Введение к работе
- З -
Одним из способов повышения производительности круглотрикотажных машин является увеличение их рабочих скоростей. Однако этому препядствует значительно более интенсивное, на повышенных скоростях, разрушение трикотажных игл в области крючка. Предшествующие исследования показали, что разрушения" носят усталостный характер, а их причина - ударное взаимодействие пятки иглы с клиньями замковой системы при работе трикотажной машины, наиболее опасное из которых - удар пятки о нижний ограничительный клин при сходе с опускающего клина.
В то время как накоплены значительные экспериментальные данные, касающиеся ударной стойкости трикотажных игл, и в промышленности широко используются так называемые "антиударные иглы", до настоящего времени не было предложено методики расчета ударно-волновых процессов и динамической прочности трикотажных игл, учитывающей основные конструктивные особенности об'єкта.
Автоматизированная методика расчета ударной стойкости трикотажных игл существенно сокращает затраты времени на их проектирование и отработку (путем замены большинства натурных экспериментов численными), дает возможность расчетным путем оценить эффективность конструктивных решений, направленных на повышение ударной стойкости..игл, .что позволяет оптимизировать их конструкцию и придать иглам улучшенные антиударные свойства.
Диссертационная работа выполнялась с целью повышения эффективности проектирования и отработки трикотажных игл, обладающих улучшенными антиударными свойствами.
Для этого были поставлены и успешно решены следующие научные задачи:
систематизированы данные по иглам трикотажных машин и проведен их структурный анализ;
обоснована многосвязная стержневая динамическая схема для моделирования ударно-волнового переходного процесса в трикотажных иглах;
реализована методика численного расчета ударно-волновь процессов в трикотажных иглах;
произведено полное тестирование разработанной программнс системы и уточнены зоны устойчивости разностной схемы;
проведено моделирование ударно-волновых процессов как отдельно взятых конструктивных элементах игл, так и в типовь промышленных образцах игл;
выработаны рекомендации по оптимизации конструктивні параметров типовых конструктивных элементов с целью придания у улучшенных антиударных свойств, определены перспективные формы конструктивные элементы антиударных игл, показаны спосоС улучшения конструкции некоторых промышленных образцов язычковь игл, повышающие их ударную стойкость;
Для решения проблемы были использованы волновые уравнет колебаний балки типа Тимошенко, двухслойная адаптивна разностная схема со значениями на промежуточном временном слое вычисляемыми с использованием соотношений на характеристиках система программирования Турбо-Си, вер. 2.0, а также ря системных программных средств.
Заключается в:
результатах структурного анализа трикотажных игл параметрического синтеза . их элементов с целью обеспечени улучшенных антиударных свойств игл;
разработанной и реализованной на персональном компьютер в интерактивном режиме методики расчета ударно-волновы процессов в сложных, многосвязных стержневых конструкциях имеющих изломы оси, ветвления, элементы ненулевой кривизны изменяющиеся геометрические характеристики сечений элементов изменяющиеся физические характеристики материала элементов произвольные внешние возмущения и граничные условия, позволяйте исследовать динамическую концентрацию напряжений (деформаций) параметры ударно-волнового процесса в произвольном сечении и заданный интервал времени;
примененной разностной схеме;
разработанном программном обеспечении счетных и сервисных модулей;
результатах многовариантных расчетов антиударных свойств типовых конструктивных элементов трикотажных игл;
результатах параметрического синтеза типовых конструктивных элементов трикотажных игл по критерию наилучшего демпфирования ударно-волнового переходного процесса;
- результатах численного моделирования ударно-волновых переходных процессов в реальных трикотажных иглах и способах доработки промышленных игл с целью повышения - их ударной -стойкости.
Научная новизна разработанной программной системы
подтверждаеся ее экспертизой во-ВЯГИЦентре. _
Подтверждается результатами сравнения тестовых расчетов с известными точными аналитическими .решениями, модельных задач, сопоставлением данных по усталостной стойкости типовых промышленных игл, полученных с помошью разработанной программной системы с данными натурных экспериментов.
Впервые получены надежные численные результаты по ударному нагружению игл трикотажных машин и их усталостной прочности. Внедрение разработанной программной системы существенно сокращает время, необходимое на отработку новых позиций игл трикотажных машин в части придания им антиударных свойств (за счет замены натурных экспериментов численными) как на начальных этапах проектирования (выработка общих конструктивных решений), так и на стадии окончательной отработки конструкции (выполнение проверочных расчетов). Проведен параметрический синтез типовых конструктивных элементов с целью придания им улучшенных антиударных свойств. Предложены способы улучшения конструкции некоторых промышленных образцов игл, направленные на повышение их ударной стойкости.
