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 |

Анализ и компьютерное моделирование процессов укладки ленты в контейнеры различной формы

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗЫРЯНОВ

Евгений Викторович

АНАЛИЗ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ПРОЦЕССОВ УКЛАДКИ ЛЕНТЫ В КОНТЕЙНЕРЫ

РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ

Специальность:05.19.02 –

Технология и первичная обработка

текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» на кафедре технологии прядения и нетканых материалов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ашнин Николай Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Челышев Анатолий Михайлович

кандидат технических наук, доцент

Аснис Лев Михайлович

Ведущее предприятие: ОАО ПНК «им. С. М. Кирова», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится 20 февраля 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.236.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.

Автореферат разослан 19 января 2007г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, д. т. н., профессор А. Е. Рудин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В текстильном производстве и в промышленности химических волокон на ряде машин выпускаемый продукт формируется в виде ленты или жгута и его прием осуществляется в контейнеры (тазы) различной формы и размеров. При этом механизмы приема (лентоукладчики или укладчики жгута) существенно отличаются друг от друга как величинами скоростей укладки продукта, так и формами кривых, по которым располагается в контейнерах уложенный продукт.

В текстильном производстве скорости укладки ленты на чесальных, гребнечесальных и ленточных машинах относительно невелики и составляют от 1,5 до 20 м/с, тогда как на современных машинах химических и синтетических волокон скорости укладки жгута достигают 35 м/с и выше.

Формы укладки ленты и жгута также имеют существенные различия: лента на текстильных машинах обычно укладывается витками в цилиндрические тазы, в то время как на машинах химических волокон жгут чаще укладывается по спирали, "змейкой" или по комбинированным кривым. Кроме того, ленты из натуральных волокон имеют малую прочность и при укладке за счет вытягивания могут получать дополнительную неровноту, тогда как жгуты из синтетических материалов в процессе укладки можно считать практически нерастяжимыми.

Основными требованиями, предъявляемыми к механизмам укладки любых типов, являются: исключение возможности сцепления соседних участков уложенного продукта, надежность извлечения его из контейнера на последующих технологических переходах, достижение равномерной плотности укладки и максимальной массы продукта в заданном объеме контейнера, исключение появления дополнительной неровноты ленты в процессе укладки.

Несмотря на имеющиеся различия между процессами укладки ленты и жгута, их можно рассматривать как процессы одного класса, поскольку при любых способах укладки форма кривой укладки, характер распределения плотности уложенного продукта и возникающая дополнительная неровнота определяются относительным движением механизма подачи ленты (жгута) и контейнера.

В этой связи актуальной становится задача разработки общей методики и единого программного обеспечения для анализа кинематических и технологических характеристик устройств, осуществляющих укладку ленты ( жгута) любыми способами в контейнеры различных форм с целью использования их для исследования существующих и создания новых схем лентоукладчиков.

Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка научно-обоснованной методики теоретических исследований эксплуатационных характеристик укладчиков ленты и жгута, обеспечивающих повышение качества укладки выпускаемого продукта и совершенствование технического уровня механизмов укладки.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ основных существующих способов укладки ленты и установлены типовые законы движения механизмов подачи ленты и привода контейнеров.

2. Рассмотрен ряд конкретных, наиболее распространенных способов укладки ленты, и на их основе разработана последовательность математического анализа кинематики лентоукладчиков и методика определения закономерностей распределения плотности укладки ленты.

3. Разработана обобщенная математическая модель для исследования кинематических и технологических характеристик лентоукладчиков различных типов, включая определение плотности укладки и дополнительной неровноты ленты, связанной с переменностью скорости укладки.

4. Разработано и отлажено программное обеспечение в среде MATLAB для исследования лентоукладчиков различных типов;

5. Результаты теоретических исследований и программное обеспечение использованы для разработки новых схем лентоукладчиков с улучшенными технологическими характеристиками.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы технологии текстильного производства, теоретической механики и математического моделирования технологических процессов с использованием ЭВМ, что позволило решить основные задачи, связанные с технологией укладки ленты и жгута в контейнеры.

Достоверность полученных результатов подтверждается обоснованным выбором математических моделей, широкомасштабными экспериментами на ЭВМ и сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными данными, имеющимися в научной литературе.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы анализа процессов укладки ленты и жгута на базе разработанного единого методологического, алгоритмического и программного обеспечения, на основе которых были получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана обобщенная расчетная схема для анализа технологических параметров лентоукладчиков различных типов, основанная на представлении их структуры в виде совокупности устройства, подающего ленту, и устройства, осуществляющего раскладку ленты по поверхности укладки. Эта расчетная схема обеспечивает возможность исследования процессов укладки ленты в тазы различной формы (цилиндрические, овальные, прямоугольные и др.) по различным кривым укладки (витками, по спирали, змейкой и т.д.).

