Зниження динамічних навантажень у механізмі в'язання круглов'язальних машин шляхом удосконалення конструкцій голок та клинів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський державний університет технологій та дизайну

УДК 677.055

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЗНИЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ У МЕХАНІЗМІ В`ЯЗАННЯ КРУГЛОВ`ЯЗАЛЬНИХ МАШИН ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ГОЛОК ТА КЛИНІВ

ТАРАСЕНКО ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЙОВИЧ

05.05.10 - Машини легкої промисловості

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському державному університеті технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Піпа Борис Федорович, Київський державний університет технологій та дизайну (КДУТД), професор кафедри інженерної механіки

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, доцент Параска Георгій Борисович, Технологічний університет Поділля, професор кафедри

- кандидат технічних наук, доцент Федоров Юрій Дмитрович, Київський державний університет технологій та дизайну, професор кафедри

Провідна установа - Чернігівський державний технологічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Чернігів

Захист відбудеться " 17 " жовтня 2001 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.02 в Київському державному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці КДУТД за адресою: м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2

Автореферат розісланий " 4 " вересня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої рад Кострицький В.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Круглов`язальні машини належать до найбільш поширеного і перспективного виду обладнання легкої промисловості, як такі, що мають високу продуктивність і широкі технологічні можливості в`язання трикотажного полотна.

Перспективним напрямком вдосконалення існуючих і створення нових типів круглов`язальних машин є подальше підвищення продуктивності машин за рахунок збільшення швидкості в`язання і підвищення якості полотна за рахунок зменшення числа відмов робочих органів механізму в`язання.

Стримуючим фактором у вирішенні цієї проблеми є динамічні навантаження, що виникають у механізмі в`язання в результаті ударної взаємодії голок і клинів.

Незважаючи на те, що відомо багато досліджень і технічних розробок, спрямованих на зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання в`язальних машин, ряд питань згаданої проблеми залишається ще не вирішеним. Відомі конструкції робочих органів механізму в`язання (голки, клини) не дозволяють ефективно знизити динамічні навантаження, що виникають при роботі в`язальних машин, особливо при зміні режиму в`язання (пружні елементи клинів розраховані на конкретну швидкість в`язання і т. ін.). Відсутні також дослідження стосовно вибору раціональних параметрів голок та клинів, спрямованих на підвищення ефективності зниження динамічних навантажень у зоні їх взаємодії.

Враховуючи ці обставини, дисертація присвячена комплексним дослідженням щодо розробки нових конструкцій робочих органів в`язальних машин та інженерних методів їх проектування з метою зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання, що сприяє підвищенню ефективності роботи круглов`язальних машин.

Зв`язок роботи з науковими планами. Дисертація відповідає напрямку наукових досліджень Київського державного університету технологій та дизайну (напрямок "Обладнання, системи управління технологічними процесами та контролю якості виробів").

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка нових конструкцій робочих органів механізму в`язання (голок та клинів) круглов`язальних машин та теоретичних основ і інженерних методів їх проектування, спрямованих на зниження динамічних навантажень у зоні взаємодії голок та клинів, що сприяє підвищенню ефективності роботи круглов`язальних машин (підвищення їх продуктивності та якості трикотажного полотна).

Для досягнення поставленої мети були визначені і вирішені такі задачі:

дослідити взаємодію робочих органів механізму в`язання при в`язанні трикотажного полотна та їх вплив на динамічні навантаження в механізмі в`язання; створити математичну модель взаємодії голок з клинами з урахуванням впливу їх пружних властивостей на динамічні навантаження, що виникають в зоні їх удару;

дослідити ефективність використання клинів з пружним робочим елементом (клин з пружним елементом у вигляді упору та пружини; клин з пружним елементом консольного типу; клин, робоча поверхня якого опирається на пружну основу) для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин; розробити теоретичні основи та інженерні методи проектування клинів з пружним робочим елементом;

дослідити доцільність використання клинів з пружним кріпленням для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання;

виконати дослідження впливу конструкцій голок на динамічні навантаження в механізмі в'язання;

створити математичну модель взаємодії голки з симетричним потоншенням стержня в зоні її п`ятки з клином, на базі якої розробити високоефективну конструкцію голки для зниження динамічних навантажень в механізмі в`язання та наукові основи і інженерні методи її проектування;

виконати математичний експеримент щодо оцінки впливу параметрів механізму в`язання та його робочих органів на величину динамічних навантажень;

виконати експериментальну перевірку правомірності прийнятих при створенні математичних моделей процесу взаємодії голок з клинами припущень;

розробити нові конструкції голок і клинів, спрямовані на зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин, а також теоретичні та інженерні методи їх проектування;

виконати експериментальні дослідження і виробничу перевірку працездатності та ефективності нових конструкцій робочих органів механізму в`язання.

Об`єкт дослідження - процес динамічної взаємодії робочих органів механізму в`язання круглов`язальних машин.

Предмет дослідження - голки та клини і вплив їх конструкцій на зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин.

