Удосконалення та синтез механізму прокачки вушкових голок основов’язальних машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТА СИНТЕЗ МЕХАНІЗМУ ПРОКАЧКИ ВУШКОВИХ ГОЛОК ОСНОВОВ'ЯЗАЛЬНИХ МАШИН

Спеціальність: Машини легкої промисловості

ДВОРЖАК ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ

КИЇВ, 2008 РІК

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦІЇ

Актуальність теми. Тема дисертації пов'язана з основов'язальними машинами (далі ОВ-машини), в яких, як правило, використовуються матеріалів та металомісткі багатоланкові важільні механізми (БЛВ-механізми), що реалізують закон руху веденої ланки за цикл утворення одного петельного ряду.

Конструкція ОВ-машин відрізняється ключовим терміном - “багато...”, оскільки в робочому процесі петлетворення бере участь до 2500 голок, 2500 платин, 2500 вушкових голок в одній гребінці, котрі беруть участь в утворенні 2500 петель з 2500 ниток основи за цикл роботи ОВ-машини. Механізм в'язання таких машин містить багатоланкові важільні механізми, які працюють у трьох паралельній схемі і тому такі ОВ-машини належать до особливого класу циклових в'язальних машин.

Значний внесок у розвиток проектування в'язальних машин зробили Далідович А.С., Гарбарук В.М., Сімін С.Х., Сердюк В.П., Піпа Б.Ф., Волощенко В.П., Хомяк О.М., Масленніков Ю.І., Труєвцев А.В. та ін.

Удосконаленням ОВ-машин та нормалізацією робочого процесу в'язання займалися вчені МТІ ім. А.М. Косигіна, ВНДІТЕХМАШ, КТІЛП, КНУТД, ХНУ, заводу “Легмаш” (Білорусія), закордонних фірм Ліба, Карл Майєр, Текстайл Машинінг, Текстима та ін. Тут слід відмітити праці Мойсеєнка Ф.А., Окса Б.С., Цитовича І.Г., Кузнєцова Б.А., Сіміна С.Х., Щербаня В.Ю., Параски Г.Б. та ін.

Удосконалення механізмів ОВ-машин і зокрема механізму прокачки вушкових голок ОВ-машин як основної функціональної групи механізму в'язання з самого початку було спрямовано на синтез БЛВ-механізмів іноді з декількома ведучими ланками, теорія роботи яких вимагає реалізації закону руху з вистоєм. В окремих випадках зменшення кількості рухомих ланок в таких механізмах відбувалося завдяки використанню ланок з вищими кінематичними парами.

У документації на ОВ-машини закордонних фірм, які мають електронну адресу в Інтернет, у закордонних патентах по механізмам ОВ-машин та у сучасних закордонних ОВ-машинах, що експлуатуються на Україні, відсутні рекомендації з їхнього проектування. Тому удосконалення вже існуючих та розробка нових механізмів і функціональних груп ОВ-машин, а саме функціональних груп прокачки гребінок з вушковими голками, здатних забезпечувати закон руху з вистоєм, є актуальним завданням і представляє інтерес для трикотажної промисловості.

Крім того, удосконалення БЛВ-механізмів шляхом розробки переважно нових структур цільових механізмів та нового класу ОВ-машин, які містять ланки з пружними елементами, що дозволяє зменшити кількість рухомих ланок до трьох, а тому знизити масу механізмів петлетворення, в кінцевому випадку дозволить створити малогабаритні ОВ-машини, використання яких є актуальним саме у малому бізнесі.

Тому актуальною є задача удосконалення БЛВ-механізмів шляхом розробки переважно нових структур цільових механізмів та нового класу “мало габаритних спеціалізованих основов'язальних машин” або “побутових основов'язальних машин”, які містять ланки з пружними елементами.

Таким чином, зниження металомісткості та енергозбереження галузевого машинобудування, а саме трикотажного машинобудування є актуальною науковою задачею, вирішення якої дозволить науково обґрунтувати створення побутової ОВ-машини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась у відповідності з затвердженою науковою програмою діяльності Київського національного університету технологій та дизайну Н/н2-05-02 та Н/н2-05-07 “Обладнання, системи управління технологічними процесами для контролю якості виробів” за напрямком 4/05-02 та 4/05-07 “Вдосконалення методів проектування машин легкої промисловості”.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертації є синтез та проектування функціональних груп прокачки вушкових гребінок механізмів вушкових голок з пружними ланками, що працюють у паралельній схемі, а саме типових механізмів вушкових голок ОВ-машин.

