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

где G — вес диска со всеми движущимися с ним деталями;

В практических расчётах можно пренебрегать силами трения в опорах А а В я определять Q по формуле

причем принимать е — 1ч-2 мм.

Исследование последней формулы показывает, что с увеличе­ нием угла а необходимая сила пружины резко возрастает.

Диск выполнен с конусностью для центрирования бобины при ее установке. Чем меньше конусность, тем точнее, но и труднее, осуществлять центрирование. Поэтому при проектировании угол а

следует брать в пределах рад с а «S рад.

При разработке новых конструкций бобинодержателей с раз­ движными дисками необходимо предусматривать специальные устройства (замки), исключающие возможность вылета быстро­ вращающихся бобин; действительная сила фд пружины должна быть в 2—3 раза больше расчетной.

Для разведения дисков применяют различные устройства: неподвижную горку, шарнирные параллелограммы.

При расчете пружины, помимо центробежной силы, необходимо учитывать силы, возникающие вследствие перекрещивания осей бобины и фрикциона, а также массы бобинодержателя и бобины.

Бобинодержатели более сложной конструкции применяют на формовочных и крутильных машинах, работающих с большими скоростями выпуска нити (до 17 м/с и выше).

На рис. 277 приведена конструкция бобинодержателя формо­ вочной машины для капронового волокна, а на рис. 279 — бобино­ держателя крутильной машины. Последний конструктивно вы­ полнен в виде поворотной цанговой оправки, на которой центри­ руется и удерживается шпуля или бобина.

Кронштейн 3 предназначен для крепления на нем кронштейна 9 с помощью оси 2, жестко соединенной с кронштейном 9, а также для крепления собранного бобинодержателя к корпусу машины. Между трущимися поверхностями кронштейнов проложено фрик­ ционное фибровое кольцо 8, выполняющее роль фрикционного тормоза. Сила торможения регулируется сжатием пружины 7 гайкой 4. Это устройство позволяет обеспечить прижим шпули или бобины к фрикционному валу с такой силой, при которой шпуля вращается спокойно. Кроме того, увеличение силы при­ жима бобины к фрикциону приводит к увеличению плотности

452

Намотки. Для умёныиёния силы прижима, а следовательно, и плотности намотки, введен груз 6. Такая конструкция бобино­ держателя позволяет получать плотность намотки в пределах

150—850 кг/м3.

Ось 21 шарнирно соединена осью 11 с кронштейном 9. При повороте оси 21 на определенный угол против часовой стрелки вокруг оси 11 конусная втулка 17 цангового зажима своим правым торцом прижимается к упору 13 кронштейна 9. При дальнейшем повороте оси 21 втулка 17 перемещается вдоль оси 21. Конусы втулки 17 цангового зажима освобождают сегменты 20, 22, кото­ рые под действием спиральных пружин 19 смещаются к центру и освобождают шпулю или бобину. В этот момент наработанную шйулю заменяют пустой и возвращают шпиндель в исходное по­ ложение. Втулка 17, после прекращения взаимодействия с упо­ ром 13, специальной пружиной 14 перемещается вправо и своими конусами раздвигает сегменты 20, центрируя и зажимая при этом вновь установленную шпулю.

Для соосной установки шпинделя 21 и фрикционных цилин­ дров служит подвижный фиксатор 24 и винт 10 с контргайкой. Кронштейн 9 удерживается в верхнем положении защелкой 12 и неподвижным крючком 1.

Расчет и проектирование бобинодержателя

При расчете бобинодержателя необходимо определить: минимальную силу прижима бобины к фрикционному ци­

линдру, обеспечивающую минимальное проскальзывание; силу зажима бобины или шпули, при которой бобина не спа­

дает с бобинодержателя и не перемещается вдоль своей оси; максимальные напряжения в наиболее опасных сечениях де­

талей; частоту собственных колебаний бобинодержателя.

Для определения минимальной силы прижима необходимо предварительно найти момент движущих сил полностью нарабо­

ний; £ М тр — суммарный момент сил трения;

Мин — момент, необходимый для преодоления сил инер­ ции при разгоне бобин.

Момент полезных сопротивлений

■ ^пс ~ ^ср/^шах»

где Т ср — среднее натяжение нити за время двойного хода ните­ водителя;

R max— максимальный радиус намотки.

453

Суммарный момент сил трения

^ т р = ^ т р . п + ^ т р . в!

здесь М гр. п— момент трения в подшипниках качения; Л4тр в — момент трения о воздух.

Если бобинодержатель имеет два одинаковых подшипника, то

^ т р . п =

где Q — радиальная нагрузка на один подшипник;

г— наружный радиус внутреннего кольца шарикоподшип­ ника;

М-пр — приведенный коэффициент трения в подшипниках. Последний определяют по формуле

тела намотки, Re = 3000 — число Рейнольдса);

р— плотность воздуха;

о— угловая скорость паковки;

D — 2Rmax— максимальный диаметр намотки; Н — общая высота намотки.

