Проектирование усовершенствованного автосъемника бобин АС‑120 для пневмомеханической прядильной машины ППМ‑120

3. Проектирование усовершенствованного автосъемника бобин АС‑120 для пневмомеханической прядильной машины ППМ‑120

Практика эксплуатации пневмомеханических и роторных прядильных, прядильно-крутильных машин, установленных в поточных линиях, показывает, что в настоящее время на международном текстильном рынке сформировалась потребность в высокоскоростном прядильном оборудовании. В связи с этим все острее встает проблема разработки надежных специальных роботизированных средств для выполнения вспомогательных операций на данных текстильных машинах. Одной из таких вспомогательных операций является съем наработанной бобины и замена ее пустым патроном на текстильной машине.

Существующий отечественный автосъемник бобин АС‑120 производит вышеназванную технологическую операцию на пневмомеханической прядильной машине ППМ‑120 недостаточно надежно, что отрицательным образом сказывается на КПВ оборудования, производительности труда, снижении себестоимости продукции и облегчении физического труда съемщиц. Поэтому возникла необходимость создания новой более надежной конструкции автосъемника бобин.

3.1 Анализ структурных схем основных рабочих органов существующего автосъемника бобин АС‑120

С целью уменьшения трудозатрат на проектирование и изготовление усовершенствованного механизма автосъемника бобин следует использовать возможность модернизации существующей конструкции. Для этого по конструкторской документации были составлены структурные схемы основных исполнительных органов робототехнического средства АС‑120, который выполняет следующие операции:

–          обнаруживает требуемый диаметр наработанной бобины;

–          останавливается около рабочего места прядильной машины, где обнаружена бобина с требуемым наработанным диаметром;

–          производит сброс в накопитель патрона, предварительно уложенного на полку, расположенную вдоль фронта прядильной машины;

–          производит захват патрона из накопителя и установку его в рычаги бобинодержателя прядильной машины;

–          производит обрезку и захват нити в зоне между вытяжными валами и направляющим брусом прядильной машины;

–          производит подъем-опускание, разжим-зажим рычагов бобинодержателя прядильной машины, выталкивание наработанной бобины;

–          производит перекидывание обрезанной нити через устанавливаемый патрон;

–          движется вдоль фронта прядильной машины.

Основными исполнительными механизмами данного автосъемника бобин являются механизм захвата и смены патронов, механизм сопла и механизм управления рычагами бобинодержателя пневмопрядильной машины.

Механизм захвата и смены патронов существующего автосъемника представляет из себя шарнирный четырехзвенный механизм с переменной длиной  шатуна 2, имеющего паз, в котором установлен палец, закрепленный на коромысле 3. Данный исполнительный орган имеет две степени свободы и осуществляет захват патрона из накопителя, передачу движения рычагу механизма сопла для перебрасывания нити, захваченной последним, через транспортируемый патрон, выталкивание бобины из рычагов бобинодержателей прядильной машины на ленту транспортера и установку патрона в рычаги бобинодержателей. При вращении ведущего звена – кривошипа 1 – рычаг 3 захвата и смены патронов, функционирующий как коромысло, имеет фазы работы при максимальной и минимальной длине шатуна 2, т.е. при выборке его паза, в остальных случаях имеют место фазы выстоя, обусловленные наличием пружины 4, определяющей начальный угол  фиксации рычага захвата и смены патронов.

С целью определения оптимальных параметров наладки данного механизма для синхронизации его движения с функционально-взаимодействующим с ним механизмом сопла автосъемника бобин исследовать циклы установившегося движения в зависимости от регулировки начальной длины  шатуна 2, при неизменной длине  и расположении паза, и начального угла  фиксации рычага захвата и смены патронов 3. Аналитические зависимости между параметрами механизма захвата и смены патронов определялись методом замкнутых векторных контуров.

Результаты расчетов зависимости цикла установившегося движения механизма захвата и смены патронов существующего автосъемника и регулировки длины  представлены в табл. 2.

Анализ полученных результатов показал, что при максимальной длине шатуна, равной 232,7 мм, суммарная фаза работы рычага захвата и смены патронов минимальна, кроме того, не имеется второй фазы подхода этого звена к бобине, вследствие чего не произойдет выталкивания последней из рычагов бобинодержателя пневмопрядильной машины и установки в них пустого патрона; максимальная суммарная фаза работы рычага 3 захвата и смены патронов наблюдается при установке минимальной длины  шатуна 2 и равна 210 град. Суммарная фаза выстоя рычага 3 захвата и смены патронов, необходимая для взаимодействия с механизмом сопла и механизмом рычагов бобинодержателя, минимальна.

Таблица 2. Фазы циклограммы механизма захвата и смены патронов

в зависимости от регулировки начальной длины  шатуна

При изменении начального угла фиксации рычага захвата и смены патронов наилучшие результаты работы данного звена достигаются при его значении, равном 50 град., причем они почти идентичны значениям, полученным при длине шатуна, равной 221,3 мм, и также синхронизируются с движением механизма сопла.

На основании анализа при учете угла размаха коромысла, ограниченного траекторией рычагов бобинодержателей, в которые устанавливается патрон, были окончательно выбраны рациональные параметры наладки: = 221,3 мм; =57°. При этом установлена неэффективность работы механизма захвата и смены патронов вследствие наличия длительных нерабочих выстоев в циклограмме его движения, что говорит о нецелесообразности применяемой структурной схемы в данном механизме.