Об'єктом дослідження є вдосконалення та синтез функціональної групи прокачки вушкових гребінок механізму в'язання, що працюють в паралельній схемі ОВ-машин.

Предметом дослідження є функціональні групи прокачки вушкових гребінок з пружними ланками механізму в'язання, що працюють в паралельній схемі ОВ-машин.

Методи дослідження. Поставлені завдання вирішувались з використанням математичних методів і сучасних комп'ютерних технологій, наукових положень теоретичної механіки, теорії механізмів та машин, теорії графів, сучасних методів статистичної обробки результатів експериментальних досліджень.

Наукова новизна дисертації полягає у сформульованих науковій гіпотезі, науковій проблемі і наукових завданнях, які направлені на збереження закономірності процесу петлетворення на ОВ-машинах, на спрощення конструкції і зменшення та металомісткості за рахунок введення нових зв'язків у цикловий механізм вушкових голок. Для цього:

- при структурному аналізі уточнена формула Малишева та запропоновано використання розроблених трикутних графів 1-го, 2-го та 3-го роду;

- запропонована нова топологія проектування основов'язальних машин як складної механіко-технологічної системи та виконано порівняльний аналіз множини функціонально-адекватних механізмів прокачки вушкових голок;

- встановлені нові зв'язки між двома послідовними етапами метричного синтезу чотирьох ланкових механізмів змінної структури за цикл петлетворення;

- розкрито механізм виникнення крутильних та згинальних коливань гребінок з вушковими голками, що пов'язані з точністю проектування, виготовлення та монтажу ланок і кінематичних пар важільних механізмів.

Достовірність наукових результатів підтверджена експериментальними дослідженнями чотирьох ланкових функціональних груп прокачки вушкових гребінок з пружними ланками, що працюють в паралельній схемі ОВ-машин.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- доведено доцільність застосування пружних ланок в механізмах вушкових голок, що працюють в три паралельній схемі ОВ-машин;

- удосконалено методику проектування важільних механізмів, що працюють в паралельній схемі ОВ-машин;

- результати досліджень впроваджено до навчального процесу КНУТД за спеціальністю 7.090222 та 8.0902.22 2 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування” та в дисциплінах “Основи розрахунку та конструювання типових машин”, “Проектування машин легкої промисловості (проектування машин трикотажного виробництва)”;

- розроблені принципово нові конструкції функціональних груп прокачки вушкових гребінок з пружними ланками, що працюють в паралельній схемі ОВ-машин (патент України № 51399 А, Бюл. № 11 від 15.11.2002 р.);

- на основі проведених досліджень розроблена експериментальна установка чотирьох ланкового механізму зі змінною структурою прокачки вушкових гребінок з пружною ланкою.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні результати та результати експериментальних досліджень отримані автором самостійно. У публікаціях, виконаних у співавторстві, здобувачем виконаний пошук та систематизація аналогів-прототипів механізмів, машин, патентів та визначення вихідних параметрів для побудови математичних моделей. При складанні патентів - участь у розробці спільної та відмінної частин формули винаходу, участь в обговоренні та підтвердженні раціональної структури механізму прокачки вушкових голок нової конструкції. Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та експериментальні положення та результати роботи доповідалися та отримали позитивну оцінку на:

- наукових конференціях Київського національного університету технологій та дизайну та засіданнях кафедри машин легкої промисловості КНУТД (2000-2007 рр.);

- I Українсько-Польській науковій конференції “Сучасні технології виробництва в розвитку економічної інтеграції та підприємництва” (смт. Сатанів, 16-18 жовтня 2003 р.);

- ІІІ Українсько-Польській науковій конференції молодих вчених (м. Хмельницький, 2005 р.).

У повному обсязі дисертація доповідалась та схвалена на між кафедральному науковому семінарі на кафедрі машин легкої промисловості КНУТД 27 листопада 2007 р.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 18 робіт, серед яких 5 наукових статей в спеціалізованих виданнях, рекомендованих ВАК України, 12 тез доповідей на наукових конференціях та 1 патент України на винахід.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Об'єм основної частини дисертації складає 149 сторінок друкованого тексту та включає 76 рисунків на 53 сторінках, 11 таблиць на 11 сторінках, список використаних джерел з 162 найменувань на 17 сторінках та 3 додатків на 27 сторінках. Загальний обсяг дисертації складає 260 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано ціль, наукову гіпотезу, наукову проблему, наукові задачі досліджень, показані наукова новизна та практичне значення роботи.