Методи досліджень. При вирішенні задач, поставлених у даній роботі, були використані сучасні методи теоретичних та експериментальних досліджень: методи математичного моделювання та динамічного аналізу механічних систем з пружними в`язями - для створення моделей процесу взаємодії голок з клинами в`язальних машин та знаходження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин; методи теорій міцності та пружності механічних систем - для знаходження навантаженості робочих органів механізму в`язання та податливості пари голка-клин у зоні їх взаємодії; математичні методи планування експерименту - для планування експериментальних досліджень щодо оцінки впливу параметрів круглов`язальної машини з потоншенням стержня на динамічні навантаження в механізмі в`язання; математичні методи статистичної обробки результатів досліджень - для обробки та аналізу результатів експериментальних досліджень впливу конструкцій голок і клинів на динамічні навантаження в механізмі в`язання.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

створено математичну модель взаємодії голки з клином, що має пружний елемент у вигляді упора і пружини;

розроблено методику, установку та проведено експериментальну перевірку математичної моделі взаємодії голки з клином з пружним елементом;

розроблено теоретичні основи вибору раціональних параметрів пружного елемента клина консольного типу;

розроблено теоретичні основи проектування клинів з робочою поверхнею на пружній основі;

проведено дослідження, результати якого дозволяють вказати на недоцільність використання пружного кріплення клинів до блоку замків з метою зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання;

розроблено математичну модель взаємодії голки з симетричним потоншенням стержня з клином, на базі якої запропоновано метод вибору раціональних параметрів потоншення та знаходження динамічних навантажень у механізмі в`язання з такими голками;

проведено експериментальне дослідження податливості голки з симетричним потоншенням стержня, яке підтвердило правомірність прийнятих при створенні відповідної математичної моделі припущень;

одержано рівняння регресії, яке дозволяє оперативно визначити максимальну величину динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин та виконати аналіз впливу його основних параметрів (швидкість в`язання; кут профілю клина; маса голки; довжина ділянки потоншення голки) на величину цих навантажень;

розроблено теоретичні основи проектування нових, запропонованих автором, конструкцій голок та клинів, які забезпечують ефективне зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

розроблено інженерні методи оцінки впливу конструктивних параметрів робочих органів механізму в`язання (голок та клинів) на величину динамічних навантажень у механізмі в`язання;

розроблено принципово нові конструкції клинів (клин з пружним елементом консольного типу та пристроєм для регулювання його жорсткості; клин з робочою поверхнею на пружній основі; пластинчастий клин з упором), які забезпечують ефективне зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання, та інженерні методи їх проектування;

розроблено принципово нові конструкції голок (голка з симетричним потоншенням стержня; голка з пружною п`яткою; голка з шарнірним з`єднанням п`ятки зі стержнем голки; голка з пружним уступом; голка, п`ятка-вставка якої має криволінійні кінці), які знижують динамічні навантаження у механізмі в`язання круглов`язальних машин, та інженерні методи їх проектування;

працездатність та ефективність нових конструкцій робочих органів механізму в`язання перевірені в наукових лабораторіях КДУТД і на виробничому підприємстві ЗАТ "Чексіл-Киянка" (голка з симетричним потоншенням стержня в зоні п`ятки).

Особистий внесок здобувача полягає у вирішенні основних теоретичних та експериментальних задач дисертації. За безпосередньою участю автора розроблено методики досліджень, теоретичні основи та інженерні методи проектування нових конструкцій робочих органів круглов`язальних машин, що забезпечують ефективне зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання, а також виконано теоретичні та експериментальні їх дослідження. Автору належать основні ідеї опублікованих праць та винаходів, аналіз та узагальнення одержаних результатів.

Апробація дисертації. Основні положення і результати роботи доповідались і одержали позитивну оцінку на:

наукових конференціях КДУТД (м. Київ, 1998-2001 р.р.);

науково-технічній конференції Чернігівського державного технологічного університету (м. Чернігів, 2000 р.);

міжнародній науково-технічній конференції "Ресурсо- та енергозберігаючі технології в легкій, текстильній промисловості та сервісі" (м. Хмельницький, 2000 р.);

засіданнях кафедри інженерної механіки КДУТД (м.Київ,1999-2001 р.р.);

засіданні технічної ради державного підприємства "Чернівцілегмаш" (м. Чернівці, 2000 р.).

Дисертація доповідалась повністю і одержала позитивну оцінку на:

засіданні кафедри машин та апаратів легкої промисловості Технологічного університету Поділля (м. Хмельницький, 2000 р.);

засіданні кафедри машин та апаратів виробництв хімічних волокон і текстильної промисловості Чернігівського державного технологічного університету (м. Чернігів, 2001 р.);

науковому семінарі кафедр машин легкої промисловості та інженерної механіки КДУТД (м.Київ, 2001 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 31 робота, серед яких 10 наукових статей у журналах, 1 тези наукової конференції, 12 депонованих наукових статей і 8 патентів України на винаходи та корисні моделі.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг дисертації 230 сторінок, із них 29 сторінок займають ілюстрації, 10 сторінок - таблиці, 15 сторінок - додатки, 20 сторінок - список використаних джерел зі 187 найменувань. Обсяг основної частини дисертації становить 142 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, поставлено мету та сформульовано задачі досліджень.

Перший розділ присвячено огляду та аналізу досліджень щодо динамічних навантажень у механізмі в`язання в`язальних машин та їх зниження. Приведено огляд досліджень динамічних навантажень у механізмах в`язання і показано роль їх зниження в підвищенні ефективності роботи в`язальних машин. Дано огляд досліджень по удосконаленню конструкцій робочих органів в`язальних машин (голок та клинів) з метою зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання. Приведено огляд досліджень щодо удосконалення конструкцій механізмів в`язання та їх роль у зниженні динамічних навантажень.

