книги из ГПНТБ / Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие

В этом случае нить располагается на цилиндрах но траектории ABDEF с шагом

hx = tg а = (M1b1— b-Ji^ tg а == [mb cos (у -j- Я)— Ьд sin у] tg а =

ние. Это обстоятельство указывает на то, что витки будут пере­ мещаться к вершине условного конуса до тех пор, пока Ігх > 0 или

(Вн- * tg а) / С 2 + (Вн- х tg а)2 - (R - r f ^ С (R + г).

Решая последнее выражение относительно х, получим искомое значение х, при котором шаг витков равен нулю:

280

Формула (279) выведена для случая, когда точка 0 2 находится в первой четверти осей координат. Если эта точка находится во второй или третьей четвертях, то в формуле (279) значение С надо брать со знаком минус:

t g «

Сравнение формул (279)—(281) показывает, что шаг витков при равных условиях будет меньше, когда оси цилиндров располо­ жены в параллельных плоскостях. Это обстоятельство следует обязательно учитывать при выборе схемы механизма накопления и транспортирования нити, так как заданная величина шага h в первом варианте может быть получена при сравнительно малом угле а (перекос в зубчатой передаче между цилиндрами сводится к минимуму). Однако следует помнить, что чем меньше а, тем выше требования к жесткости и точности изготовления валов.

Сравнение формул (273), (279), (281) показывает, что при одних и тех же значениях а, А н, R и г шаг витков при невращающемся цилиндре значительно больше шага витков при двух ведущих нить цилиндрах. При наличии двух ведущих нить цилиндров трудно добиться равенства их окружных скоростей, так как практически нельзя изготовить даже один цилиндр с одинаковым диаметром по всей его длине.

Если окружные скорости цилиндров не равны, то витки на цилиндре с меньшей окружной скоростью в лучшем случае будут стягиваться к вершине условного конуса.

В этом случае процесс движения нити происходит следующим образом. Допустим, верхний цилиндр подает нити больше, чем принимает на себя нижний цилиндр. В этом случае нить на участке де провисает, а точка набегания е смещается вправо и вниз. Натяжение нити в ветви де в этот момент почти равно нулю. В то же самое время вторая ветвь ab нагружена макси­ мально, так как верхний цилиндр тянет нить с большей скоростью, чем нижний цилиндр. Точка набегания b смещается влево и вверх, а точка а — влево на ту же величину. Витки на нижнем ци­ линдре смещаются до тех пор, пока витки не расположатся по геодезической (винтовой) линии с углом подъема а.

В этом случае нижний цилиндр способен сообщить нити абсо­ лютную скорость

Ц_ Ѵ 2 ОКР

аcos а

281

Если и после этого скорость ѵа < ѵІ0кр, то нить будет сколь­ зить по нижнему цилиндру. При наличии сил трения между нитью и нижним цилиндром нить вытягивается или обрывается. Если же ѵа ѵІ0Кр, то витки на нижнем цилиндре перемещаются к осно­ ванию условного конуса, стремясь расположиться перпендику­ лярно образующим. Но этого положения витки не могут достичь,

витками. В этом случае при весьма легком вращении ведомого цилиндра витки нити находятся в несколько лучших условиях, чем на неподвижном цилиндре; однако смещение витков между равновесными положениями при этом возможно. Это объясняется тем, что не все витки в одинаковой степени нагружены, приводя во вращение свободно вращающийся цилиндр. Витки, больше нагруженные, стремятся расположиться по винтовой линии, а ме­ нее нагруженные — по дуге окружности.

Определение шага витков нити в механизме накопления и

с одним вращающимся барабаном 3 и несколькими вращающимися вокруг своих осей роликами (цилиндрами) 2. Оси парных роликов образуют угол перекрещивания а, необходимый для перемещения витков к вершине условного конуса. Цапфы роликов 2 располо­ жены во фланцах барабана 3. Зубчатое колесо г 2 (рис. 192),

282

закрепленное на одной из цапф ролика, находится в зацеплении с неподвижным солнечным колесом г ѵ Следовательно, враща­ ющийся барабан выполняет роль водила в планетарном меха­ низме.