Перший розділ присвячений аналізу проблеми вдосконалення структури та синтезу цільових механізмів ОВ-машин.

За результатами аналітичного огляду встановлено, що конструктивною особливістю будови основов'язальних машин є використання двох функціональних груп в механізмі вушкових голок: функціональної групи для прокачки гребінок з вушковими голками та функціональної групи для їхнього зсуву. При цьому функціональна група прокачки гребінок з вушковими голками складається з трьох однакових механізмів, що працюють у паралельній схемі, і які навантажені на спільну ведену ланку - гребінку з, наприклад, 2500 вушковими голками.

Для забезпечення закону руху вушкових голок з вистоєм в сучасних ОВ-машинах використовуються багатоланкові важільні механізми. З аналізу множини структурних та кінематичних схем механізмів прокачки гребінок з вушковими голками різних ОВ-машин випливає, що кількість ланок в таких механізмах складає, як правило, 8, 9, 10.

Використання пружних елементів в цільових механізмах в'язальних машин дозволяє зменшити кількість рухомих ланок до трьох при збереженні функціонального призначення механізму.

На основі аналізу процесу петлетворення на ОВ-машинах з крючковими, язичковими та пазовими голками та аналізу знакової моделі показано, що прокладання ниток основи на крючкові (або язичкові та пазові) голки здійснюється одночасно при першій прокатці вушкових голок між крючковими (язичковими або пазовими), подальшому зсуві вушкових голок на один голковий крок перед голками (крючковими, язичковими або пазовими) та другій прокатці. При цьому після другої прокачки вушкові голки вистоюють за спинками голок (крючкових, язичкових або пазових) та можуть здійснювати зсув на певну кількість голкових кроків в залежності від виду в'язаного переплетення.

Крім того, аналіз особливостей взаємодії цільових механізмів ОВ-машин з різними голками при основов'язальному процесі петлетворення є необхідним для метричного (геометричного) синтезу таких механізмів ОВ-машин. З урахуванням геометричних розмірів робочих органів петлетворення і їхніх траєкторій, а також необхідних та достатніх величин кутів повороту головного валу, що визначені за циклограмою роботи ОВ-машини, або порядно-часовою взаємодією робочих органів (голок, платин, вушкових голок, пресу) за один цикл роботи ОВ-машини, виконується метричний синтез, як один з перших етапів проектування цільових механізмів.

Якість проектування БЛВ-механізмів цільового призначення пов'язана з оптимізаційним синтезом. Однак, з відомих методів синтезу механізмів не є очевидним які геометричні параметри ланок механізму підлягають оптимізації і ця задача проектування вирішується неоднозначно. Ще складнішим є питання про встановлення об'єктивних основних критеріїв оптимізації і обмежень, які повинні відображати і структуру механізму, і функціональне призначення машини, і специфіку технологічного процесу взаємодії робочих органів петлетворення з сировиною, виробом, напівфабрикатом. Математичний формалізм грає тут обслуговуючу роль, у той час коли якість проектування технологічної машини і цільового об'єкту, що виробляється, залежить від розуміння особливостей процесу петлетворення на в'язальних машинах.

У зв'язку з цим обґрунтована необхідність розробки нового методу синтезу для створення механізму прокачки гребінок з вушковими голками змінної структури, як передумова створення потенційно можливого нового класу “побутових основов'язальних машин” або “малогабаритних спеціалізованих основов'язальних машин”.

Другий розділ присвячений структурному аналізу та синтезу типового механізму прокачки гребінок з вушковими голками. На початковому етапі цього аналізу розроблена проектна циклограма роботи на прикладі ОВ-машини з крючковими голками, яка уточнена порівняно з циклограмами, відомими з навчальної та технічної літератури, а саме введенням фазових кутів зсуву гребінок з вушковими голками в залежності від типу в'язаного переплетення, що виготовляється на ОВ-машині.

При структурному аналізі специфічних БЛВ-механізмів основов'язальних машин, для яких відсутні рекомендації у теорії машин та механізмів, виконано уточнення формули Малишева для визначення кількості ступенів вільності механізму для трьох паралельних механізмів, навантажених на загальну ведену ланку.

Таким чином кількість надлишкових зв'язків у функціональній групі прокачки гребінок з вушковими голками дорівнює 23 ланкам, тобто при усуненні цих надлишкових ланок функціональна група прокачки не повинна втратити працездатності, при цьому вона буде містити один механізм прокачки (без трьох надлишкових ланок), у якого N=1.

