Исследование жесткости и устойчивости ремизной рамы металлоткацкого станка

Проведено исследование прочности и устойчивости ремизной рамы-основной детали металлоткацкого станка. В Компас 3D проведено трехмерное моделирование конструкции ремизной рамы. В библиотеке APM FEM Компас 3D определены перемещения, напряжения характерных точек конструкции ремизной рамы, определены собственные частоты колебаний рамы. Проведен анализ результатов и предложены практические рекомендации по модернизации конструкции рамы.

В работе поставлена задача исследования прочности ремизной рамы с учетом сил инерции и натяжения нитей основы, а также исследование на устойчивость, заключающееся в определении собственных частот и проверка резонансных явлений при работе конструкции.

Ремизная рама, как основной элемент зевообразовательного механизма[1], в процессе формирования ткани испытывает нагрузки от натяжения нитей основы, сил инерции, веса рамы с галевами и др. Давление от натяжения основы является приведенной силой от натяжения основы и величины перемещения рамы, в зависимости от которой оно изменяется в 1,5…2,5 раза. Возникающие, по разным причинам, напряжения в этом звене требуют определения и анализа, поскольку могут быть причиной разрушения конструкции ремизной рамы. Наиболее частыми причинами поломок ремизных рам являются: разрушение заклепочного соединения в углах рам; разрушение промежуточных стоек вследствие усталостных явлений.

Определение необходимых для анализа величин проводилось в прикладной библиотеке Kompas 3D v.15.2 APM FEM методом конечных элементов. Построение сетки производилось в автоматическом режиме. Расчет производился по 2 направлениям: статический расчет и расчет на собственные частоты. Прочностная задача реализовывалась решателем Sparse, задача на нахождение собственных частот решалась «методом простых итераций», при расчете удерживались первые пять собственных частот. 

В результате работы получены следующие результаты: определены перемещения, напряжения и деформации ремизной рамы по всей ее поверхности; определены собственные частоты колебаний ремизной рамы.

Значения собственных частот рамы лежат в диапазоне от 230 до 1231 рад/сек. Сравнивая результат с частотой возбуждения (угловая скорость вращения кулачкового вала зевообразовательного механизма) 25 мин^-1 или 2,16 с^-1 можно сделать заключение об устойчивой и безрезонансной работе механизма.

Результаты прочностного расчета свидетельствуют о работоспособности рамы: максимальные расчетные напряжения составили 12,5 МПА при допускаемых 275…320 МПА. Максимальные деформации рамы (рис.4) составили 0,13 мм.

При выработке сетки № 10 (ТУ 3651-028-00279597-2006) натяжение нитей основы увеличивается вдвое – до 15 000 Н. Увеличение напряжений и деформаций произойдет пропорционально увеличению нагрузки, при этом превышение допускаемых величин не произойдет.

Так как запас по прочности и жесткости удовлетворительный, то целесообразно изменить конструкцию рамы (размеры поперечных сечений планок и стоек, количество стоек), либо использовать для изготовления иной материал. Результаты прочностного расчета рамы из более экономичного алюминиевого сплава АД31 показывают не существенное увеличение напряжений (в пределах 3 %).

Анализируя результаты можно сделать вывод о целесообразности замены материала рамы - Д16 на АД31, что подтверждается расчетами на прочность. Экономическая эффективность замены по предварительным оценкам составит 650 руб. на одну раму.

 

1. Гордеев, В.А. Ткачество [Текст] / В.А. Гордеев, П.В. Волков // Ткачество: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 488 с.
2. Тувин, А.А. Компьютерное моделирование кинематических и динамических характеристик металлоткацких станков [Текст] /А.А. Тувин, Д.А. Пирогов// Известия вузов. Технология текстильной промышленности (импакт-фактор РИНЦ 0,023). – 2009.–№ 6.– С.119-121
3. Пирогов, Д.А. Динамическая модель зевообразовательного механизма металлоткацкого станка и определение собственных параметров колебательного процесса [Текст]/ Д.А. Пирогов, В.А. Суров, Р.В. Шляпугин, С.В. Селезнев// Известия вузов. Технология текстильной промышленности (импакт-фактор РИНЦ 0,023). – 2014. – №2.

Research of durability and stability of a heddle frame - the main detail of the metalweaver's machine is conducted. Three-dimensional modeling of a design of a heddle frame is carried out to the Compass 3D. In the 3D Compass library APM FEM movements, tension of characteristic points of a design of a heddle frame are defined, own frequencies of fluctuations of a frame are determined. The analysis of results is carried out and practical recommendations about modernization of a design of a frame are offered.