Встановлено, що динамічні навантаження в механізмі в`язання, зумовлені ударною взаємодією голок з клинами, є вирішальним фактором в ефективності роботи в`язальних машин. Проблема зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання існує і є актуальною, оскільки вирішення її дозволяє підвищити продуктивність роботи в`язальних машин і якість трикотажного полотна.

Найбільш доцільним у вирішенні проблеми зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання є удосконалення існуючих і розробка нових конструкцій голок та клинів. При цьому клини і голки повинні мати більш податливі робочі зони, які взаємодіють одна з одною.

Встановлено, що про доцільність використання нових конструкцій голок та клинів для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання можна судити лише при виконанні комплексних досліджень їх працездатності та ефективності. Усе це дозволило визначити тему і задачі даного дослідження.

Другий розділ присвячено дослідженням щодо зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання шляхом удосконалення конструкцій клинів. Показано, що найбільш ефективним у вирішенні цієї проблеми є заміна існуючих конструкцій клинів клинами з пружним робочим елементом. Внаслідок аналізу конструктивних особливостей клина з пружним елементом у вигляді упора та циліндричної пружини стиску, була створена математична модель динамічної взаємодії такого клина з голкою. При цьому було розглянуто два випадки: перший випадок, коли реальна конструкція клина та голки представлені у вигляді двомасової динамічної моделі з защемленням пружної в`язі (маса пружини не враховувалась), і другий (враховувалась маса пружини) - у вигляді тримасової рядної динамічної моделі з защемленням пружної в`язі (рис. 1).

Для випадку, коли маса пружини враховується, нехтуючи незначними величинами сил Fт, F3 і F4, рівняння динамічної рівноваги мас системи голка-клин для третього етапу їх взаємодії набуває вигляду:

(1)

Оскільки в даному випадку нас цікавлять динамічні навантаження, що виникають у зоні взаємодії голки з клином (F=F12), враховуючи, що , з системи рівнянь (1) знаходимо:

.(2)

механізм в'язання голка навантаження

Розв`язок рівняння (2) доцільно представити у вигляді:

(3)

де А (12)1, А (12)2, А (12)3, В (12)1, В (12)2, В (12)3 - постійні інтегрування; 1, 2, 3 - частоти коливань відповідних мас системи; а12 - частинний розв`язок рівняння (2).

В результаті виконаних досліджень було отримано алгоритм розрахунку динамічних навантажень, що виникають у механізмі в`язання при використанні клинів з пружним елементом у вигляді упора та пружини. Розглянуто приклад знаходження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальної машини КО-2 при використанні таких клинів. При цьому прийнято: швидкість удару голки об клин v=1,1 м/с; масу голки т1 =0,47710 -3 кг (голка поз. 0-1565); масу упора т2 =0,5 10 -3 кг; масу пружини т3 =0,26110 -3 кг; жорсткість голки С1= 824,5 103 Н/м; жорсткість пружини С2= С3= 32,5 103 Н/м; сили, що діють на систему голка-клин F1= 3 Н, F2= 1 Н. Розрахунки показали, що у випадку, коли масою пружини знехтувати, F=F12max=19,67 Н; при врахуванні маси пружини F=21,92 Н. Це дає підставу з метою спрощення методики знаходження динамічних навантажень у механізмі в`язання реальну пару голка-клин з пружним елементом у вигляді упора і пружини представити у вигляді двомасової динамічної моделі з защемленням пружної в`язі.

З метою перевірки правомірності прийнятих при створенні математичної моделі взаємодії голки з таким клином припущень були проведені експериментальні дослідження. При цьому були використані спеціальний стенд і клин з пружним елементом, що містить упор і пружину. В результаті досліджень підтверджена можливість прийнятих згаданих припущень при аналізі динамічних навантажень у механізмі в`язання з клинами, що містять пружний елемент у вигляді упора і пружини (розходження результатів експерименту і розрахунків становить 6,12 %).

У розділі наведена методика знаходження робочих параметрів пружного елемента клина консольного типу. При цьому виходили з умови збереження працездатності та ефективності роботи клина ( - деформація торця пружного елемента, що взаємодіє з п`яткою голки в момент удару; - величина частини пружного елемента, яка виступає над робочою поверхнею клина).

Встановлено, що для круглов`язальних машин типу КО жорсткість пружного елемента такого клина повинна бути не меншою 49,6 103 Н/м. При виконанні пружного елемента зі стального дроту діаметром 1,5 мм його робоча довжина повинна дорівнювати 15 мм. При цьому динамічні навантаження в механізмі в`язання круглов`язальної машини КО-2 знижуються в 3,5 рази.

У розділі наведені також дослідження ефективності використання клинів з робочою поверхнею на пружній основі (рис. 2) для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання. Використовуючи розрахункову схему взаємодії голки з таким клином (рис. 2, б), одержано рівняння деформації згину пластини клина:

(4)

де 0, 0, М0, Q0 - початкові параметри (прогин пластини, кут повороту перерізу пластини, згинальний момент та поперечна сила) у вибраному початку координат (Х=0); - гіперболічні функції; Е - модуль пружності пластини; J - момент інерції перерізу пластини; Fі - і-а сила, що діє на пластину клина; а і - відстань і-ї сили від початку координат.