2. Получены обобщенные параметрические уравнения кривой укладки ленты, с помощью которых за счет конкретизации вида переменных, входящих в эти уравнения, можно получать уравнения кривых укладки ленты для лентоукладчиков различных типов.

3. Установлено, что плотность укладки ленты и характер ее распределения следует рассматривать как один из важнейших технологических критериев, определяющих качество работы лентоукладчиков, в связи с чем были разработаны соответствующие расчетные методики и получены формулы для определения относительной плотности укладки, позволяющие производить сравнительную оценку различных способов укладки ленты.

4. Разработана методика теоретического анализа дополнительной неровноты ленты, обусловленной работой лентоукладчика. С помощью данной методики определяется характер изменения линейной плотности ленты в процессе укладки, а также производится спектральный анализ ее неровноты.

5. Исходя из условия постоянства отношения между скоростями выпуска и укладки ленты получено общее дифференциальное уравнение, из которого находятся кинематические параметры лентоукладчика, позволяющие устранить или снизить дополнительную неровноту ленты, возникающую в процессе укладки.

Практическая значимость результатов работы заключается в следующем:

1. Все разработанные в диссертации теоретические методы, доведены до практической реализации в виде прикладных программ в среде MATLAB, которые в совокупности создают научно-техническую базу для проектирования лентоукладчиков с различными способами укладки ленты (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2006610326, 2006.).

2. Единое программное обеспечение, предназначенное для анализа кинематических и технологических характеристик лентоукладчиков, ориентировано на диалоговый режим взаимодействия с пользователем и допускает возможность расширения его за счет введения дополнительных программных блоков.

3. Разработаны две новые схемы лентоукладчиков для укладки ленты витками в цилиндрические тазы: с переменными радиусами укладываемых витков и с подвижной осью таза, анализ которых показал возможность с помощью данных схем существенно снизить неравномерность плотности укладки ленты.

4. Методы расчета технологических характеристик лентоукладчиков и соответствующие программы для ПЭВМ используются в учебном процессе на кафедрах «Технологии прядения и нетканых материалов» и «Машиноведения» Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна (курсовое и дипломное проектирование).

5. Значительная часть работы выполнена в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» министерства образования и науки Российской Федерации, НИР : « Компьютерное моделирование процессов намотки нити на катушки и укладки ленты в контейнеры (тазы) различной формы», 2005 г.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались:

- на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, Санкт-Петербург, 2003 г.,

- на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2005), Московская текстильная академия, Москва, ноябрь 2005 г.,

- на конкурсе УММ «Методика применения новых образовательных технологий», Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, Санкт-Петербург, 2005 г.,

- на научных семинарах кафедры «Технологии прядения и нетканых материалов» 2005, 2006 г.г.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 5 печатных работы, включая свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 194 страницы машинописного текста, включая приложение на 34 страницах, 2 таблицы, 104 рисунка и список литературы из 54 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая ценность работы, приведена последовательность изложения материалов диссертации.

В первой главе рассмотрены основные способы укладки ленты (жгута) и конструкции лентоукладчиков различных типов.

Обзор патентной и научной литературы показал, что в современном текстильном производстве наибольшее распространение имеет традиционный способ укладки ленты витками в цилиндрические тазы. При этом используются как доцентровый, так и зацентровый способы укладки витков, причем укладка ленты может производиться как во вращающиеся, так и в неподвижные тазы. Реже используется укладка ленты в цилиндрические тазы по спирали, «змейкой» в прямоугольные тазы, витками в овальные тазы и ряд других способов укладки.

При высокоскоростной укладке жгута на машинах для производства искусственных волокон предпочтение отдается комбинированным способам укладки, в которых центры укладываемых витков в зависимости от формы таза распределяются по спиральным или зигзагообразным кривым. Такие способы укладки обеспечивают устойчивость формы паковки при ее наработке и исключают возможность перепутывания жгута при его извлечении на последующих технологических переходах.

В этой же главе проведен обзор теоретических исследований процессов укладки ленты, наиболее важными из которых являются работы А. Г. Севостьянова, П. С. Малевского-Малевича, А. И. Макарова, Г. А. Ермилова, В. К. Полякова, Э. А. Попова и др.

В целом анализ исследовательских работ по изучению процессов укладки ленты подтвердил необходимость дальнейшего изучения этих вопросов в следующих направлениях:

- развития методов математического моделирования процессов укладки ленты (жгута) с использованием ЭВМ и углубленного изучения геометрических свойств кривых укладки,

- поиска путей устранения дополнительной неровноты, возникающей в процессе укладки ленты,

- разработкой методов теоретического определения характера распределения плотности укладки для различных способов укладки и форм тазов.

