авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Развитие основ проектирования систем транспортирования нитей и тканей текстильных машин как механизмов с гибкими звеньями

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Краснов Александр Алексеевич

РАЗВИТИЕ ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ транспортирования НИТЕЙ И ТКАНЕЙ текстильных машин КАК МЕХАНИЗМОВ С ГИБКИМИ ЗВЕНЬЯМИ

Специальность 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы

(лёгкая промышленность)

Автореферат

на соискание учёной степени

доктора технических наук

Иваново 2009

Работа выполнена

в государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Ивановская государственная текстильная академия».

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Калинин Евгений Николаевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.В.Сигачева;

доктор технических наук, профессор С.Е.Проталинский ;

доктор технических наук, профессор В.И.Смирнов.

Ведущая организация: ГОУ ВПО «РОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

Защита состоится _8 апреля 2010_ года в ___ час. на заседании диссертационного совета Д212.061.01 в Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр.Ф.Энгельса, 21.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии

Автореферат разослан «___»_____________2009 года

Учёный секретарь

диссертационного совета Н.А.Кулида

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Методы проектирования машин текстильного производства достаточно развиты. Однако отсутствие единого подхода к проектированию основных механических систем этих машин – систем транспортирования нитей и ткани сдерживает дальнейшее их совершенствование.

Одним из путей развития методологии проектирования текстильных машин является разработанное нами направление, в котором системы транспортирования нитей и тканей рассматриваются как механизмы с гибкими звеньями. Разработка этого направления привела к необходимости использования системного подхода, специфика которого определяется тем, что он ориентирует работу на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих его механизмов, т.е. ориентирует не только на исследование и разработку методов проектирования механизмов проводки, но и на исследование систем, обеспечивающих технологию текстильного производства, мониторинг и диагностику машин, а также систем, которые составляют научную базу для проектирования механизмов с гибкими звеньями в текстильных машинах.

Системный анализ основ проектирования механизмов с гибкими звеньями текстильных машин позволил поставить и решить проблему единого подхода ко всем системам транспортирования нитей и ткани независимо от типа текстильной машины, решить проблемы их систематики и структуры, разработать методы синтеза и анализа для некоторых классов этих механизмов, поставить и решить ряд задач, касающихся свойств механизмов с гибкими звеньями, позволил определить направления совершенствования ряда систем, обеспечивающих основные и вспомогательные технологические операции в машинах текстильного производства.





Цель работы – повышение эффективности проектирования текстильного оборудования, сокращение сроков его разработки и внедрения в производство, повышение его функциональных свойств в соответствии с требованиями современных производственных технологий.

Задачи исследований:

- систематизация механизмов с гибкими звеньями;

- развитие методов структурного синтеза и анализа, геометрического и кинематического анализа механизмов с гибкими звеньями;

- развитие методов динамического анализа механизмов с гибкими звеньями с учётом механических свойств гибких звеньев - нитей и тканей;

- разработка алгоритмов и компьютерных программ, реализующих методы синтеза и анализа механизмов;

- исследование и разработка направлений совершенствования механизмов с гибкими звеньями в конкретных типах текстильного оборудования;

- исследование и разработка направлений совершенствования вспомогательных механических систем, обеспечивающих работу механизмов с гибкими звеньями и выполнение технологических операций в текстильных машинах.

Научная новизна. В диссертации разработаны основы единого и системного методологического подхода к проектированию механизмов транспортирования нитей и тканей в текстильных машинах как механизмов с гибкими звеньями. В работе получены следующие результаты:

  1. Разработана систематика механизмов с гибкими звеньями, в рамках которой предложены классификационные схемы гибких и направляющих звеньев и кинематических пар огибания, введены таксономические формулы для механизмов с гибкими звеньями.
  2. Разработаны вид структурных матриц для плоских механизмов с гибкими звеньями, методы и алгоритмы структурного синтеза и анализа, кинематического анализа механизмов с гибким нерастяжимым звеном на основе структурных матриц.
  3. В рамках поиска методов снижения деформации гибких звеньев, установлено наличие экстремума (минимума) натяжения гибкого провисающего звена в точках его подвеса, получены основные математические модели, описывающие геометрию провисающих гиперболических и параболических нерастяжимых звеньев в точке установленного экстремума; в рамках исследований деформации гибкого упругого звена при взаимодействии с фрикционной парой выявлено наличие гистерезиса натяжения гибкого звена; в рамках исследований причин появления вибраций в текстильных машинах установлено существование предельного радиуса кривизны траектории движения центра масс гибкого нерастяжимого звена, располагаемого по спирали Архимеда; установлена пропорциональность величины предельного радиуса кривизны траектории толщине звена; найден коэффициент пропорциональности; в рамках исследований причин колебаний гибкого нерастяжимого звена, провисающего на свободном участке механизма, выявлено существование зоны возможных колебаний величины его провиса, записано дифференциальное нелинейное уравнение простейшей модели такой системы, разработана методика решения этого уравнения, численно получены частные решения нескольких таких уравнений.
  4. Получены частные уравнения, описывающие динамику многозвенных механизмов с нелинейным упругим гибким звеном, а также уравнение динамики для цилиндрического направляющего звена, взаимодействующего с нерастяжимой шероховатой нитью, показано существование пяти типов движения направляющего звена. Разработан метод расчёта распределений натяжения гибкого упругого звена в механизмах текстильных машин при установившемся движении, взаимодействие которого с направляющими ведущими звеньями механизма описывается законами сухого трения. Выявлено свойство независимости натяжения гибкого упругого звена в последней по направлению его движения зоне многозонного механизма с фиксированными скоростями входа и выхода гибкого звена из механизма от сил сопротивления его контурному движению. Установлено условие линейности формы гибкого звена на свободных его участках в таких механизмах.
  5. Разработаны направления совершенствования способов и устройств: измерения длины тканей, измерения натяжения нитей и тканей в механизмах; - регулирования фрикционных моментных приводов направляющих звеньев в промывных отделочных машинах; формирования тканей; замыкания кинематических пар огибания в валковых отжимах.

Практическая ценность работы заключается в разработке методик, алгоритмов и пригодных к расчётной практике компьютерных средств синтеза и анализа систем проводки длинномерных текстильных материалов в текстильных машинах на основе единого подхода к ним как к механизмам с гибкими звеньями.

Исследования в области механики механизмов с провисающими гибкими звеньями в области деформации гибких упругих звеньев, а также в области динамики тел намотки позволяют учесть выявленные свойства таких систем в практике проектирования механизмов транспортирования нитей и тканей в текстильных машинах. Разработанные способы транспортирования длинномерных текстильных материалов и устройства позволяют на практике улучшить качество продукции и повысить надёжность самих систем проводки. Полученный способ силового замыкания кинематических пар огибания позволяет существенно улучшить технологические характеристики отделочных текстильных машин, разработанные способ и устройство формирования ткани позволяют проектировать ткацкие станки c иными конструкциями механизмов прибоя и отвода ткани, позволяющих вырабатывать ткани с параметрами, получать которые традиционным способом достаточно затруднительно. Разработанный способ измерения длины длинномерных текстильных материалов позволит повысить точность и достоверность количества выпускаемой продукции, а способы измерения натяжения нитей и тканей позволяют создавать на их основе полноценные системы мониторинга и диагностики состояния систем транспортирования нитей и тканей текстильных машин.

На защиту выносятся положения, перечисленные в рубриках о научной новизне работы и практической ценности исследований.

Внедрение результатов. Результаты работы использованы в ЗАО «Технические ткани», приняты к внедрению в ООО ИПФ «ТексИнж», рекомендованы к внедрению на Кинешемской прядильно-ткацкой фабрике.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку:

- на международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2004 г.;

- международной научно-технической конференции «Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и лёгкой промышленности» (Пиктел – 2003), Иваново, ИГТА, 2003 г.;

- международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна» (Лён-2002), Кострома, КГТУ, 2002 г.;

- VIII – X, XIII международных научно-технической конференциях «Информационная среда вуза», Иваново, ИГАСА, 2001-2006 г. г.;

- международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (Х Бернадосовские чтения), Иваново, ИГЭУ, 2001 г.;

- международных научно-технических конференциях «Прогресс», Иваново, ИГТА,- 2001, 2007 г. г.;

- семинаре по текстильному машиноведению (филиал семинара по ТММ РАН) - Кострома, КГТУ, 2008. г.;

- научном семинаре по проблемам повышения эффективности технологических процессов текстильного производства Ивановской государственной текстильной академии – Иваново, ИГТА, 2009. г.;

Технические разработки, предлагаемые в диссертации, удостоены серебряной медали на 37-м Международном салоне изобретений и новой техники (г. Женева, Швейцария).

Публикации. Основные результаты по теме диссертации представлены в 66-ти печатных работах, в числе которых 2 монографии, 7 статей, опубликованных в журналах Перечня ВАК, 5 авторских свидетельств СССР и 3 патента РФ, 12 тезисов международных научных конференций, 9 депонированных в ВИНИТИ статей, 1 депонированная в Ивановском ЦНТИ статья и 28 статей в сборниках научных трудов различных уровней.

Структура и объём работы. Диссертация объёмом 360 стр. содержит введение, 6 глав, приложения, рисунки и таблицы, список литературы из 368 наименований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы положения, выносимые на защиту, показаны практическая ценность и научная новизна, приведено краткое содержание работы.

Глава 1 посвящена краткому анализу развития основ проектирования механизмов транспортирования нитей и тканей: состояния систематики и терминологии в этой области, проблем синтеза и анализа этих систем, вопросов, касающихся свойств гибких нитей и тканей и механизмов в целом в текстильных машинах, вопросов мониторинга и диагностики механизмов транспортирования, проблем совершенствования систем привода некоторых звеньев механизмов, а также вопросов механики систем транспортирования тканей, связанных с проблемами качества выпускаемого продукта. Отмечен вклад в решение вышеуказанных проблем таких учёных, как В.В.Добровольский, И.И.Артоболевский, Ф.М.Куровский, Е.Д.Ефремов, Б.Д.Ефремов, Н.И.Алексеев, А.П.Минаков, В.Н.Данилов, В.К.Качурин, Р.Я.Мацелинский, И.И.Мигушов, В.П.Новгородцев, П.Т.Калиновский, Ю.В.Якубовский, В.С.Щедров, В.П.Щербаков, И.Ш.Бейлин, В.Л.Вейц, В.М.Меркин, В.Ф.Глазунов, В.А.Светлицкий, В.Ф.Суханов, С.В.Тарарыкин, А.Д.Шустов, В.А.Чайкин, К.А. Харахнин, Е.Н.Калинин, А.П.Бессонов, В.С.Самсонов, Г.И.Чистобородов.

Анализ работ этих и других исследователей показал, что для единого системного подхода к проектированию систем транспортирования нитей и тканей в текстильных машинах, который бы позволил обеспечить новые подходы к созданию машин текстильного производства, интенсифицировать сам процесс проектирования и обеспечить повышение качества проектирования, качества выпускаемой продукции и производительности оборудования, необходима разработка новой парадигмы, позволяющей найти новые подходы к проектированию объектов, ориентированных в конечном итоге на использование компьютерной техники и искусственного разума. Показано, что в качестве такой парадигмы может служить подход к системам транспортирования нитей и тканей как к механизмам с гибкими звеньями. Показано, что разработка такой методологии неизбежно предполагает комплексный подход к развитию основ проектирования: разработку систематики в этой области, решение проблемы аналитического представления этих механизмов, удобное для реализации средствами вычислительной техники, решение проблем структурного синтеза и анализа, развитие методов геометрического и кинематического анализа, развитие основ методов динамического анализа таких механизмов, разработку направлений совершенствования методов и средств мониторинга и диагностики этих систем, разработку направлений совершенствования приводов машин, разработку направлений совершенствования механизмов, связанных с системами транспортирования нитей и тканей, обеспечивающих выполнение технологические операции, а также изучение физических (аэрогидродинамических, механических, электрических) свойств гибких звеньев.

В конце главы определена основная цель работы, заключающаяся в развитии основ проектирования механизмов транспортирования нитей и тканей как плоских механизмов с гибкими звеньями, как системной, внутренне взаимосвязанной, проблемы, решение которой во всей своей совокупности обеспечивает вывод самого процесса проектирования и объекта проектирования на новый технологический уровень.

Глава 2 посвящена решению теоретических проблем, связанных с систематикой, проблемами структуры и структурного синтеза механизмов с гибкими звеньями в текстильных машинах. В ней проводится систематизация механизмов с гибкими звеньями на основе классификации входящих в эти механизмы направляющих звеньев, гибких звеньев и кинематических пар огибания. В качестве основной таксономической категории при систематизации механизмов с гибкими звеньями принят вид. Для определения положений механизмов в системе таксономических категорий они рассматриваются как пересечения множеств гибких звеньев, направляющих звеньев, кинематических пар и кинематических пар огибания. Для аналитической записи пересечения введены таксономические формулы для механизмов, определяющие положение механизма в системе таксономических категорий, которые выглядят в простейшем виде так:

,

где Ai – входные направляющие звенья; Bj – промежуточные или выходные направляющие звенья; Gk – гибкие звенья; Kl – кинематические пары; Kol – кинематические пары огибания; n – число приводных направляющих звеньев; m – число неприводных направляющих звеньев; q – число гибких звеньев.

В главе решаются проблемы, связанные с развитием основ структурного анализа и синтеза плоских механизмов с гибкими звеньями, проблемы геометрического анализа этих механизмов. С этой целью введены структурные геометрические матрицы, которые формально полностью характеризуют структуру и геометрию плоского механизма с гибкими звеньями (рис.1).

Элементами матрицы являются: радиусы направляющих звеньев R; координаты их геометрических центров xi и yi ; коэффициенты i, описывающие расположение гибкого звена по отношению к направляющему звену: i=0, если гибкое звено не касается направляющего звена; i=1, если точки гибкого звена движутся вдоль потока индексов против часовой стрелки; i=-1, если точки гибкого звена движутся вдоль потока индексов по часовой стрелке:

. (1)

Показано, что геометрические структурные матрицы для механизмов с разомкнутым гибким звеном отличаются от геометрических структурных матриц для механизмов с замкнутым гибким звеном, причём последние имеют на одну строку элементов больше и первая строка совпадает с последней.

Показано, что геометрические структурные матрицы несимметричны по отношению к реверсу направления потока индексов, нумерующих направляющие звенья механизма. Установлено, что операция синтеза механизмов с гибкими звеньями - операция реверса потока индексов - описывается уравнением:

, (2)

где Г – исходная матрица; А и B – операторы.

Алгоритм операции реверса потока индексов реализован программно и прошёл лабораторную проверку.

Введены и исследованы операции синтеза механизмов с гибким звеном – операции сложения и вычитания структурных геометрических матриц. Показано, что математическая запись операции сложения структурных матриц имеет вид:

, (3)

где m – количество направляющих звеньев в исходном механизме; n - количество направляющих звеньев в добавляемой группе; - матрица исходного механизма; - матрица добавленного механизма; и - операторы.

Запись операции вычитания структурных матриц имеет вид:

, (4)

где - оператор.

Алгоритмы операций сложения и вычитания структурных матриц реализованы программно и прошли лабораторную проверку.

Введена и исследована операция синтеза - операция инверсии гибкого звена по отношению к направляющему звену, математический вид которой описывается формулой:

, (5)

где Г1 – исходная геометрическая структурная матрица; Г2 – результирующая геометрическая матрица, D и E – операторы.

Алгоритм операции инверсии гибкого звена по отношению к направляющему звену реализован программно и прошёл лабораторную проверку.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.