Для нашого випадку (рис. 2), де М0= 0; Q0 = 0, рівняння (4) приймає вигляд:

.(5)

Оскільки нас цікавить деформація пластини клина в зоні удару п`ятки (Х=а), рівняння (5) після знаходження 0 та 0 може бути представлене у вигляді:

,(6)

Жорсткість робочої поверхні клина на пружній основі С знаходиться із виразу:

С = = .(7)

Розрахунки показують, що використання клинів, робоча поверхня яких опирається на пружну основу, в механізмі в`язання круглов`язальної машини типу КО дозволяє знизити динамічні навантаження в ньому в 2,89 рази (при розрахунках прийнято: розміри стальної пластини b=3 мм; 1= 0,5 мм; l=20 мм; товщина пружної основи 2= 2 мм; плече дії сили удару п`ятки на пластину а=3,5 мм; модуль пружності стальної пластини Е=2,2 103 Н/мм 2; характеристика пружної основи (гума) =24 Н/мм 2).

Дослідження працездатності і ефективності роботи клинів з пружним кріпленням їх до блоку замків, результати яких наведені в цьому розділі, показують, що таке конструктивне рішення для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання є недоцільним. Як показують розрахунки, величина динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин типу КО з клинами з пружним кріпленням відрізняється від величини динамічних навантажень при використанні клинів з жорстким кріпленням на 0,6 %.

У третьому розділі наведені дослідження стосовно зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання шляхом вдосконалення конструкції голок. При цьому основну увагу приділено найбільш перспективній конструкції голки з симетричним потоншенням стержня, запропонованої автором (рис. 3). Наявність потоншення стержня голки зумовлює значне підвищення податливості її п`ятки в зоні удару об клин, що знижує динамічні навантаження в механізмі в`язання.

Податливість п`ятки , враховуючи конструктивні особливості голки і взаємодію п`ятки з клином, знаходиться із виразу:

,(8)

де - податливість п`ятки, зумовлена відповідно прогином стержня, його скручуванням і скручуванням п`ятки.

Розроблена математична модель взаємодії голки з симетричним потоншенням стержня з клином дозволила знайти складові податливості п`ятки:

,(9)

де

;

;

Е - модуль пружності матеріалу голки;

J1, J2 - відповідні моменти інерції перерізу стержня голки на відрізках l1 (l3) i l2 (див.рис.3);

,(10)

де h2 - плече сили, що скручує стержень голки; G - модуль пружності матеріалу голки при деформації зсуву; Jk1, Jk2 - моменти інерції при скручуванні відповідних відрізків потоншення голки;

,(11)

де а - плече сили, що діє на п`ятку під час удару голки; Jk4 - момент інерції перерізу п`ятки при скручуванні.

Умовою працездатності голки буде:

,(12)

де D - деформація потоншення стержня голки в зоні переходу його в п`ятку; F - сила удару голки об клин (складова, що діє перпендикулярно осі голки).

Як показують розрахунки, при використанні голок з потоншенням стержня в круглов`язальній машині КЛК-3 (параметри потоншення голки поз. 0-1262: l1=l3=8,2 мм; l2=3,6 мм;2=3=0,15 мм; =0,5 мм) динамічні навантаження в механізмі в`язання зменшуються в 6,2 рази, що вказує на ефективність використання таких голок для вирішення проблеми зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин.

Автором розроблено алгоритм і програму розрахунку раціональних параметрів голки з симетричним потоншенням стержня та знаходження максимальної величини динамічного навантаження в механізмі в`язання з такими голками. Використовуючи одержані результати досліджень, було виконано аналіз впливу довжини потоншення стержня голки поз.0-1262 на її податливість та динамічні навантаження в механізмі в`язання круглов`язальної машини КЛК-3. Результати представлені на рис.4.

З метою спрощення методики оцінки впливу параметрів голки з потоншенням стержня на динамічні навантаження в механізмі в`язання були проведені дослідження, в результаті яких одержана залежність для знаходження податливості такої голки:

.(13)

Порівнюючи результати розрахунків податливості голки, одержані з використанням раніше запропонованих алгоритму та програми і рівняння (13) (див. рис. 4), приходимо до висновку, що запропонована залежність, враховуючи її наочність, простоту і достатню точність, може бути використана в практиці інженерних розрахунків при вирішенні проблеми зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин.

З метою перевірки правомірності припущень, прийнятих при розробці математичної моделі взаємодії голки з симетричним потоншенням стержня з клином, автором були проведені експериментальні дослідження. Було розроблено і виготовлено спеціальний прилад, який, на відміну від відомих, дозволяє вимірювати та реєструвати деформацію голки в зоні взаємодії її з клином як в статиці, так і в динаміці. Результати експериментальних досліджень підтвердили правомірність прийнятих припущень.

У розділі наведені також експериментальні дослідження впливу голки з потоншенням стержня на величину динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин типу КО. При цьому встановлено, що використання удосконалених голок поз. 0-388 з потоншенням стержня в зоні п`ятки (параметри потоншення: довжина l=10 мм; товщина стержня голки в зоні потоншення =0,4 мм) знижує динамічні навантаження в круглов`язальній машині МС-9 в 2,73 рази. Оцінка ефективності такої голки для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання цієї ж машини, виконана з використанням раніше наведеної методики, показує, що коефіцієнт зниження динамічних навантажень дорівнює 2,57. Розбіжність результатів становить 5,9 %.