Пользуясь формулой Виллиса, находим абсолютную угловую скорость сателлита (ролика) относительно оси вращения:

не является постоянной величиной из-за расположения нити по периметру многоугольника, у которого радиус вращения много­ угольника изменяется от R mln до R max. Чем меньше роликов при прочих равных условиях, тем больше колебание скорости на­ бегающей нити.

Абсолютная мгновенная скорость движения нити

Среднюю скорость движения нити можно подсчитать по формуле

где k — число роликов.

Шаг витков зависит от схемы взаимного расположения осей роликов. Если оси нечетных роликов параллельны оси барабана и образуют с осями четных роликов угол а, то общий шаг витков

аб tg а + ~ вг tg а = j -іаб + вг) tga,

283

где аб — межцентровое расстояние парных цилиндров;

По мере удаления от переднего конца барабана шаг витков уменьшается, так как межцентровое расстояние между парными цилиндрами из-за наличия угла а уменьшается.

Если же оси нечетных роликов параллельны оси барабана, а оси четных — образуют с осью барабана угол а, то на входном конце барабана

Следует отметить существенные недостатки планетарного ме­ ханизма накопления и перемещения нити: переменная скорость нити, сложность и высокая стоимость конструкции, значитель­ ный диаметр.

Определение шага витков нити на двух ребристых роликах

(см. рис. 190). Это устройство состоит из двух ребристых роли­ ков 1 и 2, закрепленных соответственно на валу 3 и втулке 5; оси последних лежат в параллельных плоскостях и перекрещи­ ваются под углом а.

На ролике 1 на всей его длине имеются пазы, в которых рас­ полагаются ребра второго ролика. Ролик 1 жестко закреплен на валу 3, а ролик 2 свободно вращается на неподвижной втулке 5. Ось отверстия, через которое проходит вал 3, эксцентрична по отношению к оси втулки 5; эти оси перекрещиваются под углом а.

Благодаря наличию эксцентриситета ех осей нить ложится на ребра обоих роликов (цилиндров) следующим образом: на дуге ad нить лежит на ребрах ролика 1, на дуге Ьс — на ребрах ролика 2, а на участках ab и cd нить располагается по прямым, касательным к роликам 1 и 2 (рис. 193). Таким образом, эксцен-

284

триситет ех (межцентровое расстояние) необходим для того, чтобы каждый виток располагался на двух цилиндрах.

Угол обхвата нитью каждого цилиндра зависит от диаметров цилиндров и величины ех. В рассматриваемом случае, когда диаметры цилиндров равны, угол обхвата нитью каждого ци­ линдра составляет 180° = л.

При больших боковых зазорах между смежными ребрами углы обхвата меньше 180° и зависят от величины этих зазоров.

Угол перекрещивания а между осями необходим для сообще­ ния движения виткам нити к вершине условного конуса.

Эксцентриситет ех на расстоянии х от левого конца верхнего ролика 2 (рис. 194)

е, = Y b I + С 2 = У С2- г (В0— X tg a f ,

где Вх и С — текущие координаты оси 00.

Если диаметры роликов 1 и 2 равны, а боковые зазоры между смежными ребрами малы, то шаг витков на роликах зависит в ос­

l/C2 + (5H- * t g «)2

Исследование последнего выражения показывает, что при приближении к вершине условного конуса шаг витков hx умень­ шается и имеет минимальное значение при х = Lp.

285

Нить между ребрами располагается по хорде. С уменьшением числа ребер удлиняются хорды, уменьшаются углы обхвата и шаг витков, а главное, углы обхвата изменяются скачкообразно. Сле­ довательно, при проектировании необходимо стремиться к уве­ личению числа ребер и уменьшению боковых зазоров между ними.

§ 10. ВЫТЯЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ МАШИН ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ И КРУЧЕНИЯ НИТИ

Вытяжные механизмы предназначены для вытягивания хими­ ческих волокон с целью улучшения их физико-механических свойств. Существенно изменяются эти свойства в процессе вытя­ гивания волокна при формовании и отделке. При фильерной вы­ тяжке прочность волокна почти не изменяется. Прочность волокна повышается, если его подвергают вытягиванию в пластическом состоянии.

Формовочные машины до недавнего времени не имели специаль­ ных вытяжных механизмов, а свойства волокна регулировали установкой неподвижных крючков и прутков, создающих опреде­ ленное сопротивление на пути движения нитей и жгутиков. При использовании таких устройств невозможно обеспечить одинако­ вое сопротивление всем нитям, поэтому их качество было неоди­ наковым.

