ПОГЛОЩЕНИЕ И СГЛАЖИВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НАЖИМНЫМИ ВАЛИКАМИ НА ВЫТЯЖНОМ ПРИБОРЕ ПРЯДИЛЬНЫХ МАШИН

АННОТАЦИЯ

В статье приводится анализ взаимодействия нажимного валика и риф цилиндра пары вытяжных приборов кольцепрядильных машин. Где отмечается, что колебание нагрузки, приложенной к нажимному валику на вытяжном приборе кольцепрядильных машин, вызывает изменение деформации покрытия и гистерезисных потерь в ее материалах, а также трение в контакте.

ABSTRACT

The article analyzes the interaction of the pressure roller and the reef of the cylinder of a pair of drafting devices of ring spinning machines. Where it is noted that the fluctuation of the load applied to the pressure roll on the drafting device of ring spinning machines causes a change in the deformation of the coating and hysteresis losses in its materials, as well as friction in contact.

Ключевые слова: Нажимной валик, риф цилиндр, упругость, частота колебаний, амплитуда колебаний, динамическая жесткость.

Keywords: Pressure roller, reef cylinder, elasticity, vibration frequency, vibration amplitude, dynamic stiffness.

Колебание нагрузки, приложенной к нажимному валику на вытяжном приборе кольцепрядильных машин, вызывает изменение деформации покрытия и гистерезисных потерь в ее материалах, а также трение в контакте [3].

Основным назначением материала резины нажимного валика вытяжного прибора рассеивать часть энергии, передаваемой через нее при колебаниях, это свойство принято называть поглощающей или демпфирующей способностью. Эта способность покрытия нажимного валика неодинакова при колебаниях ее деформации в вертикальном, продольном и боковом направлениях.

Наибольший практический интерес имеет поглощающая способность нажимного валика вытяжного прибора при вертикальных колебаниях нагрузки.

Под действием рифлей цилиндра многократного внешнего возбуждения возникают вертикальные затухающие колебания 1 (рис.1) нажимной валик имеющий резиновое покрытие с собственной частотой колебания системы приводит к уменьшению амплитуды этих колебаний что характеризуется декрементом затухания v, т.е. показателем степени огибающей кривой 2(рис.1). Для данного случая логарифмический декремент затухания.

  или 

где а_n—амплитуда затухающих колебаний.

Относительный коэффициент затухания колебаний валика равен

Коэффициент К демпфирования нажимного валика равен удвоенному произведению логарифмического коэффициента на массу m нажимного валика, т.е. K=2vm.

Согласно опытам [1] [2], отношение энергии рассеивания при вертикальных колебаниях катящегося нажимного валика с резиновым покрытием по поверхности риф цилиндра к энергии рассеивания с тонким слоем резины характеризуется зависимостью, показанной на рис. 2. По характеру протекания процесса следует различать собственные затухающие колебания нажимного валика и вынужденные ее колебания с определенной амплитудой и частотой. Первые происходят при практически постоянной частоте, но по убывающей амплитуде.

Рисунок 1. Схема свободных колебаний валика на вытяжном приборе:

а_1-4—амплитуды колебаний; Т—период колебаний; t—время

При вертикальных колебаниях не вращающегося нажимного валика поглощающая способность резины нажимного валика обычно пропорциональна скорости деформации элементарных масс пятна контакта нажимного валика (кривая1 рис.2) [3] [4]. В процессе качения нажимного валика при вертикальных колебаниях указанная скорость суммируется со скоростью радиального перемещения элементарных масс пятна контакта резины.

Рисунок  2. Относительные потери в нажимном валике при вертикальных колебаниях катящегося нажимного валика: 1—ω=10^1/сек; 2—ω=20^1/сек

Последняя в области передней части контакта действует в одном направлении, а в задней части контакта—в другом (кривая 2, рис.2). В средней области контакта скорость деформации элементов пятна контакта нажимного валика проходит через нулевое значение. Величина и характер изменения скорости деформации, элементарных масс пятна контакта, зависит от скорости качения нажимного валика по поверхности риф цилиндра.

При вертикальных колебаниях катящегося нажимного валика поглощающая способность резины должна быть пропорциональна суммарной скорости деформации ее элементарных масс (кривая 3, рис.3).

Рисунок 3. Схема распределения скоростей, элементарных масса резины нажимного валика в пятне контакта, при вертикальных колебаниях катящегося нажимного валика для случая, когда скорость радиальной деформации покрытия резины больше скорости деформации прижимной пружины валика к цилиндрам

1—эпюра скоростей радиальных деформаций элементарных масс пятна контакта; 2—эпюра скоростей радиальных деформаций элементарных масс прижимной пружины; 3—суммарная эпюра скоростей деформаций элементарных масс нажимного валика; v—скорость деформации элемента покрытия резины нажимного валика; v_к—скорость качения нажимного валика по поверхности риф цилиндра; S—путь

В основу выполненных исследований демпфирования покрытия нажимных валиков была положена механическая модель рис. 4, а [2] в которой, гармоническому воздействию силы F(t), соответствовала гармоническая деформация S(t).