Во второй главе изложена методика определения кинематических и геометрических параметров процесса укладки ленты витками во вращающиеся контейнеры. При этом использовались известные параметрические уравнения кривой укладки ленты:

(1)

где x2, y2 – текущие координаты кривой укладки, а – расстояние между осями верхней тарелки и таза, r – радиус витка, 1, 2 – законы вращательного движения верхней тарелки и таза. На основе уравнений (1) были получены формулы для определения скоростей и ускорений укладки, а также радиусов кривизны уложенной ленты.

Для сравнительной оценки различных способов укладки ленты рекомендовано в качестве критериев использовать характер распределения относительной плотности по поверхности укладки и дополнительную неровноту ленты, обусловленную работой лентоукладчиков.

При этом относительная плотность укладки определяется с помощью равенства:

(2)

где S – общая площадь поверхности укладки, L – общая длина уложенной ленты, - площадь элементарного участка поверхности укладки, ­- длина ленты, уложенной на данный элементарный участок.

В ходе проведенных исследований было установлено, что при укладке ленты витками во вращающиеся цилиндрические тазы неизбежно возникновение неравномерности плотности укладки, обусловленной преимущественно используемой геометрической схемой укладки.

Это подтверждается графиками распределения относительных плотностей для доцентровой встречной укладки, приведенными на рис.1 и 2, из которых видно, что наибольшие значения плотность укладки имеет вблизи центра таза и на его периферии.

При традиционной укладке ленты витками в цилиндрические тазы неизбежно также появление дополнительной неровноты, связанной с переменностью скорости укладки. В связи с этим, для определения изменений линейной плотности ленты на выходе из наклонного канала верхней тарелки в работе получено дифференциальное уравнение (3), на основе которого было разработано программное обеспечение для спектрального анализа неровноты ленты.

(3)

Здесь: m(t) – текущее значение погонной массы ленты, m0 - номинальное значение погонной массы ленты, Vu(t) – скорость укладки ленты, V – скорость выпуска ленты, l – длина наклонного канала верхней тарелки. Результаты спектрального анализа представлены на рис.3, из которого видно что длина волны с максимальной амплитудой соответствует длине укладываемого витка. (На рис.3 эта длина составляет примерно 54 см.)

Для практического использования результатов теоретических исследований были разработаны вычислительные программы, с помощью которых изучались различные аспекты процессов укладки ленты. Предложенная методика определения основных параметров процесса укладки ленты обобщает полученные ранее результаты и может быть использована при разработке новых схем лентоукладчиков с повышенной равномерностью плотности укладки и минимальной дополнительной неровнотой ленты.

Третья глава является теоретической основой диссертации и посвящена разработке обобщенной методики анализа кинематических и технологических параметров лентоукладчиков, позволяющей в рамках единой математической модели и общего программного обеспечения исследовать подавляющее большинство существующих, а также новых схем лентоукладчиков. Данная методика основана на представлении механической модели лентоукладчиков в виде совокупности устройства подающего ленту и устройства, осуществляющего раскладку ленты по поверхности укладки. С первым устройством связана плоскость S1, а со вторым – плоскость S2, причем считается, что обе эти плоскости совершают сложное плоское движение. (Рис.4). В соответствии с данной расчетной схемой были получены обобщенные параметрические уравнения кривой укладки ленты (4), с помощью которых за счет конкретизации вида переменных, входящих в эти уравнения, можно получать уравнения кривых укладки ленты для лентоукладчиков различных типов и конструкций.

(4)

Данные уравнения фактически определяют закон движения точки М относительно системы координат X2O1Y2, жестко связанной с тазом. (Рис.4).

На базе уравнений (4) были разработаны методики теоретического анализа лентоукладчиков, обеспечивающих укладку ленты в различные по форме тазы: цилиндрические, овальные, прямоугольные и прямоугольные со скругленными углами. Для всех этих случаев приведены необходимые аналитические зависимости для определения законов движения всех элементов лентоукладчиков и разработано программное обеспечение, позволяющее находить характер распределения относительных плотностей укладки ленты и дополнительную неровноту ленты, возникающую в процессе укладки.

В качестве примера на рис.5 приведены основные характеристики процесса укладки ленты витками в овальный таз, где на рис.5-а показаны форма кривой укладки 1 и траектория 2 возвратно-поступательного движения таза относительно верхней тарелки. На рис. 5-б и 5-в приведены соответственно пространственный график распределения плотности укладки и кривые распределения плотности укладки вдоль кривых, эквидистантных внешнему контуру таза. (Кривая 1 расположена в центральной части таза, кривая 2 – в середине и кривая 3 – во внешней части таза.). Данные графики показывают, что плотность ленты неравномерно распределяется по поверхности укладки, причем на участках вблизи боковых стенок таза плотность укладки достигает наибольших значений, что свидетельствует о недостатках данного способа укладки ленты.

По сравнению с укладкой ленты в цилиндрический таз в рассмотренном способе укладки наблюдается небольшое снижение амплитуды дополнительной неровноты ленты, возникающей при работе лентоукладчика. (Рис.5-г).



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.