Для одного з етапів структурного аналізу запропоновано використання трикутних графів першого, другого та третього роду і чотирикутних графів, які описують типові механізми.

З використанням цих базових понять побудовані орієнтовний граф функціональної групи прокачки базової ОВ-машини, та порівнюваних функціональних груп прокачки інших ОВ-машин.

Кожен з трьох паралельних механізмів прокачки функціональної групи прокачки базової ОВ-машини описується трьома трикутними графами 1-го роду у відповідності з кінематичною схемою. При цьому, три ведучі ланки - ексцентрики - закріплені на базовій вершині Х, Х, Х, графа Х₀, що не можна показати на плоскій розрахунковій схемі. Три ведені ланки закріплені на вершині, що збігається з базовою Х, Х, Х, графа Х₀.

Наступним етапом структурного аналізу виконаний порівняльний аналіз функціонально-адекватних механізмів за кількісним узагальненим критерієм якості К, який формувався як інтегральна кількісна оцінка сукупності частинних показників (критеріїв) Х_i якості виробів, до яких також увійшли запропоновані трикутні графи І, ІІ та ІІІ роду. Для розрахунку узагальненого показника якості функціональних груп прокачки вушкових гребінок ОВ-машин використовувався кореляційно-регресійний аналіз, згідно з яким була побудована математична “К-модель” у вигляді поліному першого порядку. Потім виконувався аналіз отриманої моделі і у випадку необхідності вона уточнювалась подальшим перерахунком а_i для меншого числа частинних показників якості, в результаті якого одержували усічені “К-моделі”.

Оцінювалися 10 функціональних груп прокачки вушкових голок ОВ-машин: ОВ-7, Супер-Рапид, Ридинг, Кокетт 5215, Кокетт 5219, Кокетт 5224, ФНФ, Ексцентра, Ліба та механізм прокачки змінної структури на базі машини ОВ-7. При побудові та аналізі “К-моделей” введені такі позначення частинних показників якості (факторів) та присвоєні якісні оцінки для 10 конструкцій порівнюваних функціональних груп прокачки вушкових голок:

- Х₁ - кількість трикутних та чотирикутних графів за кінематичною схемою механізму;

- Х₂ - кількість рухомих ланок в механізмі;

- Х₃ - кількість кінематичних пар 5-го класу в механізмі;

- Х₄ - кількість кінематичних пар в механізмі;

- Х₅ - кількість валів (стійок) в механізмі;

- Х₆ - кількість гребінок в механізмі;

- Х₇ - кількість ведучих ланок в механізмі;

- Х₈ - наявність пружних ланок в механізмі з урахуванням технологічної пружної системи - ниток основи;

- Х₉ - приведений до головного валу момент інерції механізму.

На основі вихідних даних - двомірного масиву (X_i, Y_i) розмірністю (1010) та розрахунків на ЕОМ за програмою SAFAM виявлений оптимальний за узагальненим критерієм механізм, модель якого, отримана шляхом послідовного відсіювання за коефіцієнтом парної кореляції отриманих 9 факторів для 10 порівнюваних структур механізмів. В результаті виявлено, що найбільший вплив на загальний показник якості здійснюють кількість трикутних графів в структурній схемі механізму (Х₁), кількість рухомих ланок (Х₂), кількість кінематичних пар (Х₃), наявність пружних ланок в механізмі (Х₈) та приведений момент інерції механізму (Х₉).

Параметри, виявлені на цьому етапі дослідження, лягли в основу проектування механізмів нової структури.

Третій розділ присвячений аналітичному дослідженню базової функціональної групи прокачки вушкових голок. Для кінематичного аналізу використовувався метод векторних замкнутих контурів (метод Зинов'єва В. А.). За цим методом згідно з розрахунковою схемою, отримані аналітичні залежності для визначення функцій переміщень , лінійних швидкостей , лінійних прискорень , , кутових швидкостей та кутових прискорень характерних точок механізму та усіх його рухомих ланок в залежності від кута повороту (₁) головного валу ОВ-машини. Кут повороту ланки GH, який визначає положення коромисла з гребінками з вушковими голками.