Момент, необходимый для преодоления сил инерции при пуске бобины,

м яи = 08,

где Ѳ.— момент инерции всех масс, вращающихся вместе с боби­ ной вокруг оси шпинделя 6;

е — угловое ускорение бобины в момент разгона (пуска). При проектировании законом и временем пуска бобины за­

даются, а при исследовании готовой конструкции этот закон опре­ деляют экспериментально.

В первом приближении при проектировании можно принять параболический закон разгона бобины т. е.

ы = at + bt2,

тогда

е = а + 2bt,

где t — время.

454

Постоянные а и b находят по начальным и конечным условиям. При t = tn (tn — время пуска) скорость со = сораб = const, а е = 0 (в предположении, что радиус намотки изменяется чрез­ вычайно медленно). Следовательно,

рость набегания нити на паковку (скорость наматывания). Значение е максимально при t = 0, а

Таким образом, максимальный момент движущих сил должен быть равен

Мд. с. щах — тср/?тах -(- 2QAk ^ 1 -|---+

+(1 + ™

где Рокр — окружное усилие.

Зная Р окр, легко найти минимально необходимую силу при­ жима бобины к фрикционному цилиндру

где р, — коэффициент трения-сцепления тела намотки с фрикцион­ ным цилиндром..

Для уменьшения сил прижима при прочих равных условиях, необходимо увеличивать коэффициент р нанесением на фрикцион­ ный цилиндр специальных покрытий (байка, сукно, пластмасса ит. д.).

В общем случае для уменьшения М д с при проектировании необходимо добиваться уменьшения массы вращающихся деталей и сил трения в опорах.

Сила зажима'бобины изнутри специальным устройством должна быть значительно больше суммы всех сил, которые вызывают срыв бобины с бобинодержателя (требования техники безопасности). Основной причиной срыва является перекос осей фрикционного цилиндра и бобины.

Прочностной расчет на растяжение вращающихся бобин без учета влияния намотанной нити проводят по безмоментной теории (раздел первый).

При намотке вытянутых синтетических нитей с большим на­ тяжением бобины испытывают огромные сдавливающие нагрузки

455

со стороны нити; в результате бобина сжимается, и съем ее с бо­ бинодержателя затрудняется. Удельная нагрузка на поверхность бобины со стороны нити зависит в основном от натяжения и физико­ механических свойств нити, а также от толщины намотанного слоя; благодаря возвратно-поступательным движениям нитеводителя эта нагрузка постепенно увеличивается в направлении к середине намотки.

Точно определить давление нити на поверхность бобины в ана­ литической форме чрезвычайно трудно, поэтому легче в каж­ дом конкретном случае определять это давление эксперимен­ тально.

При проектировании бобины можно полагать, что она нагру­ жена равномерно-распределенной нагрузкой, по величине равной максимальной нагрузке в средней части намотки.

Критические скорости можно рассчитывать по формулам, полученным для электроцентрифуг с кружками.

Определение нормального давления между телом намотки и фрикционным цилиндром

и толщины нити, а также от силы N нормального давления, воз­ никающего между телом намотки и фрикционным цилиндром. Чем больше Т и N , тем выше плотность намотки. Следовательно, для получения невысокой плотности намотки необходимо снижать до минимально возможных значений Т и N.

При фрикционном приводе во вращение тела намотки силу

ного оптимального значения, обеспечивающего вращение тела

намотки без проскальзывания: <£

I N = Е мо

где £ М 0 — сумма моментов всех сил относительно оси вращения бобины, оказывающих сопротивление вращению тела намотки;

р— коэффициент трения-скольжения нити по фрикцион­ ному цилиндру;

456

Рис. 281. Схема к силовому расчету бобинодержателя машины ГКН-260-И

В подавляющем числе случаев увеличение массы тела намотки ведет к увеличению нормального давления, а следовательно, и к увеличению плотности намотки. При невысокой плотности намотки увеличение нормального давления крайне нежелательно. В подобных случаях применяют специальные бобинодержатели

сразгружающим устройством.

Вкачестве примера рассмотрим схему бобинодержателя (см.

рис. 130) машины ГКН-260-И.

В первом приближении, рассматривая равновесие рычага 0 2В,

457

где Р — сила спиральной пружины; Q3— вес рычага 0 2В\

Ö6 = ls,0 , cos %;

/12 — V -f- A I — 2 L2A 2 cos (во -~h у) — г2.

В формулах для ав и h 2

458

Действительное нормальное давление Мн должно быть равно оптимальному давлению N, т. е.

Для рассматриваемой схемы бобинодержателя очень трудно подобрать параметры пружины и звеньев, соответствующие полу­ ченной зависимости.

Чтобы сохранить N = const при наработке съема или изме­ нять іѴн по заданному закону, удобнее всего заменить силу пру­ жины Р грузом и, увеличивая радиус намотки, изменять поло­ жение этого груза с помощью специально спроектированной на­ правляющей.