Механизм сопла существующего автосъемника бобин предназначен для захвата нити в зоне между вытяжными валами и направляющим брусом пневмопрядильной машины ППМ‑120, обрезки ее и переброски через вновь устанавливаемый патрон посредством получения принудительного движения от рычага захвата и смены патронов. Механизм сопла содержит пространственный фигурный рычаг 1, который установлен на неподвижной оси и имеет возможность свободно вращаться относительно ее. На конце этого рычага непосредственно шарнирно закреплено сопло 2, производящее захват нити при помощи всасывающей воздушной струи, а также механизм ножниц, производящий отрезку нити в процессе работы данного устройства посредством электромагнита, закрепленного также на фигурном рычаге. Пространственный фигурный рычаг 1 получает движение от вращающегося кулачка 3, который имеет радиальный и торцовый меняющиеся профили, в результате чего рычаг 1 совместно с соплом 2 совершает движение во взаимно перпендикулярных плоскостях – вертикальной и горизонтальной.

При определении аналитических зависимостей между параметрами механизма сопла работа пространственного фигурного рычага была сведена к рассмотрению работы двух плоских коромысловых кулачковых механизмов, а именно: движению коромысла  в плоскости  от радиального профиля кулачка и движению коромысла  в плоскости  от торцового профиля кулачка. При этом следует заметить, что для этого необходимо точку  спроектировать на плоскость , а точку  – на плоскость .

В результате произведенных расчетов механизма сопла автосъемника бобин было установлено: при работе радиального профиля кулачка и движении коромысла совместно с соплом в вертикальной плоскости наблюдается явление скачкообразного изменения углового ускорения ведомого звена; при работе торцового профиля кулачка и движении коромысла совместно с соплом в горизонтальной плоскости наблюдается явление скачкообразного изменения угловой скорости ведомого звена. Данные законы движения выходного звена неблагоприятно сказываются на работе механизма сопла и автосъемника бобин в целом, а именно: не обеспечивается надежность захвата соплом нити, идет быстрый износ роликов коромысловых кулачковых механизмов, нарушается процесс перебрасывания нити через устанавливаемый патрон. В целях устранения явлений мягкого и жесткого ударов рекомендовано перепрофилировать радиальный и торцовый профили кулачка таким образом, чтобы переход с одной сопрягаемой поверхности на другую происходил плавно, т. к. при расчете было выявлено отсутствие данного условия.

По данным произведенных расчетов были также определены фазы циклограммы механизма сопла, представленные в табл. 4, из анализа которой следует, что в механизме сопла имеет место одновременная работа радиального и торцового профиля кулачка при 235^о. Этот фактор приводит к «заклиниванию» рычага захвата и смены патронов при передаче им принудительного движения соплу в определенный период работы автосъемника бобин и нарушению процесса перекидывания нити через устанавливаемый патрон, что говорит о недостаточной надежности применяемой структурной схемы.

Таблица 4. Фазы циклограммы механизма сопла

При модернизации механизма сопла наиболее рациональным вариантом является отказ от пространственной структурной схемы данного механизма и применение конструкции, работающей только в вертикальной плоскости.

Более подробно анализ функционирования механизма захвата и смены патронов и механизма сопла существующего автосъемника бобин отражен в работе.

Механизм управления рычагами бобинодержателя прядильной машины состоит из ведущего кулачка 1, имеющего радиальный и торцовый профили, и двухзвенного рычага 2. Радиальный профиль, воздействуя на ролик 3, поворачивает весь рычаг 2 относительно горизонтальной оси, что обеспечивает при соприкосновении ролика на конце рычага 2 с подвижным плечом бобинодержателя прядильной машины подъем последнего и отрыв бобины от мотального вала. Торцовый профиль обеспечивает поворот звена рычага 2 в направлении отклонения подвижного плеча бобинодержателя для его раскрытия и освобождения бобины из зажимов тарелок. Профили кулачка 1 выполнены так, что после выталкивания бобины и совмещения оси тарелок с осью патрона бобинодержатель освобождается от воздействия рычага 2, зажимает тарелками патрон и опускается вместе с ним на мотальный вал.

Механизм управления рычагами бобинодержателя прядильной машины имеет возможность переналадки в процессе эксплуатации, т.е. его движение можно согласовать с движениями остальных исполнительных органов автосъемника бобин и по данным производственных испытаний, проведенных сотрудниками ПензНИЭКИПМаша, работает достаточно надежно.

Следует отметить, что согласно кинематическому расчету для рассматриваемой конструкции АС‑120 угловые скорости ведущих звеньев всех вышеупомянутых исполнительных механизмов одинаковы и равны 1,4 с^-1.

Поскольку механизм сопла в определенном цикле своей работы получает принудительное движение от механизма захвата и смены патронов, т.е. их нормальное функционирование взаимосвязано, к тому же выходное звено механизма сопла имеет сложную траекторию и выявлены недостатки в структурных схемах данных рабочих органов, поэтому наиболее целесообразным представляется обратить внимание на модернизацию механизма захвата и смены патронов и механизма сопла.