В настоящее время вместо применения невращающихся прут­ ков и крючков почти всегда используют вытяжные механизмы с принудительно вращаемыми вытяжными дисками.

Наиболее распространенным типом вытяжных механизмов являются диски, расположенные в два ряда (верхние и нижние диски) и имеющие различные окружные скорости.

Для того чтобы нить вытягивалась между дисками и не про­ скальзывала на них, каждый диск вместе со своим роликом или прутком обвивается несколькими витками нити.

Наличие угла перекрещивания между осями диска и ролика вынуждает витки нити располагаться на некотором расстоянии один от другого.

Иногда в вытяжных механизмах применяют один ступенчатый диск или цилиндр. В этом случае нить вытягивается благодаря разности окружных скоростей ступеней диска. Нить, заправленная на малую ступень диска, обогнув направляющие ролики и крючки, поступает на большую ступень.

При получении штапельного волокна осуществляется центра­ лизованное вытягивание всех волокон в общем жгуте. Для этого используют специальные многовальцевые вытяжные механизмы (станы), установленные вне формовочной машины.

Определение числа витков нити на парных дисках и цилиндрах«

Для устранения проскальзывания нити на парных цилиндрах ею в момент заправки вручную обвивают цилиндры несколькими

286

витками. Необходимое число витков (или суммарный угол обхвата) определим по обобщенной, формуле Эйлера — Амонтона

/ Ф

Т2= 7\ exp cos Ѳ]/р 2 — tg2 Ѳdty

!

где T 2— натяжение нити на участке между вытяжными цилин­ драми;

Т г — натяжение нити на участке глазок нитенаправителя —

Ѳ= 0; тогда обобщенная формула принимает частный вид

Т2= T jt^ .

Вобщем случае коэффициент р трения-сцепления — величина переменная, зависящая от натяжения нити, радиуса г цилиндра, скорости нити, скорости проскальзывания, чистоты обработки цилиндров и т. п. При переходе от одного витка к другому эти

параметры в подавляющем большинстве случаев изменяются. В практических расчетах в первом приближении можно пола­

гать р = const. Тогда

Та

in ~y ~

^общ = ---- j r — = 2л&в,

где ké — число витков нити на цилиндрах, у которых общий угол обхвата равен фобщ.

Следовательно, искомое число витков

Если нижний цилиндр не вращается, то нить на нем распола­ гается по винтовой линии с углом подъема а. В этом случае угол обхвата одним витком:

287

и искомое число витков определяется формулой (285).

При определении kB коэффициент р, трения-сцепления следует выбирать для самого неблагоприятного случая, т. е. брать ми­ нимальное значение р. В этом случае полностью исключается возможность проскальзывания нити по цилиндрам.

Пример. Определить необходимое число витков на вытяжных цилиндрах машины КВ-150-И при Т2/Т1 = 6, а р = 0,08.

Решение. Подставляя исходные данные в формулу (285), получим

,Іпб

кв= 6Ж 0,08 = 3.6~ 4витка-

Если известна кратность вытягивания между двумя спарен­ ными цилиндрами (рис. 195), то нетрудно определить натяжения на всех участках движения нити.

Допустим, нить, выходя из глазка нитенаправителя, имеет натяжение Т х. Для обеспечения заданной вытяжки необходимо на участке между вытяжными парами приложить к нити вполне опре­ деленную силу Т 2 (если деформация подчиняется закону Гука)

F — площадь поперечного сечения нити.

Величину вытягивания определяют в относительных единицах

288

При высокой кратности вытягивания удлинение нити не подчи­ няется закону Гука, а изменяется обычно по криволинейной зави­ симости, найденной экспериментально,

М = (В — \) = аТ?,

где а = const;

пг — показатель степени, зависящий от физико-механических свойств нити.

По экспериментальной зависимости удлинения нити от натя­ жения (рис. 196) легко найти m и а:

оно должно быть не меньше Т 2. В противном случае упругие де­ формации нити будут исчезать или уменьшаться.

Но при наматывании нити могут происходить значительные колебания Т 3из-за изменения высоты баллона, диаметра намотки и т. д. В результате чего нить на отдельных участках получит раз­ личную вытяжку.