Рисунок 4. Механическая модель колебаний нажимного валика по поверхности риф цилиндра (а) и схема изменения силы и деформации резинового покрытия нажимного валика по времени (б):

m—масса нажимного валика; М₃—место установки прижимной пружины; Г—рычаг нагрузки; 1—изменение силы F(t); 2—деформация S=S(t) резинового валика, δ—фазовый сдвиг.

Для упрощения измерялось не усилие в пятне контакта F(t), а усилие вприжима, нажимного валика к поверхности риф цилиндра F*(t) с учетом массы нажимного валика m, приведенной к точке контакта нажимного валика с риф цилиндром с опорной поверхностью равной пятну контакта. Для этой модели можно записать уравнение

Замер F*t осуществляется датчик на валу нажимного валика в зоне между массой m и прижимным рычагом с регулированием нагрузки на валики.

Коэффициенты уравнения с_д и К характеризуют соответственно динамическую жесткость а демпфирование. Если известна m и замерено (t), можно определить силу в пятне контакта

У нажимных валиков с эластичными покрытиями из-за наличия внутренних потерь и трения в контакте между амплитудой динамической нагрузки F и амплитудой деформации S наблюдается сдвиг фаз δ (рис. 4, б).

Причем , где ω—круговая частота приложения нагрузки.

В технологии резин величину d называют коэффициентом потерь. По своему физическому смыслу он сходен с логарифмическим декрементом затухания колебаний.

Динамическая жесткость резинового покрытия нажимного валика c_д определяется следующей зависимостью:

где C_о—жесткость покрытия резины при отсутствии вертикальных колебаний.

Рисунок 4. Зависимость жесткости резины валика от скорости v ее качения

где F₀—статическая нагрузка:

S—прогиб резины на поверхности нажимного валика.

За начальную жесткость резины нажимного валика принята жесткость С₀ при v→0, т.е. за областью падения жесткости (рис. 4); —коэффициент изменения жесткости резины нажимного валика за счет скорости качения валика по поверхности риф цилиндра;  абсолютный коэффициент повышения жесткости резины нажимного валика; ,

где F—комплексная амплитуда усилия.

Коэффициент демпфирования К определяется зависимостью

где ω—круговая частота изменения нагрузки.

Для нажимных валиков с диаметром 27мм и шириной 31 мм зависимость коэффициента потерь d от круговой частоты изменения нагрузки при различных скоростях качения нажимного валика с резиновым покрытием приведена на рис.5.

С увеличением скорости коэффициент потерь d значительно повышается в диапазоне от v=0 до v=100м/мин.

Большой жесткости резины соответствует несколько меньшая величина а.

По-разному проявляется влияние частоты возбуждающего усилия.

Рисунок 5. Зависимость коэффициента потерь d от круговой частоты колебания нагрузки для различных скоростей качения нажимного валика

Сглаживающая способность нажимного валика зависит от жесткости резины, давления на нажимные валики, скорости движения волокон, формы и размеров неровности, размеров нажимного валика.

Выводы. Таким образом, сглаживающая способность нажимного валика проявляется в уменьшении вертикального перемещения оси нажимного валика по сравнению со значением ординаты профиля неровности в зоне ее вершины или уменьшении приращения вертикальной силы в этой же зоне при заданной скорости движения, а также в увеличении зоны воздействия неровности по сравнению с ее длиной.

Под зоной воздействия неровности понимается длина, на которой сохраняется соприкосновение нажимного валика с поверхностью где расположена мычка состоящая из волокон хлопка с разной тольшиной имеющий неровности.

Сглаживающая способность нажимного валика оказывает большое влияние на плавность перемещения мычки между парами вытяжного прибора.

Список литературы:

1. Шукуров М.М. Научные основы проектирования расчета рабочих органов машин прядильного производства. Автореферат. Диссертация доктор. Тех. наук-Ташкент 2004г.
2. Э.А. Попов, Л.М. Квартин «Динамика текстильных машин» Москва 2011.
3. М.А. Аламов, С.Х. Бабаджанов «Расчет и методика измерения деформации нажимного валика в зоне вытяжки на вытяжном приборе» Universum: Технические науки. стр. 5-7. Россия 2020 г.
4. С.Х. Бабаджанов, П.М. Бутовский, М.А Алламов «Метод оприделения зависимости величины плошадки контакта рифцилиндра с нажимным валиком на вытяжных приборах машин прядильного производства» Будущее науки-2021. Международной молодежной научной конференции. МЛ-52, ТОМ 6. стр.199-200. Курск-2021