За результатами кінематичного розрахунку побудовані графіки функцій переміщень , лінійних швидкостей , та лінійних прискорень вушка вушкової голки та графіки функцій кута повороту , кутових швидкостей та кутових прискорень гребінки з вушковими голками за один оберт головного валу ОВ-машини. Згідно з графіками для кутової швидкості головного валу:

- максимальне значення прискорення вушка вушковини дорівнює , а кутове прискорення гребінки дорівнює . Цих значень гребінка з вушковинами досягає на куті повороту головного валу , що відповідає переміщенню вушка вушковини на відстань повної прокачки, тобто на мм, при повороті гребінки на кут . Отримана функція положення вушкових голок наближена до функції положення що приведена в технічній літературі.

Аналіз функцій переміщення, швидкостей та прискорень вушкових голок дозволяє зробити наступні висновки: зсув гребінки починається при , а закінчується при , при цьому швидкість зменшується майже по лінійному закону від м/с до м/с, а нитка основи отримує прискорення в поперечному напрямку від м/с² до м/с². На основі кінематичного аналізу механізму прокачки вушкових голок проведений розрахунок цього механізму на точність відтворення функції положення. Цей розрахунок виконувався за допомогою диференціального методу.

Умовою розрахунку було вкладання значень первинних похибок у поле допусків на геометричні розміри ланок механізму базової ОВ-машини. Для базового механізму вушкових голок функція положення вушка вушкової голки передньої гребінки залежить від 14 незалежних параметрів: L_AB, L_BC, L_CD, X_D, Y_D, L_CE, L_EF, X_F, Y_F, L_EG, L_GH, X_H, Y_H, ₁.

Отримані значення похибки положення дозволяють зробити висновок про те, що найбільша похибка положення механізму виникає на початку та наприкінці вистою гребінок на куті повороту головного валу, відповідно, 248,52° та 303,75 (,), а найменша (, ) при прокатці вперед, що можна пояснити вибіркою зазорів у кінематичних парах механізму на куті повороту головного валу . Тому при прокатці треба збільшувати хід гребінки на величину (0,041 + 0,041 = 0,082 мм), що обмежує амплітуду коливань при застосуванні вдосконаленого механізму (чотирьох ланкова з пружним шатуном). При цьому на фазі вистою гребінок відбувається друга їхня прокатка на кут 0,12, що становить 0,276 мм переміщення вушка вушковини з похибкою положення , що відповідає .

Наступним етапом після кінематичного аналізу був проведений силовий аналіз базового механізму на основі методу кінетостатики, за допомогою якого визначені реакції в кінематичних парах E, G, H механізму прокачки базової ОВ-машини. За результатами силового розрахунку побудовані графіки залежності максимальної реакції R_max в кінематичній парі G від кутової швидкості ₁ головного валу та графіки реакцій в кінематичних парах E, G, H в залежності від кута повороту головного валу машини при максимальній кутовій швидкості головного валу. При цьому максимальних значень реакції досягають при максимальній прокатці вперед вушкових гребінок, що відповідає куту повороту кривошипу ₁ = 119,73. Четвертий розділ присвячений синтезу структурно вдосконаленого циклового механізму прокачки вушкових голок з пружними ланками. Запропоновано для вдосконалення структури при збереженні законів руху вушкових гребінок з вистоєм замість семи рухомих ланок в механізмі базової конструкції використовувати 3 рухомі ланки, одна з яких має пружний елемент.

Така структура використання типового механізму у вигляді механізму отримала назву “Механізм зі змінною структурою”. Суть змінної структури механізму за цикл утворення одного петельного ряду полягає у тому, що на фазі першої та другої прокачки вушкових голок він за структурою є механізмом, а на фазі вистоювання за спинками голок механізм перетворюється на кривошипно-кулісний.

Тому запропоновано метод двох стадійного метричного синтезу та аналізу такого механізму.

Однією з умов синтезу нами було прийнято отримання механізму, у якого лінія, що проведена через дві крайні точки траєкторії веденої ланки, проходила б через вісь обертання веденої ланки.

При виконанні цієї умови кути тиску в кінематичній парі шатун-коромисло не будуть перевищувати кута тиску в крайньому положенні механізму, що відповідає моменту, коли кривошип і шатун знаходяться на одній прямій AB₁C₁.

При цьому максимальний кут тиску буде дорівнювати куту прокачки вушкових голок, а механізм буде реалізовувати симетричну циклограму роботи.

Оскільки при синтезі механізму з вистоєм веденої ланки в одному з крайніх положень заздалегідь невідомий кут повного розмаху коромисла , частиною якого є відомий кут прокачки вушкових голок _пр, тому необхідні початкові параметри для синтезу визначаємо з використанням кута прокачки _пр вушкових голок.