У дисертації наведено дослідження впливу параметрів круглов`язальної машини з голками, що мають потоншення стержня, на динамічні навантаження в механізмі в`язання. З цією метою був проведений математичний експеримент. Враховуючи технічну характеристику круглов`язальної машини типу КЛК, перспективу підвищення її швидкості в`язання та можливу зміну параметрів потоншення стержня голки поз. 0-1262, а також вимоги методу математичного планування експерименту, за діапазон та інтервал варіювання досліджуваних параметрів (лінійна швидкість голкового циліндра - v; кут клина в зоні удару голки - ; маса голки - т; довжина потоншення голки - l) прийнято:

(14)

В результаті виконаних досліджень одержано рівняння регресії, що дозволяє оцінити вплив параметрів круглов`язальної машини типу КЛК з голками з потоншенням стержня на максимальну величину динамічних навантажень F у механізмі в`язання:

.(15)

Результати досліджень представлені у вигляді графіків (рис. 5).

У четвертому розділі наведено дослідження, що стосуються розробки нових перспективних конструкцій робочих органів круглов`язальних машин (клинів та голок), які дозволяють значно знизити динамічні навантаження в механізмі в`язання, а також перевірка їх працездатності та ефективності роботи. В результаті проведених досліджень автором запропоновано ряд нових конструкцій клинів та голок, на які одержано патенти України.

Встановлено, що раціональними параметрами пристрою для регулювання жорсткості пружного елемента консольного типу клина слід приймати:

(16)

де a, b, h - розміри гайки; d, l - діаметр та довжина гвинта; с, lр - товщина та довжина робочої поверхні клина.

З метою забезпечення працездатності пластинчастого клина необхідно виконати умову: пр ( де , пр - відповідно робоча та допустима деформації пластини клина в зоні удару голки).

Використовуючи теорію пружності, було одержано рівняння для знаходження критичної величини деформації пластини клина к, зумовленої заклинюванням голки в пазі голкового циліндра:

(17)

де вр - границя міцності матеріалу голки; а - плече сил, що діють на п`ятку голки; - товщина п`ятки; h - ширина п`ятки; - кут нахилу пластини (кут клина); - коефіцієнт співвідношень розмірів перерізу п`ятки; l - робоча довжина пластини; Е - модуль пружності матеріалу голки; J - момент інерції перерізу пластини.

Встановлено, що відома конструкція пластинчастого клина в момент заклинювання голок, що завжди має місце при експлуатації круглов`язальних машин, непрацездатна (як показують розрахунки, для круглов`язальних машин типу КО к=2,5 мм; пр=0,2 мм).

З метою ліквідації цього недоліку автором запропоновано конструкцію пластинчастого клина з упором, що обмежує критичну величину прогину пластини, а отже виконується умова працездатності клина.

Для голки з пружною п`яткою податливість п`ятки , як показують дослідження, знаходиться із виразу:

(18)

де а1 - плече сили, що діє на п`ятку; - кут клина; Е - модуль пружності матеріалу п`ятки; JX, Jy - моменти інерції перерізу п`ятки відносно відповідних осей; а, b, c, r1, r2 - відповідні розміри п`ятки.

Розрахунки показують, що при використанні в круглов`язальних машинах типу КО голок з пружною п`яткою динамічні навантаження в механізмі в`язання зменшуються в 9,34 рази, що підтверджує їх високу ефективність.

При розробці конструкції голки з пружним уступом, як показують дослідження, доцільно користуватися співвідношеннями:

l = h; a = (36); b = (24), (19)

де l, h - глибина відповідно пазу і уступу; а - відстань пазу від робочої грані уступу; - товщина голки; b - ширина пазу.

Для голок при використанні їх в круглов`язальних машинах типу КО раціональними є: l=h=4 мм; а=2 мм; b=1,5 мм. При цьому динамічні навантаження в механізмі в`язання зменшуються в 3,34 рази.

Для голок, п`ятка-вставка яких має криволінійні робочі кінці, доцільно приймати такі співвідношення їх параметрів:

(20)

де 1, 2, 1, 2, l1, l2 - кути нахилу, деформація згину та робоча довжина відповідних кінців п`ятки.

Для таких голок у разі використання їх у складі круглов`язальних машин типу КО доцільними є такі параметри: l1= l2 = 2,5 мм; 1= 87; 2=87,7.

Виробнича перевірка працездатності та ефективності роботи голок з симетричним потоншенням стержня, проведена на ЗАТ "Чексіл-Киянка", показала високу надійність нової конструкції голки. При цьому кількість відмов голок у порівнянні з голками поз. 0-1262 зменшилась в 1,7 раз, продуктивність машини збільшилась на 2,5 %, сортність трикотажного полотна підвищилась у середньому на 0,6 %.

ВИСНОВКИ

Аналіз досліджень стосовно динамічних навантажень у механізмі в`язання в`язальних машин та їх зниження дозволяє зробити висновок про актуальність і необхідність проведення комплексних досліджень щодо зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин шляхом розробки нових конструкцій робочих органів механізму в`язання (голок та клинів), а також теоретичних основ та інженерних методів їх проектування, що зумовило вибір теми даної дисертації.

Одним із ефективних шляхів зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання є використання клинів з пружним елементом у вигляді упора і циліндричної пружини стиску. Заміна жорсткої конструкції клина клином з таким пружним елементом, як показують експериментальні дослідження, знижує динамічні навантаження в механізмі в`язання більше ніж у 3 рази.