Результаты работы публиковались и докладывались на научных конференциях и заседаниях кафедры САПР и ТШ мГТА. Разработанная программная система прошла экспертизу во ВНТЩентре и зарегистирована в Центральном информационном фонде Госфонда АП России (per. N 50930000106 от 14.07.93 г.), а также апробирована в производственных условиях ( АО "Мосточлегмаш", НПО "Текстильмаш").
СТРУКТУРА И ОБ'ЕЫ -РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и
приложения-^ Обший об'єм работы (включая приложение) 344
машинописные страницы, из которых 195 страниц основного содержания, в том числе 36 рисунков, 18 таблиц. Список литературы составляет 157 наименований.
- Результаты структурного анализа конструкций игл
трикотажных машин с точки зрения их антиударных свойств;
- - - методы, математическая модель, алгоритмы и программы
расчета ударно-волновых процессов в трикотажных иглах;
результаты моделирования прохождения ударных волн и оценка антиударных свойств типовых конструктивных элементов трикотажных игл;
результаты параметрического синтеза типовых конструктивных элементов игл, проведенного с целью придания им наилучших антиударных свойств; - — - - -
результаты моделирования ударно-волновых процессов в типовых промышленных образцах игл;
способы улучшения конструкции некоторых промышленных образцов язычковых игл круглотрикотажных машин, обеспечивающие повышение их ударной прочности.
По теме диссертации опубликовано три работы.
В 30-40-х годах, на основе многочисленных работ Л. Неделина, Г. Цырульникова, А. Шихмаяова, М. Грибовского, А. С. Болдырева, И. С. Мильченко , А. Котляра и других было обнаружено, что при повышении рабочих скоростей трикотажных машин имеет место резкое увеличение количества отказов игл из-за их поломок в области крючка, язычка и пятки. Причиной разрушений были ударные нагрузки , возникающие при соударении игл с клиньями замковой системы/"
На основе рассмотрения волновой картины распространения напряжений Е. К Петровым был сделан вывод о том, что в результате многократных знакопеременных нагрузок, возникающих при прохождении по игле прямых и отраженных ударных волн в области крючка накапливаются усталостные напряжения. Исходя из этих соображений автором предложены специальные антиударные иглы.
'Исследования'Т.'Н. Кудрявпевой подтвердили, что разрушения игл в области крючка имеют усталостный характер.
Существенный вклад в изучение явления внесли работы Е. С. Масленникова и В. П. Полухина. На основе многочисленных экспериментов показано, что наиболее опасные с точки зрения усталостного "разрушения "иглы являются удары иглы сб ограничительные клинья - верхний и нижний и получека эмпирическая зависимость для определения скорости отскока иглы при соударении с ограничительным клином. Также предложена методика расчета ударных волн на основе модели стержня с прямолинейной осью.
Значительное место занимают также исследования по изучению ударного нагружения игл трикотажных машин (как теоретически, так и экспериментально) и повышению их надежности, проведенные Б. ф. Пипой.
В. П. Волощенко на основе методов математической статистики разработана методика расчета прочности и долговечности игл. Расчетные величины носят вероятностный характер.
Среди зарубежных исследователей необходимо выделить исследования Г. Р. Рзя, Н. Д. Вернса, Л Барта, Е Айсаки, К.
- 8 -Накамуры, М. Окамото. Все они при рассмотрении процесса разрушения игл в зоне крючка указывают на ударный характер явления и на необходимость расчета волнового процесса, однако точной и полной методики моделирования ударно-волнового процесса не предложено. Решения задачи предлагается либо на основе обыкновенных дифференциальных уравнений, либо используя метод конечных элементов, которому присущ существенный недостаток -высокая сеточная вязкость и невозможность учета высокочастотных компонент возмущений, ..^наиболее опасных с точки зрения ударного разрушения.
В связи с рассматриваемыми вопросами особое значение имеют фундаментальные труды А. С. Далидовича и R К Гарбарука.
Вопросами динамики текстильных машин в настоящее время активно и плодотворно занимаются видные ученые отрасли: В. П. Полухик, Э. А. Попов, А. Л Прошков, В. И. Терентьев.
Постановка и решение некоторых волновых задач для об'ектоЕ текстильного машиностроения, и, в частности, трикотажных игл имеется в работах Л. Т. Марфуненкова, И. И. Вульфсона, А. П. Тышкуна, В. А. Мартышенко, К И. Молчанова, В. И. Соломонова, Е. В. Колесова и других.
Однако, до настоящего момента времени не было предложено надежной и точной методики расчета ударно-волновых процессов в трикотажных иглах с учетом есєх их конструктивных особенностей и возникающих при работе нагрузок.