В такому випадку немає потреби розв'язувати трансцендентне рівняння для того, щоб визначити початковий кут установки ₁ коромисла CD, тобто це частинний випадок синтезу.

Кут ₁ визначається з трикутників ADF та C₁DF:

Де:

L_DF - довжина перпендикуляра, що опущений з точки D на лінію АС₁, яка дорівнює довжині катета DF прямокутного трикутника C₁DF.

Кут ₂, що відповідає другому крайньому положенню вушкових голок (але не другому крайньому положенню кривошипного механізму), визначається з трикутників ADF та C_2,3DF.

Визначення довжини кривошипа АВ та довжини шатуна ВС, коли відомі координати стояка, довжина коромисла та кут, що визначає його положення, довжина кривошипу дорівнює піврізниці відрізків, що з'єднують вісь обертання кривошипа з крайніми положеннями коромисла, а довжина шатуна дорівнює сумі цих відрізків, тобто:



Сума довжин кривошипа та шатуна невідома. Вона дорівнює довжині відрізка AC₁, яка визначається з трикутника ADC₁ за теоремою косинусів:

Різниця довжин шатуна та кривошипа невідома, тому що невідоме друге крайнє положення коромисла. Виразимо довжину відрізка АС₄ з трикутника ADC₄ за теоремою косинусів через кут ₂, що відповідає другому крайньому положенню вушкових голок, та кут , який дорівнює різниці кута повного розмаху коромисла _max та кута прокачки вушкових голок _пр, тобто:

Тоді:

Довільно вибираємо інтервал значень . Для цих значень розраховуються L_AB та L_BС, які є функціями від .

Функція положення коромисла має такий вигляд:

Де:

_S - кут нахилу лінії AD до осі Х.

Він визначається за формулою:

Визначаємо значення функції положення коромисла для кута установки кривошипа ₁, що відповідає крайньому верхньому положенню коромисла C₁D, та кута _i, а також для кута установки кривошипа ₂, що відповідає вистою вушкових голок (положення коромисла C_2,3D), та того самого кута _i.

Різниця значень функцій положень коромисла:

- при кутах установки кривошипа ₁ та ₂ дорівнює дійсному куту прокачки вушкових голок при даному значенні кута _i. Якщо дійсний кут прокачки вушкових голок виявиться таким, що дорівнює заданому куту _пр їх прокачки, то результати розрахунку приймаються за остаточні. При цьому цільова функція записується у вигляді:

Умові відповідає кут 1,506. Виконуємо перевірку за формулою:



Різниця дорівнює нулю, а отже, розраховані параметри механізму задовольняють умовам синтезу. В результаті одержуємо такі значення параметрів: довжина кривошипа l_AB = 6,98 мм, довжина шатуна l_BC = 521,0 мм, довжина коромисла l_CD = 115 мм, координати точки А (0;0), координати точки D (46;533). Приведений метод синтезу справедливий також і для випадків використання пружного елементу у ведучій або веденій ланках.

Наступним кроком було кінематичне дослідження отриманого в результаті метричного синтезу механізму прокачки змінної структури. Для кінематичного аналізу був так само використаний метод замкнутих векторних контурів, в результаті якого побудовані функції переміщень, лінійних швидкостей та лінійних прискорень, а також функції кута повороту, кутових швидкостей та кутових прискорень гребінки з вушковими голками нового механізму прокачки змінної структури. На основі кінематичного аналізу проведений силовий аналіз механізму змінної структури методом кінетостатики та отримані аналітичні вирази реакцій в кінематичних парах механізму на фазових періодах першої та другої (І стадія) та на фазовому куті вистою (ІІ стадія). На основі силового аналізу виконаний розрахунок пружної ланки механізму та визначений ресурс її роботи, який складає 670 годин, що для побутової ОВ-машини може становити більше року роботи.

На засадах виконаних досліджень, а саме структурного аналізу і синтезу, кінематичного аналізу, силових розрахунків, пов'язаних з визначенням ресурсу пружної ланки, запропонована структура нового класу побутової основов'язальної машини, на яку подана заявка на винахід з використанням авторського патенту на механізм прокачки (коливального руху) вушкових голок змінної структури. П'ятий розділ присвячений експериментальним дослідженням параметрів математичних моделей структурно вдосконалених механізмів прокачки вушкових гребінок з пружними ланками.