Виконані дослідження підтверджують висновки про ефективність використання клинів з пружним елементом консольного типу для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання. Розроблено інженерну методику вибору робочих параметрів такого пружного елемента. Встановлено, що при використанні клинів з пружним елементом консольного типу в круглов`язальних машинах КО-2 його робочими параметрами доцільно прийняти: робоча довжина консолі 15 мм; діаметр пружного елемента 1,5 мм. Використання в механізмі в`язання круглов`язальних машин КО клинів з пружним елементом консольного типу, як показують дослідження, знижує динамічні навантаження приблизно в 3,5 рази.

Розроблено теоретичні основи проектування клинів в`язальних машин, робоча поверхня яких опирається на пружну основу. Доведено доцільність використання таких клинів для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання. При використанні таких клинів у круглов`язальних машинах типу КО параметрами клина з робочою поверхнею, виконаною у вигляді стальної пружної пластини, що опирається на пружну основу (маслостійка гума), слід рекомендувати: довжина пластини 20 мм; ширина пластини 3 мм; товщина пластини 0,5 мм; товщина пружної основи 2 мм. Використання таких клинів у круглов`язальній машині КО-2 знижує динамічні навантаження в механізмі в`язання приблизно в 3 рази.

Дослідження працездатності та ефективності клинів з пружним кріпленням показали, що таке конструктивне рішення для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання є недоцільним. Як показують розрахунки, величина динамічних навантажень при використанні таких клинів відрізняється від величини динамічних навантажень у механізмі в`язання з жорстким кріпленням клинів усього на 0,6 %.

Одним із ефективних шляхів зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання є заміна існуючих конструкцій голок голками з потоншенням стержня в зоні п`ятки. Однак відома конструкція голки з асиметричним потоншенням стержня не дозволяє повністю реалізувати її пружні властивості для зниження динамічних навантажень (згин та скручування стержня голки в зоні потоншення обмежені контактом стержня зі штегою голкового циліндра машини).

Розроблено конструкцію голки з симетричним потоншенням стержня в зоні п`ятки, що ліквідує недоліки відомої голки, а також інженерну методику знаходження податливості голки з симетричним потоншенням стержня і умову для оцінки її працездатності. Розроблено алгоритм та програму розрахунків робочих параметрів потоншення голки і величини динамічного навантаження в механізмі в`язання при використанні таких голок. Розрахунки показують, що раціональною довжиною потоншення стержня голки поз. 0-1262 є 22,2 мм. При цьому динамічні навантаження в механізмі в`язання круглов`язальної машини КЛК-3 знижуються в 7,16 разів.

Розроблено прилад, що дозволяє з високою точністю вимірювати та реєструвати деформацію пари голка-клин як у статиці, так і при динамічних режимах їх взаємодії. Прилад може бути використаним при розробці нових конструкцій голок і оцінці ефективності використання їх для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання.

Виконані експериментальні дослідження підтвердили правомірність прийнятих припущень при розробці теоретичних основ та інженерних методів проектування голок з симетричним потоншенням стержня в зоні п`ятки. Похибка результатів досліджень податливості голки з потоншенням стержня, одержаних експериментально і з використанням аналітичних методів, становить 5,6 %. Експериментальні дослідження підтвердили також високу ефективність голок з потоншенням стержня для зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання.

Проведений математичний експеримент щодо оцінки впливу параметрів механізма в`язання з голками з потоншенням стержня на динамічні навантаження дозволяє встановити, що факторами, які суттєво впливають на величину динамічних навантажень у механізмі в`язання є: швидкість удару голки об клин; кут профілю клина; маса голки; довжина потоншення стержня голки; найбільш ефективним шляхом зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання є використання голок з потоншенням стержня; одержане рівняння регресії дозволяє оперативно та значно простіше, ніж при використанні відомих методів, виконати необхідні розрахунки та аналіз впливу параметрів механізму в`язання круглов`язальної машини на динамічні навантаження в ньому.

Розроблено ряд принципово нових конструкцій робочих органів круглов`язальних машин, що забезпечують ефективне зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання (клин з пружним елементом консольного типу та пристроєм для регулювання його жорсткості; клин з робочою поверхнею на пружній основі; пластинчастий клин з упором; голка з симетричним потоншенням стержня; голка з пружною п`яткою, що дозволяє більше ніж у 9 разів знизити динамічні навантаження; голка з шарнірним з`єднанням п`ятки-вставки, що майже в 11 разів знижує динамічні навантаження в механізмі в`язання машин типу КО; голка з пружним уступом; голка, п`ятка-вставка якої має криволінійні кінці).

Виконано виробничі випробування працездатності та ефективності голок з симетричним потоншенням стержня в зоні п`ятки. Випробування показали, що заміна голок поз. 0-1262 голками з симетричним потоншенням стержня дозволяє підвищити продуктивність круглов`язальної машини типу КЛК на 2,5 %, знизити кількість відмов голок за зміну в середньому в 1,7 рази та підвищити сортність трикотажного полотна на 0,6 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Тарасенко О.А., Піпа Б.Ф. Вибір робочих параметрів пружного елемента клина в`язальної машини // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1999. - № 1. - С. 25-27.

Тарасенко О.А., Піпа Б.Ф. Вплив конструкції голки на динамічні навантаження в механізмі в`язання в`язальних машин // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1999 - № 6. - С.144, 145.

Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф. Экспериментальные исследования влияния клина с упругим элементом на динамические нагрузки в механизме вязания вязальной машины // Вісник Херсонського державного технічного університету. -1999 - № 6. - С. 369-372.

Піпа Б.Ф., Тарасенко О.А. Ефективність використання клинів в`язальних машин з робочою гранню на пружній основі // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. -1999.- № 9. - С. 53-58.