ГЛАВА IX

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ЖГУТА НА РЕЗАЛЬНЫХ МАШИНАХ

Процесс резания

Исследования лезвий ножей под микроскопом показали, что режущая кромка имеет множество микроскопических зубцов, которые образуются в результате заточки ножей абразивами. Форма и размеры зубцов зависят от зернистости абразива, спо­ соба заточки, материала и режимов термообработки ноЖа. Ножи с относительно тонкими лезвиями, лишенными микроскопических зубцов, очень плохо режут материал. Затупление ножа является результатом износа микрорежущих элементов.

Микроскопические зубцы имеют в основном клиновидную форму с тонкой вершиной (до 0,5 мкм), относительно широким основанием (6— 10 мкм) и малой высотой, поэтому они обладают относительно большим сопротивлением продольному изгибу и, как следствие, высокими режущими свойствами.

Виды резания

Различают следующие виды резания в зависимости от направления скорости микрозубцов по отношению к жгуту:

нормальное, касательное, комбинированное.

459

При нормальном резании скорость микрозубцов (лезвий) на­ правлена по нормали к жгуту. Резание осуществляется одной нормальной силой N, совпадающей по направлению с подачей ножа.

Вэтом случае длина участка лезвия, находящегося в контакте

сматериалом (жгутом), постоянна и равна длине линии сечения жгута. Скольжения лезвия поперек материала не происходит. Резание осуществляется как острыми микрозубцами, так и тупыми впадинами. В связи с этим при нормальном резании необходимы

Рис. 282. Схема нормального резания:

/ —стол; 2 —жгут; 3 —нож

значительные нормальные усилия, а режущая способность ножа низкая, особенно при относительно большой толщине лезвия.

При резке жгута чаще всего применяют ударное (рубящее) нормальное резание, когда используется кинетическая энергия ножа и движущихся вместе с ним деталей.

Для уменьшения силы резания лезвие ножа располагают под некоторым углом а к жгуту (рис. 282). В этом случае жгут ре­ жется не одновременно по всей ширине В, а на участке А = = б ctg а (где б — толщина жгута). Длина этого участка и опре­ деляет силу резания. При определенном угле а в процессе резания участвуют только вершины микрозубцов (тупые впадины не ра­ ботают). Угол а, при котором впадины не участвуют в резании, зависит от профиля и размеров микрозубцов. Так как толщина вершин микрозубцов во много раз меньше сечения лезвия у впа­ дин, то и сила резания при наличии угла а резко умень­ шается.

При износе микрозубцов (затуплении) режущее лезвие ста­ новится гладким, режущая способность его резко падает, и жгут при больших значениях а выталкивается из зоны резания. При неподвижном столе критические значения угла а определяют по формуле:

«шах <3 arctg 2fX,

460

где р. — коэффициент трения-сцепления жгута с материалом ножа и стола (если материалы разные, то берут минимальное значение р).

При касательном резании скорость движения микрозубцов направлена по касательной к сечению жгута. При комбинирован­ ном резании скорость микрозубцов складывается из двух состав­ ляющих: нормальной и касательной. Нормальное перемещение необходимо для введения микрозубцов в жгут. При этом происхо­ дят перерезание некоторой части волокон, вошедших в контакт с микрозубцами, и уплотнение перерезаемого материала. При ка­ сательном перемещении перерезаются остальные волокна жгута.

При отсутствии нормального перемещения ножа или жгута резка прекращается. Для уменьшения силы резания необходимо вводить микрозубья в жгут не более чем на 2/3 их высоты. При боль­ шой нормальной подаче режущего, инструмента качество резки снижается. По мере затупления ножей эффективность касатель­ ного перемещения ножей уменьшается, а при сильном затуплении резание практически прекращается. Это —; основной недостаток касательного резания.

При любом способе резания необходима частая ручная или автоматическая заточка ножей для восстановления микрозубцов и уменьшения толщины режущей кромки.

На качество резания оказывает существенное влияние и натя­ жение жгута в зоне резания. С увеличением натяжения жгута качество резки повышается, а усилие резания снижается, причем натяжение должно быть одинаковым при каждом разрезании жгута.

Определение усилия резания

Процесс разрезания жгута состоит из следующих стадий: введение ножа в соприкосновение с волокнами жгута; уплотнение жгута; разрезание и дальнейшее уплотнение жгута.

При нормальном резании в течение двух первых стадий усилие, действующее на ножи, практически увеличивается от нуля до максимального значения. В этот период перемещение ножа равно поперечной деформации жгута и перерезания волокон почти не происходит, хотя ножи своими режущими кромками вызывают сильное смятие тех волокон, которые вошли с ними в непосред­ ственный контакт. Процесс разрезания жгута начинается при максимальном усилии на ножи, когда перемещение ножа превы­ шает величину поперечной деформации жгута за то же время. В дальнейшем при уменьшении сечения разрезаемого жгута и прекращении его уплотнения сила резания уменьшается от Р тах до нуля.

На уплотнение волокон расходуется много энергии, особенно, при большом поперечном сечении режущей кромки ножа и жгута,

461