1.5 Конструкция и расчет механизма съемного гребня

После главного барабана прочесанное волокно передается на съемный барабан. Для снятия накапливающегося на съемном барабане волокна и преобразования его в ленту служат механизмы съемных гребней.

Механизмы съемных гребней можно подразделить на кривошипно-шарнирные четырехзвенные (рис. 11(1), а), шарнирные четырехзвенные кулисные (рис. 11(1), б).

Рисунок 11 (1) - Схемы гребенных механизмов:

1 — съемный барабан; 2 — гребень

Рисунок 11 (2) – Кинематическая схема механизма съемного гребня

Механизм помещается в гребенной коробке. Приводной вал располагается в нижней части гребенной коробки и вращается в подшипниках качения (рис. 12). На этом же валу закреплен блочек для привода гребня в движение. От приводного вала через серьгу (шатун) 9 и рычаг 6 качательное движение передается валу 2, фланец которого соединяется с фланцем вала съемного гребня.

Рисунок 12 - Гребенная коробка машины ЧМВ-450:

1 — корпус; 2 — качающийся вал; 3 — блок привода; 4 — кривошипный вал; 5, 8, 11, 12 — шарикоподшипники; 6 — рычаг; 7 — маслоотбойное кольцо; 9 — шатун; 10 — палец

Съемный гребень (рис. 13) состоит из пустотелого вала, в концы которого впрессованы цапфы 2. Правая цапфа представляет собой одно целое с гитарой 4, посредством которой гребень связывается в единое целое звено с полумуфтами.

Рисунок 13 - Съемный гребень:

1 — гребенной вал; 2 — цапфы; 3 — заклепки; 4 — гитара; 5 — колонки; 6 — полотно гребня

Положение гребня по отношению к съемному барабану регулируется связывающими болтами гитары и установкой самих полумуфт.

Полотно 6 гребня, являющееся исполнительным рабочим органом, крепится к подошве колонок 5 заклепками 3 (расклепываются заподлицо с полотном гребня).

Колонки 5 устанавливаются в отверстия гребенного вала 1; основания колонок расклепываются и зачищаются заподлицо с телом вала. Крайние колонки, установленные в цапфах, для жесткости полотна гребня штифтуются электрозаклепками. Количество колонок зависит от длины вала, т. е. от рабочей ширины машины.

Полотно гребня является ответственной деталью, от качества изготовления которой зависит съем прочеса. К качеству полотна гребня и его зубьям предъявляются особо высокие требования. Полотно гребня изготовляется только цельным из стали У-8, со всех сторон, и между зубьями полируется (шероховатости и заусенцы не допускаются).

Для изготовления колонок применяют сталь 45.

Работа гребня. Гребень снимает ватку только при движении вниз, а при движении вверх совершает холостой ход. За рабочий ход гребень снимает прочесанное волокно только с определенного участка поверхности съемного барабана. Благодаря качательному движению гребня снятое волокно под действием сил инерции легко отделяется в конце рабочего хода от полотна гребня и выводится из зоны съема плющильными валиками машины.

Эта особенность работы гребня заставляет увеличивать число его качаний до достаточно большой величины, обеспечивающей непрерывность съема волокна. Увеличение производительности чесальных машин также приводит неизбежно к увеличению числа качаний съемного гребня. Так, на машинах производительностью 6—8 кг/ч чесальной ленты число оборотов вала съемного гребня (число качаний гребня) составляет 1300—1500 в минуту, а на машинах производительностью 15—25 кг/ч чесальной ленты — до 2000 в минуту и более. Такое повышение скорости приводит к значительному увеличению инерционных нагрузок на звенья гребенного механизма, передающие качательное движение гребню и снижает срок службы подшипников гребенной коробки. Для уменьшения нагревания и изнашивания кинематических пар все вращающиеся части гребенного механизма устанавливаются на подшипниках качения а работают в масляной ванне.

Расчет механизма съемного гребня. Так как четырехзвенные шарнирные механизмы нашли наибольшее применение, рассмотрим их расчет подробно.

Для правильного хода технологического процесса необходимо связать число оборотов кривошипа съемного гребня со скоростью съемного барабана. Так как гребень должен производить очесывание всей поверхности съемного барабана, то, считая, что съем происходит на всей дуге кинематического размаха гребня, получаем

=D₆, (8)

где и — соответственно числа оборотов приводного вала гребенной

коробки и съемного барабана в минуту;

D — диаметр съемного барабана.

Согласно исследованиям ЦНИХБИ (Центральный научно-исследовательский институт хлопчато-бумажной промышленности), рабочая часть траектории гребня S_раб несколько меньше измеренного по дуге кинематического размаха гребня:

S_{раб(0,70,67)} S_гр .

Подставляя в выражение (8) вместо S_гр значение S_раб и решая его относительно , получим

(9)

После определения числа качаний гребня необходимо провести проверочный расчет отдельных звеньев механизма на прочность при действии инерционных сил. Для определения инерционных сил необходимо знать ускорения, возникающие в звеньях за один оборот кривошипа. С этой целью можно провести графоаналитическое исследование механизма. Окружность вращения кривошипа делят на 12 равных частей и для каждого положения механизма строят планы скоростей и ускорений искомых точек звеньев. В качестве примера построим план скоростей и ускорений для положения механизма, изображенного на рис. 14.