Піпа Б.Ф., Тарасенко О.А. Аналіз впливу параметрів механізму в`язання на динамічні навантаження // Вісник Державної академії легкої промисловості України. - 1999. - № 2. - С. 116-119.

Піпа Б.Ф., Тарасенко О.А. Ефективність використання пластинчастих клинів для зниження динамічних навантажень в механізмі в'язання і оцінка їх працездатності // Вісник технологічного університету Поділля. - 2000. - № 3. - С. 101-103.

Піпа Б.Ф., Тарасенко О.А. Сучасний напрямок в проектуванні робочих органів механізму в`язання круглов`язальних машин // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2000. - № 5.- С. 55-57.

Тарасенко О.А., Піпа Б.Ф. Експериментальне дослідження ефективності використання голок з потоншенням стержня в круглов`язальних машинах типу КО // Вісник Державної академії легкої промисловості України. - 2000. - № 2. - С. 55-58.

Піпа Б.Ф., Тарасенко О.А. Математична модель взаємодії голки в`язальної машини з клином із пружним елементом // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - 1999. - № 13-14 (липень). - С. 50-51.

Тарасенко О.А., Піпа Б.Ф. Ефективність використання в круглов`язальних машинах клинів з пружним кріпленням // Легка промисловість. Наукові праці молодих вчених та студентів. - К.: ДАЛПУ. - 1998, Ч.3. - С. 73-75.

Тарасенко О.А., Частковський Л.Е. Прилад для дослідження податливості пари голка-клин в`язальної машини // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів. - К.: КДУТД. - 2000. - С. 124.

Динамические нагрузки, возникающие при ударе иглы о клин вязальной машины с упругим элементом / Пипа Б.Ф., Тарасенко А.А., Затари Саир; ГАЛПУ. - К., 1998. - 13 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 16.02.98, № 107-Ук 98.

Выбор рациональных параметров утонения стержня иглы вязальной машины / Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф.; ГАЛПУ. - К., 1999. - 7 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 22.03.99, № 62-Ук 99.

Влияние конструкции клина на динамические нагрузки в вязальной системе вязальной машины / Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф.; ГАЛПУ. - К., 1999. - 8 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 22.03.99, № 63-Ук 99.

Влияние параметров утонения стержня иглы вязальной машины на ее податливость / Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф.; ГАЛПУ. - К., 1999. - 7 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 11.04.99, № 82-Ук 99.

Эффективность использования игл с утонением стержня для снижения динамических нагрузок в механизме вязания вязальных машин / Пипа Б.Ф., Тарасенко А.А.; ГАЛПУ. - К., 1999. - 15 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 11.04.99, № 83-Ук 99.

Математический эксперимент по определению влияния параметров механизма вязания вязальной машины с иглами с утонением стержня на динамические нагрузки / Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф.; ГАЛПУ. - К., 1999. - 11 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 11.04.99, № 84-Ук 99.

Экспериментальное исследование податливости иглы вязальной машины с утонением стержня / Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф.; ГАЛПУ. - К., 1999. - 10 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 14.06.99, № 190-Ук 99.

Эффективность использования в механизме вязания вязальных машин игл с упругой пяточной частью / Пипа Б.Ф., Тарасенко А.А.; ГАЛПУ. - К., 1999. - 11 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 01.09.99, № 239-Ук 99.

Снижение динамических нагрузок в механизме вязания вязальных машин с иглами с уступом / Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф.; КГУТД. - К., 1999. - 6 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 11.10.99, № 267-Ук 99.

Установка для измерения деформации иглы вязальной машины / Тарасенко А.А.; КГУТД. - К., 1999. - 7 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 11.10.99, № 268-Ук 99.

Оценка работоспособности пластинчатого клина вязальной машины / Тарасенко А.А., Пипа Б.Ф.; КГУТД. - К., 2000. - 9 с. - Деп. в ГНТБ Украины 20.03.2000, № 52-Ук 2000.

Повышение эффективности работы игл с упругой пяточной частью / Пипа Б.Ф., Тарасенко А.А.; КГУТД. - К., 2000. - 6 с. - Деп. в ГНТБ Украины 13.11.2000, № 203-Ук 2000.

Пат. 32317 А України. Голка в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявлка № 99041866 від 02.04.99; Опубл. 15.12.2000, Бюл.№ 7-11. - 5 с.

Пат. на корисну модель 609 України. Голка в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявка № 99105868 від 27.10.99; Опубл. 16.10.2000, Бюл. № 5. - 4.

Пат. на корисну модель 627 України. Клин в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявка № 99126952 від 20.12.99; Опубл. 16.10.2000, Бюл. № 5. - 4 с.

Пат. України. Голка в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявка № 99095306 від 27.09.99. Рішення про видачу патенту від 17.03.2000. - 5 с.

Пат. України. Голка в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявка № 99105869 від 27.10.99. Рішення про видачу патенту від 11.04.2000. - 5 с.

Пат. України. Клин в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявка № 2000020582 від 02.02.2000. Рішення про видачу патенту від 14.11.2000. - 5 с.

Пат. України. Клин в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявка № 98031307 від 16.03.98. - 5 с.

Пат. України. Голка в`язальної машини / Б.Ф. Піпа, А.В. Стежко, О.А. Тарасенко (Україна). - Заявка № 2000105861 від 17.10.2000. - 4 с.