Для проведення експериментальних досліджень методом тензометрії був розроблений розмірний експериментальний стенд, який оснащений сучасними засобами електричних вимірювань неелектричних величин, а саме, реакцій в кінематичній парі “шатун-коромисло” та автоматизованого запису діаграми переміщення вушкової голки за цикл утворення петельного ряду. Експериментальний стенд побудований на основі 8-розрядного контролера WAD-AIK-BUS з аналого-цифровим перетворювачем на 4 канали та реєстрації у режимі реального часу результатів зміни реакцій за допомогою персонального комп'ютера. При аналізі експериментальних та розрахункових графіків функції положення виявилося, що вони співпадають з похибкою у 2,5 %. Значення реакцій в кінематичній парі “шатун-коромисло” отримані в результаті проведення експерименту згідно з центральним композиційним планом експерименту 2-го порядку.

Визначення оптимальних значень реакцій в кінематичній парі “шатун-коромисло” нового механізму прокачки вушкових голок побутової основов'язальної машини проведені для цільової функції:

При обмеженнях на кутову швидкість головного валу (₁), приведений момент інерції коромисла (І_К) та відносну довжину шатуна (Дl_ш):

В результаті отримана нелінійна експериментально-статистична модель (3) в натуральних показниках:

(3)

Виявлені границі зміни максимальної реакції в кінематичній парі “шатун-коромисло” з урахуванням прийнятих обмежень на зміну трьох параметрів цільової функції. Встановлено, що максимальні значення реакцій знаходяться в границях 102,3-103,2.

Аналіз трьох множин графіків дозволяє зробити наступні висновки. Оптимальна величина реакції в кінематичній парі “шатун-коромисло” знаходиться в межах обмежень, які накладені на функцію відгуку і визначені планом активного експерименту. Отримані графічні залежності для ліній рівного відгуку можна використовувати як номограми при розрахунках на міцність при згинанні пальця кінематичної пари “шатун-коромисло”. Це є доказом працездатності і надійності роботи механізму нової структури, яка змінюється за цикл петлетворення основов'язальної машини нової конструкції для забезпечення функції руху з вистоєм вушкових голок на фазовому куті прокачки гребінок з вушковими голками.

ВИСНОВКИ

1. Виконаний аналіз проблеми вдосконалення структури та синтезу цільових механізмів ОВ-машин дозволив сформулювати наукову гіпотезу, наукову проблему та наукові задачі, які вирішені в розділах 2-5, а саме:

- уточнена формула Малишева для багатоланкових важільних БЛВ-механізмів, що працюють в паралельній схемі для ОВ-машин та виконаний структурний аналіз надлишкових зв'язків БЛВ-механізмів ОВ-машин на засадах існуючої формули Малишева (23 надлишкові ланки);

- виконаний структурний аналіз та синтез циклових БЛВ-механізмів на основі теорії графів;

- розроблені раціональні структурні схеми механізму вушкових голок з пружними ланками ОВ-машин;

- розроблена математична модель механізму вушкових голок з пружними ланками ОВ-машин з крючковими голками, на базі яких досліджені можливості запропонованих конструкцій з відтворення траєкторій робочих органів петлетворення сучасних та перспективних ОВ-машин;

- розроблений двох стадійний метод синтезу розроблених механізмів вушкових голок з пружними ланками ОВ-машин на рівні алгоритму та комп'ютерних програм;

- проведені експериментальні дослідження для підтвердження достовірності аналітичних досліджень, працездатності та інженерних методів проектування розроблених механізмів вушкових голок з пружними ланками ОВ-машин.

2. Виконані аналітичні розрахунки диференційним методом на точність відтворення функції положення вушковими голками передньої гребінки з урахуванням відхилення розмірів ланок механізму прокачки за допусками на їх лінійні розміри.

3. Виконаний кінематичний та силовий аналіз для визначення реакцій в кінематичних парах базового механізму прокачки вушкових гребінок та розробленого механізму з пружними ланками (границі зміни максимальної реакції 102,3-103,2 Н), для якого виконаний розрахунок пружної ланки та ресурс її роботи (670 годин).

4. Встановлені геометричні, кінематичні та силові параметри механізму змінної структури покладені в основу проектування нового класу побутових ОВ-машин.

5. За результатами теоретичних досліджень запропоновано створення нового класу побутових ОВ-машин для роботи у малому бізнесі з виготовлення спеціальних виробів, що не залежать від тенденції моди, наприклад, капронових полотен сітчастої структури шириною на одну секційно-снувальну котушці, які використовуються для збереження та фасування овочевої продукції та фруктів (наприклад, картоплі, моркви, буряка та ін.).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Орловський Б.В., Дворжак В.М., Абрінова Н.С. Залежність якості проектування основов'язальних і швейних машин від вибору метода синтезу багатоланкових важільних механізмів // Вісник Технологічного університету Поділля. Ч. 1 “Технічні науки”. - 2003. - № 1. - С. 164-169.

2. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Особливості метричного синтезу механізму вушкових голок з пружними ланками основов'язальних машин // Вісник Технологічного університету Поділля. Ч. 1, Т. 2 “Технічні науки”. Спецвипуск. - 2003. - № 6. - С. 143-149.

3. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Синтез циклограм основов'язальних машин // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2005. - № 5. - С. 57-63.

4. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Порівняльний аналіз функціонально-адекватних механізмів вушкових голок основов'язальних машин // Вісник Хмельницького національного університету. Т. 2 “Технічні науки”. - 2006. - № 2. - С. 13-19.

5. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Кінематичний аналіз механізму прокачки вушкових голок основов'язальної машини // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2007. - № 1. - С. 17-25.

6. Пат. 51399 Україна, МКИ D 04 B 27/24. Механізм коливального руху вушкових голок основов'язальної машини: Пат. 51399 Україна, МКИ D 04 B 27/24 Б.В. Орловський, В.М. Дворжак (Україна). - № 2002032024; Заявл. 13.03.2002, Опубл. 15.11.2002, Бюл. № 11.

7. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Кінематичний аналіз типових механізмів прокачування вушковин рашель-машин методом обернення руху // Наукова конференції молодих вчених та студентів. Київ, 15-17 травня 2001 р. - К.: КНУТД, 2001. - Т. 2. - С. 9.

8. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Особливості синтезу механізмів основов'язальних машин // Наукова діяльність молоді на переломі тисячоліть: Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 24-26 квітня 2002 р. - К.: КНУТД, 2002. - Т. 2.- С. 41.

9. Орловський Б.В., Дворжак В. М. Особливості метричного синтезу механізму вушкових голок з пружними ланками основов'язальних машин // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: ІІ Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 23-24 квітня 2003 р. - К.: КНУТД, 2003. - С. 8.

10. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Особливості метричного синтезу механізму вушкових голок з пружними ланками основов'язальних машин // Сучасні технології виробництва в розвитку економічної інтеграції та підприємництва: 1 Українсько-Польська наукова конференція. Сатанів, 16-18 жовтня 2003 р., Хмельницький: ХНУ, 2003. - С. 137-138.

11. Орловский Б.В., Дворжак В.М. Проектирование целевых механизмов усовершенствованных основовязальных машин // Математическое моделирование в технике, науке, природе и обществе: региональная научная конференция. Ставрополь, 16-17 апреля 2004 г. - СевКавГТУ, 2004.

12. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Структурний аналіз трьохпаралельних функціональних груп кінематичних схем цільових механізмів основов'язальних машин методом теорії графів // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: ІІІ Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 19-21 квітня 2004 р. - К.: КНУТД, 2004. - Т. 2. - С. 14-15.

13. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Комп'ютерна експертиза функціонально-адекватних груп прокачки вушкових гребінок основов'язальних машин // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: ІІІ Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 19-21 квітня 2004 р. - К.: КНУТД, 2004. - Т. 2. - С. 15-16.

14. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Особливості побудови циклограм основов'язальних машин // ІІІ Українсько-польська наукова конференція молодих вчених. Хмельницький, 28-30 квітня 2005 р. - Хмельницький: ХНУ, 2005. - С. 153-154.

15. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Мініосновов'язальні машини // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: ІV Всеукраїнська ювілейна наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 17-19 травня 2005 р. - К.: КНУТД, 2005. - Т. 2. - С. 18. конструкція машинобудування важільний

16. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Синтез циклограми побутової основов'язальної машини // Погляд у майбутнє з надією: Наукова-технічна конференція. - К.: Вісник КНУТД № 5, Спецвипуск, 2005. - С. 38-39.

17. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Експериментальна установка механізму прокачки гребінок з пружним шатуном основов'язальної машини // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: V Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 26-28 квітня 2006 р. - К.: КНУТД, 2006. - Т. 2 - С. 8-9.

18. Орловський Б.В., Дворжак В.М. Кінематичний аналіз та розрахунок на точність типового механізму прокачки вушкових голок основов'язальної машини // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: VІ Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 17-18 квітня 2007 р. - К.: КНУТД, 2007. - Т. 2. - С. 100.

Размещено на Allbest.ru