗОМразработка методики анализа работы и подсистем автоматизированного расчета наладочных параметров привода ЗОМразработка 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.

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.