Тарасенко О.А. Зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин шляхом удосконалення конструкцій голок та клинів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 - машини легкої промисловості, Київський державний університет технологій та дизайну, Київ, 2001.

Дисертацію присвячено питанням зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин шляхом розробки більш ефективних конструкцій робочих органів механізму в`язання (клинів, голок). Наведено основні напрямки вдосконалення існуючих і розробки нових конструкцій робочих органів механізму в`язання. Розроблено теоретичні основи та інженерні методи проектування клинів та голок з пружними робочими елементами, що забезпечують зниження динамічних навантажень у механізмі в`язання круглов`язальних машин. Запропоновано нові конструкції клинів та голок. Основні технічні розробки перевірені у наукових лабораторіях та на виробництві з метою оцінки їх працездатності та ефективності.

Ключові слова: круглов`язальна машина, механізм в`язання, робочий орган, клин, голка, математична модель, динамічні навантаження.

Тарасенко А.А. Снижение динамических нагрузок в механизме вязания кругловязальных машин путем совершенствования конструкций игл и клиньев. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.10 - машины легкой промышленности, Киевский государственный университет технологий и дизайна, Киев, 2001.

Диссертация посвящена вопросам снижения динамических нагрузок в механизме вязания кругловязальных машин путем разработки более эффективных конструкций рабочих органов механизма вязания (клиньев, игл). Приведены исследования влияния конструкций клиньев с упругим элементом на динамические нагрузки в механизме вязания. Разработана математическая модель взаимодействия клина с упругим элементом, содержащим упор и цилиндрическую пружину сжатия, с иглой, на основе которой разработан инженерный метод определения основных рабочих параметров такого клина и максимальной величины динамических нагрузок, возникающих в зоне ударного взаимодействия иглы с упругим элементом клина. Приведены алгоритм и программа расчета динамических нагрузок в механизме вязания кругловязальных машин типа КО при использовании клиньев с упругим элементом в виде упора и пружины. С целью проверки принятых при составлении соответствующих математических моделей предположений и допущений, а также для оценки эффективности использования таких клиньев для снижения динамических нагрузок в механизме вязания были проведены соответствующие экспериментальные исследования. Приведены исследования по разработке инженерных методов определения рабочих параметров клиньев с упругим элементом консольного типа. Получено условие работоспособности таких клиньев. Предложена математическая модель процесса взаимодействия иглы вязальной машины с клиньями, рабочая поверхность которых выполнена в виде стальной пластины, опирающейся на упругое основание. Даны теоретические основы и инженерные методы определения динамических нагрузок в механизме вязания при использовании таких клиньев. На основе выполненных исследований установлено, что использование клиньев с упругим креплением их к блоку замка, с целью снижения динамических нагрузок в механизме вязания, является нецелесообразным. Приведены исследования эффективности использования игл с повышенной податливостью пятки для снижения динамических нагрузок. Разработана математическая модель взаимодействия иглы с симметричным утонением стержня в зоне пятки на динамические нагрузки. Приведены теоретические основы проектирования таких игл. Выполнен анализ влияния параметров кругловязальной машины с иглами с симметричным утонением стержня на величину динамических нагрузок в механизме вязания. Приведены результаты эксперимента, подтверждающие целесообразность принятых допущений и предположений при составлении математической модели взаимодействия иглы с утонением стержня с клином. Подтверждена высокая эффективность использования таких игл для снижения динамических нагрузок в механизме вязания кругловязальных машин. Предложено уравнение регрессии, позволяющее оперативно, без использования специальной вычислительной техники, определить максимальную величину динамических нагрузок в механизме вязания с иглами с симметричным утонением стержня, а также исследовать влияние их параметров на эти нагрузки. Разработаны принципиально новые конструкции рабочих органов кругловязальных машин (игл и клиньев), способствующие снижению динамических нагрузок в механизме вязания (клин с упругим элементом консольного типа с регулируемой жесткостью; клин с рабочим элементом на упругом основании; пластинчатый клин с упором; игла с симметричным утонением стержня в зоне пятки; игла с упругой пяточной частью; игла с шарнирным креплением пятки-вставки; игла с упругим уступом; игла с пяткой-вставкой с криволинейными концами). Предложены теоретические основы и инженерные методы проектирования таких рабочих органов. Основные технические разработки испытаны в научных лабораториях Киевского государственного университета технологий и дизайна и на производстве (закрытое акционерное общество "Чексіл-Киянка") с целью проверки их работоспособности и эффективности снижения динамических нагрузок в механизме вязания кругловязальных машин.

Ключевые слова: кругловязальная машина, механизм вязания, рабочий орган, клин, игла, математическая модель, динамические нагрузки.

Tarasenko A.A. Decreasing of dynamic loads in knitting mechanism of circular knitting machines by means of perfecting of constructions of needles and wedges. - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of technical science on specialty 05.05.10 - machine of light industry. Kiev state university of technology and design, Kiev, 2001.

The thesis is dedicated on questions of decreasing of dynamic loads in knitting mechanism of circular knitting machines by working out more effective constructions of working parts of knitting mechanism. Theoretic bases and engineering methods of design of knitting wedges and needles with elastic working parts that provided decreasing of dynamic loads in knitting mechanism was worked out. New constructions of knitting wedges and needles was proposed. Major technical design development was tested at scientific laboratories and on production to capacity for work and utility assessment.

Keywords: circular knitting machines, knitting mechanism, working parts, knitting wedges, knitting needle, mathematical model, dynamic loads.

Размещено на Allbest.ru