1. Определяем окружную скорость точки В (рис. 14, а):

и отложим ее в масштабе K_v из полюса Р (рис. 14, б, в).

2. Определяем скорость точки С:

 v_С = v_B+ v_CB;  v_C = v_D + v_СD.

В точке пересечения направлений скоростейv_CB и v_СD получим точку с, а следовательно, и скорость v_c.

3. Аналогично определяем скорость точки Е:

 v_E = v_C+ v_EC;  v_E = v_D + v_ED.

4. Определяем ускорение точки В. Оно нам известно по направлению, а по модулю его легко подсчитать:

Рисунок 14 - План скоростей и ускорений гребенного механизма

Тангенциальное ускорение точки В равно нулю, так как кривошип вращается равномерно. Полученное значение откладываем из полюса п (рис. 14, в) в принятом масштабе.

5. Определяем ускорение точки С:

,

В точке пересечения линий и получим точку с, соединив которую с полюсом, получим в принятом масштабе полное ускорение точки С по величине и направлению.

6. Определяем ускорение точки Е:

Таким образом находят ускорения для всех 12 положений кривошипа.

По максимальным ускорениям определяют максимальные инерционные усилия и по ним проводят проверочные расчеты. Проведем расчет колонки и полотна гребня.

Колонку гребня можно рассматривать как консольную балку, нагруженную инерционными силами (рис. 15). На конце колонки приложена сила инерции полотна гребня. Очевидно, на одну колонку будет действовать сила инерции одного пролета полотна

Рисунок 15 – Колонка съемного гребня с действующими на нее силами

и сила инерции массы колонки

где m_k – масса колонки.

Силу инерции приложим в точке — центре качания К. Место приложения результирующей силы инерции определится по формуле

где R_s — расстояние от оси вращения вала гребня до центра тяжести

S колонки;

J₀ — момент инерции массы колонки относительно оси

вращения D.

Колонка обычно рассчитывается на прочность при действии тангенциальных сил инерции, так как они больше центробежных сил по величине и вызывают у колонки напряжения разного знака (перемена направления движения гребня в нижнем и верхнем крайних положениях).

Определив максимальные силы инерции, можно провести проверочный расчет колонки на прочность, рассматривая ее как консольную балку, защемленную у места крепления колонки к валу. Пренебрегая силами веса колонки G_K и полотна G_ПР, можно определить максимальный и минимальный изгибающие моменты:

(10)

где и —тангенциальные силы инерции в крайнем нижнем и верхнем положениях колонки.

Так как М_mах и M_min вызывают напряжения разного знака:

где W_изг— момент сопротивления сечения колонки изгибу, то

проводится проверка колонки на усталость:

, (11)

где —амплитудное напряжение цикла;

—среднее напряжение цикла;

— предел выносливости материала колонки;

К_-1 — эффективный коэффициент концентрации

напряжений в опасном сечении колонки;

— масштабный фактор и фактор,

учитывающий состояние поверхности детали;

— предел прочности материала колонки.

Проведем проверочный расчет полотна гребня. Полотно гребня прикрепляется к колонкам и может быть разделено на средние и концевые пролеты (рис. 16).

Полотно гребня работает на изгиб под действием тангенциальных сил инерции и центробежных сил. Масса полотна среднего пролета

т = Flρ кг,

где F — площадь (hb) поперечного сечения полотна гребня без учета

выреза зубьев в м²;

l — расстояние между колонками в м;

ρ — плотность материала полотна в кг/м³.

Рисунок 16 – Схема съемного барабана

Рассматривая полотно гребня между колонками как защемленную с двух сторон балку с равномерно распределенной нагрузкой, определим напряжение в опасном сечении с учетом режима работы от действия сил.

Максимальная центробежная сила

Р_п = — та_п н,

где т — масса полотна гребня между колонками;

а_п — максимальное нормальное ускорение.

Полотно, как правило, рассчитывается на жесткость, так как технологический зазор между полотном и съемным барабаном составляет всего 0,2—0,3 мм. Из рассмотрения работы гребня видно, что в данном случае наибольшую опасность представляет центробежная сила инерции, которая направлена в сторону уменьшения технологической разводки:

Подставляя сюда максимальное значение , получим . Сила является равномерно распределенной

где l_ПР — расстояние между соседними колонками гребня.

При заданных размерах гребня и расчетной скорости опасным сечением будут места заделки; допускаемое напряжение на изгиб

где h — толщина полотна гребня;

b — ширина полотна гребня;

l — длина среднего пролета полотна гребня.

Подставляя значение Р_п и т, получим

Стрела прогиба для среднего пролета гребня от действия центробежной силы

(12)

где EJ — жесткость полотна при изгибе.

Длина концевой (консольной) части полотна гребня определяется из условия равенства прогибов. Максимальная величина прогиба должна быть меньше минимальной разводки между съемным барабаном и полотном гребня по всей его длине. При правильно разработанной конструкции прогиб f полотна должен быть в 10 и более раз меньше технологической разводки. Стрела прогиба для консольной части

(13)

где Р'_п — центробежная сила крайнего пролета;

l₁ — длина крайнего пролета.

Приравнивая выражения (12) и (13) и решая полученное уравнение относительно l₁, получим соотношение между длинами крайнего и среднего пролетов полотна гребня: