Вдосконалення просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет технологій та дизайну

УДК 687.05

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Вдосконалення просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів

05.05.10 - машини легкої промисловості

Кошель Ганна Володимирівна

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Орловський Броніслав Вікентійович, Київський національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри машин легкої промисловості.

Офіційні опоненти:

- заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Піпа Борис Федорович, Київський національний університет технологій та дизайну, професор кафедри інженерної механіки;

- кандидат технічних наук, доцент Смутко Світлана Валеріївна, Хмельницький національний університет, доцент кафедри машин та апаратів.

Захист відбудеться « 26 » лютого 2009 р. о 10-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.02 в Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий « 20 » січня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Н.П. Бухонька

Загальна характеристика дисертації

Актуальність теми. В сучасних умовах розвитку устаткування легкої промисловості велика увага приділяється вдосконаленню обладнання автоматичної і напівавтоматичної дії. В зв'язку з сучасними технологічними вимогами (розмір ґудзика, що пришивається, величина закріпок, зміна числа і розташування стібків і таке ін.), що постійно змінюються, виникає необхідність розширення функціональних можливостей напівавтоматів для забезпечення виконання технологічних операцій в широкому діапазоні регулювання. Функціональні можливості напівавтомата залежать головним чином від структури та параметрів просторових механізмів, що входять до складу машини. До розвитку теорії проектування швейних машин зробили внесок наступні вчені: Русаков С. І ., Пруслін М. М., Полухін В. П., Вальщіков Н. М., Комисаров А. І., Червяков Ф. І., Лебедев П. А., Пищиков В. О., Орловський Б. В., Щербань Ю. Ю. та ін.

Просторові механізми відносять до складних механізмів, застосування яких в швейних машинах обумовлено потребою передачі руху від ведучої до ведених ланок, площини руху яких перетинаються у просторі. Ствердження про те, що кілька десятків років застосовування просторових механізмів було більш поширеним, а зараз з розвитком мікропроцесорної техніки виникла можливість спростити та замінити їх більш простими плоскими механізмами, є не обґрунтованими. Дійсно, деякі просторові механізми можна замінити плоскими, але у цьому випадку ведуча ланка механізму отримує рух від крокового міні електродвигуна з управлінням на базі контролерів. На заваді цьому стає відсутність на Україні промисловості, яка займається розробкою та виробництвом електронних мікроконтролерів, що використовуються для перетворення циклових швейних напівавтоматів з механічними програмоносіями на гнучке програмне управління цього класу машин на базі мікропроцесорної техніки. Таким чином, застосування такого обладнання значно здорожує його собівартість. Використання класичних просторових механізмів промислових циклових швейних напівавтоматів доцільно з точки зору відносно малої собівартості виготовлення, експлуатації та ремонту таких машин на малих і середніх підприємствах різної форми власності. Тому розширення технологічних можливостей існуючого парку циклових швейних напівавтоматів на основі вдосконалення просторових механізмів є актуальною науковою проблемою. Для розв'язання цієї наукової проблеми в дисертації запропоновано вирішення наукових задач: теоретичних, експериментальних та апробація отриманих результатів.

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

Мета і завдання дослідження. Метою дисертації є вдосконалення існуючих конструкцій просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів для розширення функціональних можливостей даного виду устаткування зі збереженням необхідної точності позиціонування робочих органів та поліпшення динамічних характеристик технологічного обладнання.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені і виносяться на захист наступні завдання:

- дослідження структурної особливості просторових механізмів швейних напівавтоматів, а саме можливість роботи тільки за рахунок гарантованих зазорів в кінематичних парах;

- кінематичне та динамічне дослідження просторового механізму з урахуванням його структурної особливості;

- дослідження точності позиціонування голки відносно отворів фурнітури;

- розробка альтернативної структурної схеми і конструкції механізму на заміну існуючої конструкції кулісного просторового механізму та проведення необхідних досліджень;

- проведення експериментальних досліджень залежностей величини сили, що діє у кінематичній парі чотириланковика та механізму нової структури, від параметрів, а також досліджень точності позиціонування голки;

- експериментальне підтвердження адекватності теоретичних досліджень.

Об'єктом дослідження є процес вдосконалення типового просторового механізму швейного напівавтомату.

Предмет дослідження - просторові чотириланковики механізмів швейного напівавтомату.

Методи досліджень. При вирішенні завдань дослідження в дисертації використані методи теоретичної механіки, теорії механізмів і машин, теорії математичного моделювання, сучасних комп'ютерних технологій та методів статистичної обробки результатів експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що в цій роботі вперше:

- виконано структурний та функціональний аналіз просторових механізмів поперечного переміщення робочого органу циклових швейних напівавтоматів в структурі яких містяться просторові чотириланковики, що працюють за рахунок гарантованих зазорів у кінематичних парах;

- сформульовано поняття «квазі» - механізму та розроблено класифікацію механізмів поперечного переміщення робочих органів;

- виконано кінематичний аналіз просторового механізму поперечного переміщення голки з гарантованим зазором у кінематичній парі з використанням плоскої кінематично-адекватної схеми;

- проведено динамічні дослідження умов роботи кінематичної пари з зазором за допомогою розрахункової моделі;

- проведено розрахунки механізму поперечного переміщення на точність положення голки відносно отворів фурнітури з урахуванням зазору у кінематичній парі;

- виконано структурний синтез механізмів поперечного переміщення робочого органу циклових швейних напівавтоматів, робота яких не залежить від наявності гарантованих зазорів.

Достовірність наукових результатів підтверджена експериментальними дослідженнями існуючого та нового механізмів голки швейного напівавтомату для пришивання фурнітури.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- розроблено нові конструкції механізму голки швейного напівавтомату для пришивання фурнітури (патент України № 51397 А, Бюл. № 11 від 15.11.2002 р., патент України № 55087 А, Бюл. №3 від 17.03.2003 р., патент України № 58952 А, Бюл. №8 від 15.08.2003 р., патент України № 80708, Бюл. №17 від 25.10.2007 р.) і механізму двокоординатних переміщень фурнітуротримача швейного напівавтомата (патент України № 53395 А, Бюл. № 1 від 15.01.2003 р.);

- розроблена експериментальна установка механізму голки на базі повнорозмірного швейного напівавтомату для пришивання фурнітури;

- розроблено нові прилади для визначення величини поперечного переміщення голки та тензометричного дослідження сили у кінематичній парі, що є уніфікованими для використання у старому та альтернативному новому механізмах;

- результати досліджень впроваджено до навчального процесу КНУТД за спеціальністю 7.0902.22 та 8.0902.22 «Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування» та в дисциплінах «Основи розрахунку та конструювання типових машин», «Проектування машин легкої промисловості»;

- рекомендації використовуються для модернізації просторових механізмів поперечних переміщень голки та фурнітуротримача циклових швейних напівавтоматів для пришивання фурнітури (27 кл. ПМЗ, 727 кл. ПМЗ, GS 600 «Панонія» (ВНР) та фірми «Sun Star» (Південна Корея)) на підприємствах СПД «Найда» та ЧФ «БРОНТ» (офіційного представника фірми «Sun Star» (Південна Корея) на Україні).

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні результати та результати експериментальних досліджень отримані автором самостійно. У публікаціях [1-4, 10-19], особистий внесок здобувача полягає у виконанні аналітичних розрахунків згідно з розробленими з співавторами схемами та моделями, проведенні експериментальних досліджень, обробці та обговорюванні отриманих результатів. У патентах [5-9] - участь у розробці спільної та відмінної частин формули винаходу, участь в обговоренні та підтвердженні раціональної структури чотириланковика нової структури.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та експериментальні положення та результати роботи доповідалися та отримали позитивну оцінку на:

- 1-й Українсько-Польській науковій конференції «Сучасні технології виробництва в розвитку економічної інтеграції та підприємництва» (смт. Сатанів, 16-18 жовтня 2003 р.);

- 3-й Українсько-Польській науковій конференції молодих вчених (м. Хмельницький, 28-30 квітня 2005 р.);

- ІІ - VІІІ Всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених та студентів «Наукові розробки молоді на сучасному етапі» та засіданнях кафедри машин легкої промисловості КНУТД (2002-2008 рр. м. Київ)

- ювілейній міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 75-річчю дня заснування Київського національного університету технологій та дизайну «Інноваційні технології - майбутнє України» (м. Київ, КНУТД, 2005р.);

У повному обсязі дисертація доповідалась та схвалена на міжкафедральному науковому семінарі КНУТД 21 жовтня 2008 р. та фаховому семінарі на кафедрі машин та апаратів ХНУ 25 листопада 2008 р.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 19 робіт, серед яких 5 патентів України на винахід, 4 наукові статті у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України та 10 тез доповідей на наукових конференціях.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Основна частина дисертації представлена на 147 сторінках друкованого тексту, з них 59 рисунків на 47 сторінках, 2 таблиці на 2 сторінках, список використаних джерел з 114 найменувань на 11 сторінках. Повний обсяг дисертації складає 228 сторінок включаючи 8 додатків на 61 сторінці.

Основний зміст дисертації

У вступі обґрунтовано актуальність теми, проаналізовано стан сучасного швейного машинобудування, сформульовано мету та основні завдання досліджень, сформульовано наукову новизну та практичне значення роботи.

Перший розділ присвячений аналізу способів пришивання фурнітури, огляду відомих типових механізмів поперечного переміщення голки та матеріалу, сучасного стану досліджень цих механізмів та методів їх синтезу та аналізу.

За результатами аналітичного огляду встановлено, що в літературних джерелах відсутня інформація про структурні особливості механізмів, які входять до складу швейних машин - напівавтоматів, та викладене неправильне уявлення про структуру цих механізмів, які фактично не є механізмами в загальноприйнятому розумінні цього терміна, можливо припустити, що вони працюють за рахунок свідомо завищених зазорів у кінематичних парах і величина переміщень ланок залежить і обмежена величиною цих зазорів. Крім того, відсутня будь-яка інформація щодо особливостей типових кулісних чотириланковиків та специфіки роботи машин, що містять у своїй структурі такі механізми. Встановлена відсутність методики структурного аналізу, оцінки та визначення кінематичних та динамічних параметрів таких механізмів. Існуючі методики визначення цих параметрів не можуть бути застосовані до даного виду механізмів, тому що не враховують специфіку їх роботи.

Інформація про існуючі кулісні просторові механізми носить поверхневий та інформативний характер, цілеспрямоване дослідження особливостей таких механізмів не проводилося, хоча їх конструкція багато років застосовувалась при проектуванні нових класів швейних машин - напівавтоматів. Виявлено у різних механізмах швейних напівавтоматів наявність просторових кулісних чотириланковиків, які вибрано у якості предмету дослідження.

Другий розділ присвячений уточненому аналізу будови просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів, на основі якого виконана порівнювальна характеристика типових машин напівавтоматів та виявлено в структурі цих механізмів просторові чотириланковики, які забезпечують передачу руху з однієї площини до іншої, але їх ступінь вільності дорівнює нулю, а рухомість ланок забезпечується наявністю гарантованих зазорів у кінематичних парах та в межах цих зазорів:

. (1)

На роботу таких механізмів накладені певні обмеження їх структурою, тому вони є «якби» механізмами і отримали назву «квазі» - механізми (рис. 1). швейний напівавтомат фурнітура конструкція

На основі проведеного аналізу механізмів поперечного переміщення робочих органів циклових швейних машин-напівавтоматів та структури просторових чотириланковиків, що надходять до їх складу, були визначені «квазі» - механізми, які забезпечують передачу руху з однієї до іншої взаємно-перпендикулярної площини та запропонована їх класифікація.

При структурному аналізі існуючих конструкцій кулісних чотириланковиків доведено, що у центральному (середньому) положенні вісь внутрішньої циліндричної поверхні куліси 1 (рис. 3, а) співпадає з віссю зовнішньої циліндричної поверхні каменя 2, а вісь циліндричної поверхні куліси 3 співпадає з віссю циліндричної поверхні отвору каменя 2, яка розташована перпендикулярно до повздовжньої осі каменя. При відхиленні ведучої куліси 1 з центрального положення у будь-який бік в кінематичній парі виникає перекіс геометричних осей та кут розбіжності між цими осями , що неприпустимо. Аналітично досліджено залежність кута розбіжності від кута повороту ₁ ведучої куліси 1 та побудований графік (рис. 3, в), аналіз якого показує, що відносний рух ланок може відбуватися лише за рахунок гарантованого зазору (рис. 3, б) у кінематичній парі та в межах цього зазору. Коли зазор у циліндричних кінематичних парах буде вичерпаний відносним рухом ланок настане заклинювання механізму - він стає фермою. Тому кут повороту веденої куліси 2 і величина поперечного переміщення голки є залежними від величини цього зазору у кінематичній парі.

У третьому розділі аналітично виконаний кінематичний, динамічний аналіз, а також дослідження точності позиціонування голки відносно отворів фурнітури механізму поперечного переміщення голки швейного напівавтомату, який має в структурі чотириланковик, що працює виключно за рахунок гарантованих зазорів у кінематичній парі. Цей механізм є просторовим, рух якому задається кулачковим механізмом, ведучою ланкою якого є кулачок - програмоносій, який розташований у вертикальній площині та кінематично з'єднаний з ведучою кулісою чотириланковика, який забезпечує передачу руху з вертикальної до горизонтальної площини, а потім за допомогою шатуна рух передається до рамки голководія з голкою. Кінематичне дослідження механізму поперечних переміщень голки починаємо з кінематичного аналізу кулачкового механізму, результати якого використовуємо як вхідні параметри для дослідження просторового механізму.

Кутові швидкість _О1С та прискорення _О1С коромисла-штовхача визначаються:

(2)

(3)

де - кут тиску;

в - змінний кут, який визначає миттєве положення веденої ланки;

_К - кутова швидкість кулачка;

- радіус кривизни центрового профілю кулачка.

Кінематичний аналіз кулачкового механізму за допомогою рівнянь (2), (3) є зручним для такого випадку дослідження. Центровий профіль кулачка має вигляд двох спряжених дуг кіл, радіус кривизни яких у положенні 3 (рис. 4) має протилежні знаки, а за величиною дорівнює радіусу ролика штовхача, тому не виникає складнощів щодо визначення величини кута тиску для будь-якого миттєвого положення механізму.

Для дослідження просторового існуючого кулісного чотириланковика запропонована плоска кінематично-адекватна модель механізму (рис. 5), яка складається з послідовно з'єднаних двох структурних груп Ассуру ІІ класу ІІ порядку, які утворені відповідно ланками (3а, 3) та (3b, 2). Для цього вертикальну площину V, де розташована куліса 1 механізму, який заміняємо, умовно повертаємо на 90 відносно лінії перетину хх до паралельного розташування з горизонтальною площиною Н, в якій розташована куліса 2. Адекватність моделі забезпечена тим, що у просторовому механізмі траєкторією точки К є лінія хх - лінія перетину вертикальної та горизонтальної площин V і Н, а у кінематично-адекватному плоскому механізмі траєкторію цієї точки забезпечує повзун 3, який рухається вздовж осі хх нерухомої напрямної, при цьому зберігаються миттєві відносні рухи ланок 1 та 2 механізму.

Лінійні швидкість V₃ та прискорення a₃ повзуна 3 розраховуються:

; (4)

Кутові швидкість ₂ та прискорення ₂ куліси 2:

; (5)

де ₁ , ₁ - кутова швидкість та кутове прискорення ведучої куліси О₁К;

а - відстань О₁К;

₂ , ₂ -кутова швидкість та кутове прискорення веденої куліси О₂К;

а₁ - відстань О₂К.

Кінематичне дослідження частини механізму, що розташована у горизонтальній площині проведено за допомогою аналітичного методу векторних замкнутих контурів. Отримані залежності кутової швидкості ₄ та кутового прискорення ₄ коромисла голководія від кута повороту коромисла ₂

Залежність ₄=f(₂) має в положеннях, які відповідають куту повороту коромисла ₂=91,5, 90, 88,5, миттєву зміну ординати, що може негативно впливати на умову роботи кінематичної пари з гарантованим зазором (явище м'яких ударів за рахунок сил інерції).

Для підтвердження цього вирішуємо задачу приведення сил та мас з використанням відповідної моделі кінематичної пари з зазором. Визначаємо приведені сили F_I, F_II та маси m_I, m_II до кінематичної пари, що утворена ведучою та веденою ланками 1 та 2 (рис. 3а):

(6)

(7)

де М_ІН1, М_ІН2, М_ІН3, М_ІН4, I_O1, I_O2, I_O3 - моменти інерції сил та мас відповідних ланок механізму;

₁, ₂, ₃, ₄ - кутові швидкості відповідних ланок ;

m₃, - маса шатуна;

V_S3 - лінійна швидкість центра мас шатуна.

Отримані результати (рис. 7) дають можливість зробити висновки про вплив гарантованого зазору на динамічні умови роботи такої пари.

Величина приведеної сили F_IІ на порядок більше величини приведеної сили F_I, при цьому, якщо врахувати те, що ведучою ланкою є ланка І, можна зробити висновок, що наявність гарантованого зазору у цій кінематичній парі призведе до додаткового радіального руху ланки ІІ по відношенню до ланки І в межах величини цього зазору. При цьому для аналізу характеру взаємодії ланок І та ІІ за період руху з крайнього лівого положення рамки голководія до крайнього правого положення повний хід умовно можна поділити на дві ділянки: з крайнього лівого положення «0» до середнього положення «3» та від положення «3» до крайнього правого положення «6». На ділянці «0ч3» спостерігається збільшення приведеної сили F_IІ, що призводить до збільшення динамічної складової реакції у цій парі, збільшенню сил тертя та, як наслідок, підвищеного зносу пари «кулісний камінь - куліса», з урахуванням їх повздовжнього відносного руху. Положення «3» характеризується особливими умовами взаємодії ланок, які утворюють пару з зазором. Для цього положення спостерігається миттєва зміна величини приведеної сили за напрямком. Це призводить до того, що утворюється швидкість радіального переміщення ланки І відносно ланки ІІ в межах зазору. Після того, як зазор буде вибраний цим переміщенням, виникає дотикання обох елементів пари, тобто спостерігається явище м'якого удару. Виникає видавлювання та перетікання змащення скрізь зазор. На ділянці руху «3ч6» спостерігаються умови взаємодії ланок аналогічні ділянці «0ч3». Якщо при цьому враховувати, що в реальній кінематичній парі «камінь-куліса» є перекіс геометричних осей цих ланок, що призводе до дотикання їх по лінії, то можна припустити збільшення питомого тиску в цих місцях та, як наслідок, підвищений знос елементів кінематичних пар ланок при умові повздовжнього руху каменя відносно куліси.

На якість виконання технологічних операцій впливає точність позиціонування голки. Відомим методом акад. Бруєвича Н.Г. було розраховано точність положення механізму, на яку в механізмах впливає точність виготовлення довжин ланок. Для механізму поперечного переміщення голки функція положення голки визначається незалежними параметрами ₁=f(l₁, l₂, l₃, l₄, ₂):

Похибка положення голки S_пол визначається з урахуванням кутової похибки положення коромисла голководія :

Механізм поперечного переміщення голки швейного напівавтомату окрім похибки положення голки, які викликані допусками на точність виготовлення ланок, має ще похибку положення голки, яка викликана наявністю зазорів, а в першу чергу у кінематичній парі кулісного чотириланковика з гарантованим зазором. Тоді похибка положення голки з урахуванням основних геометричних розмірів ланок механізму та величини гарантованого зазору визначається:



З одержаних результатів випливає, що величина похибки положення голки, яка викликана наявністю гарантованого зазору у кінематичній парі (рис. 8), перевищує у десятки разів величину похибки положення голки, яка викликана допусками на геометричні розміри ланок (рис. 9).

При цьому, по мірі зносу каменя величина похибки положення голки буде збільшуватись. Так при збільшенні величини зазору на 0,1 мм та максимальній величині довжини регулюючого коромисла l₂= 80 мм похибка положення голки складає майже 0,8 мм (рис. 8). Тому використання цього механізму по мірі зносу каменя призведе до погіршення точності позиціонування голки відносно отворів фурнітури, а розширення функціональних можливостей напівавтомату з такою конструкцією існуючого механізму та забезпеченням необхідної допустимої величини точності стає неможливим.

Четвертий розділ присвячений розробці та дослідженню механізму нової структури. Двокулісний просторовий механізм (рис. 10) утворюється таким чином, що кожна з куліс виконана так, що вісі їх циліндричних напрямних 12 та 13 розташовані поперек осей куліс 3 та 5, паралельно до осей їх коливання О₁ та О₂.

При цьому, проміжна просторова ланка, наприклад, циліндричний камінь (повзун) 4, зовнішня циліндрична поверхня якого, з одного боку, та внутрішня поверхня циліндричного отвору, що виконаний на повзуні перпендикулярно його вісі, з другого - утворюють з циліндричними напрямними 12 та 13 куліс 3 та 5 циліндричні (обертово-поступальні) кінематичні пари, вісь с-с та вісь d-d яких розташовані паралельно відповідним осям коливання О₁ та О₂ куліс 3 та 5, що розташовані у взаємно-перпендикулярних площинах V та Н.

Проміжна просторова ланка (повзун) 4 у процесі роботи механізму має лише поступальний рух вздовж осей x, y, z. Таким чином, цей механізм за класифікацією Артоболевського І. І. є механізмом першого сімейства та ступінь рухомості його складає W =5(n-1)-4·р₅-3·р₄=5·(4-1)-4·2-3·2=1.

Запропоновані варіанти різних конструкцій механізму нової структури, які забезпечують роботу механізму у широкому діапазоні коливання ланок, незалежно від величини зазорів у кінематичних парах. Згідно з результатами розрахунку точність позиціонування голки такими механізмами буде знаходитись у допустимому діапазоні похибки при умові виконання довжин ланок та відстаней між опорними стійками за 7-м квалітетом точності, який використовується в швейному машинобудуванні. З точки зору структурного аналізу нового механізму, він є механізмом з нижчими кінематичними парами, кількість ланок та кінематичних пар якого, у порівнянні з існуючим механізмом, не змінюється.

П'ятий розділ присвячений експериментальним дослідженням механізмів старої та нової структури. Для цього була створена сучасна експериментальна установка (рис. 11), до складу якої входили: швейний напівавтомат (промисловий стіл з електроприводом та головкою швейного напівавтомату); прилад з тензодатчиками для вимірювання навантажень (реакцій) у кінематичній парі «куліса-кулісний камінь»; прилад з тензодатчиками для визначення крайнього положення голки (відмітчик часу); прилад визначення величини поперечного переміщення голки; аналого-цифровий перетворювач WAD-AIK-BUS на чотири канали; магазини електричних опорів; джерело живлення для аналого-цифрового перетворювача; персональний комп'ютер. За допомогою цієї установки проводилися запис та обробка наступних параметрів: сили, яка діє у кінематичній парі; величини поперечного переміщення голки та фіксувалося крайнє ліве положення голки при її переміщенні.

Для досліджень механізму, що запропонований на заміну існуючого механізму, було розроблено та виготовлено новий чотириланковик механізму поперечного переміщення голки.

Для виконання експериментальних досліджень було сконструйовано та виготовлено наступні прилади: прилад для тензометричного вимірювання сили, яка діє у кінематичній парі механізму поперечного переміщення голки, прилади для вимірювання величини поперечного переміщення голки та для відмітки крайнього положення голковода з голкою. Прилад для вимірювання реакцій у кінематичній парі сконструйований та виготовлений таким чином, що він є уніфікованим для механізму старої та нової структури.

Після градуювання приборів для вимірювання сили у кінематичній парі старої і нової конструкції та прибору для вимірювання величини відхилення голки було отримано градуювальні графіки відповідних залежностей.

Було складено та реалізовано план експериментальних досліджень сили, що діє у кінематичній парі, та точності позиціонування голки існуючого та нового запропонованого механізмів.

З аналізу результатів експериментальних досліджень механізму з гарантованим зазором виявлено суттєвий вплив параметрів механізму, які дозволяють розширити асортиментні можливості напівавтомату (довжина регулюючого коромисла (L), радіус кулачка (r) та величина діаметра каменя (d), за допомогою якого варіюється величина зазору у кінематичній парі), на величину сили, що діє у цій парі (рис. 12). Спроба збільшити поперечне переміщення голки за рахунок варіювання цих параметрів призводить до збільшення сили у кінематичній парі з зазором.

З аналізу результатів експериментальних досліджень точності позиціонування голки існуючого механізму встановлено залежності та отримані рівняння точності позиціонування голки від величин довжини регулюючого коромисла (рис. 13) та гарантованого зазору у кінематичній парі кулісного чотириланковика (рис. 14). Аналіз одержаних результатів дозволяє стверджувати про погіршення точності позиціонування за умови збільшення цих параметрів, при цьому більш суттєвий вплив величини гарантованого зазору, а довжину регулюючого коромисла слід сприймати як фактор, що підсилює дію вищеназваного параметру. Отримано збіг результатів теоретичного та експериментального досліджень впливу довжини регулюючого коромисла та величини гарантованого зазору на точність позиціонування голки, що підтверджує достовірність аналітичних досліджень.

З аналізу результатів експериментальних досліджень нового механізму можна зауважити:

1. Виявлено вплив довжини регулюючого коромисла на величину сили, що діє у кінематичній парі механізму нової структури (рис. 15). Отримано рівняння, аналіз та порівняння якого з результатами аналогічного дослідження механізму старої конструкції дають можливість стверджувати про збереження залежності величини сили у кінематичній парі від параметру, що варіюється. Таким чином, конструкція нового механізму не погіршила умови роботи цієї кінематичної пари, але досягти бажаних результатів розширення функціональних можливостей за рахунок збільшення довжини регулюючого коромисла не є найкращим для запропонованого нового механізму.

2. Визначено вплив величини радіусу кулачка на величину сили, що діє у кінематичній парі механізму нової структури (рис. 16). Отримано рівняння, аналіз та порівняння якого з рівнянням аналогічного дослідження існуючого механізму дають можливість стверджувати про наявність значних функціональних та динамічних переваг механізму нової конструкції.

3. Отримана залежність точності позиціонування голки від величини довжини коромисла (рис. 17), аналіз та порівняння якої з залежністю аналогічного дослідження існуючого механізму дозволяють стверджувати про значні переваги запропонованого нового механізму по відношенню до конструкції старого механізму, щодо забезпечення необхідної точності позиціонування голки відносно отворів ґудзика.

Таким чином, виявлено переваги механізму нової конструкції по відношенню до конструкції існуючого чотириланковика, який міститься в структурі механізму поперечного переміщення голки напівавтомату для пришивання фурнітури, що дозволяють розширити функціональні можливості даного виду устаткування з необхідною точністю позиціонування голки відносно отворів фурнітури з поліпшенням динамічних характеристик механізму.

Висновки

1. Виявлено кулісні чотириланковики, які міститься у структурі різних просторових механізмів швейних напівавтоматів, робота яких залежить від наявності гарантованих зазорів у кінематичних парах, встановлено відсутність інформації щодо досліджень таких механізмів, сформульовано поняття «квазі» - механізму та розроблено класифікацію механізмів поперечного переміщення робочих органів.

2. Аналітично визначено кут розбіжності між геометричними осями елементів кінематичної пари з гарантованим зазором, доведена працездатність такого механізму тільки за рахунок наявності такого зазору, отримано аналітичну залежність поперечного переміщення голки від величини цього зазору.

3. Запропоновано новий метод заміни просторового чотириланковика з гарантованим зазором кінематично-адекватним плоским механізмом, виконано кінематичне дослідження механізму поперечного переміщення голки швейного напівавтомату аналітичним методом.

4. Запропоновано розрахункову модель кінематичної пари з гарантованим зазором, розглянуто задачу зведення сил та мас ланок просторового механізму поперечного переміщення голки, що дозволило проаналізувати роботу такої кінематичної пари у динамічних умовах.

5. Отримано аналітичні залежності положення механізму поперечного переміщення голки від точності розміру виготовлення ланок та величини гарантованого зазору, теоретично показано неможливість розширення функціональних можливостей механізму голки з наявністю гарантованого зазору у кінематичній парі кулісного чотириланковика існуючої конструкції зі збереженням точності позиціонування голки в межах допустимого діапазону (0,210,8 мм - визначено з урахуванням основних параметрів фурнітури, нитки та голки): так збільшення зазору у кінематичній парі на 0,1 мм призводить до похибки положення голки більше ніж 0,7 мм при максимальній довжині регулюючого коромисла, а для розширення функціональних можливостей напівавтомату цей зазор необхідно збільшувати.

6. Розроблено структуру та варіанти конструкцій нових механізмів, виконано аналітичні дослідження, які підтверджують можливість роботи таких механізмів у широких діапазонах регулювання зі збереженням необхідної точності позиціонування голки відносно отворів фурнітури (у порівнянні з механізмами старої конструкції похибка положення механізму нової конструкції у десятки разів менша).

7. Розроблено тензометричну установку на базі головки швейного напівавтомату для пришивання фурнітури, сконструйовані і виготовлені новий чотириланковик механізму голки з розширеними функціональними можливостями та прилади для визначення величини поперечного переміщення голки і тензометричного дослідження сили у кінематичній парі.

8. Експериментально підтверджено достовірність аналітичних досліджень (розбіжність результатів дослідження точності позиціонування голки від величини довжини регулюючого коромисла складає в середньому 7%, а від величини гарантованого зазору - 3%), доведено переваги нової конструкції механізму поперечного переміщення голки напівавтомату, що дозволяє розширити функціональні можливості даного виду устаткування з необхідною точністю позиціонування голки та поліпшенням динамічних характеристик механізму.

9. Результати теоретико-експериментальних досліджень впроваджені:

- у навчальний процес кафедри машин легкої промисловості КНУТД для спеціальностей 7.0902.22 (освітньо-кваліфікаційний рівень - спеціаліст) та 8.0902.22 (освітньо-кваліфікаційний рівень - магістр) «Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування»;

- у вигляді рекомендацій щодо модернізації просторових механізмів поперечних переміщень голки та фурнітуротримача циклових швейних напівавтоматів для пришивання фурнітури (27 кл. ПМЗ, 727 кл. ПМЗ, GS 600 «Панонія» (ВНР) та фірми «Sun Star» (Південна Корея)) на підприємствах СПД «Найда» та ЧФ «БРОНТ» (офіційного представника фірми «Sun Star» (Південна Корея) на Україні).

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Орловський Б. В. Аналіз «квазі» -механізмів та конструювання «раціональних» просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В.// Вісник Технологічного університету Поділля. Ч.1, Т.2 «Технічні науки». Спецвипуск. - 2003. - №6. - С. 182-185.

2. Орловський Б. В. Дослідження структури просторових «квазі» - механізмів швейних циклових напівавтоматів / Орловський Б. В., Пищиков В. О., Кошель Г. В.// К.: Вісник КНУТД. 2005. - №5.- С. 52 - 56.

3. Орловський Б. В. Кінематичний аналіз лінеарізованої схеми просторового механізму швейних машин напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В. // Хмельницький: Вісник Хмельницького національного університету, «Технічні науки», Т1, 2006. - №2.- С. 60 - 64.

4. Орловський Б. В. Експериментальне дослідження «квазі» - механізмів швейних циклових напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В., Кошель С. О.// К.: Вісник КНУТД. 2008. - №2. - С. 12 - 15.

5. Пат 51397 України, МПК D 05 B 3/12. Механізм голки швейної машини / Б. В. Орловський, В. О. Пищиков, Г. В. Кошель (Україна). - № 2002032022; Заявл. 13.03.2002; Опубл. 15.11.2002, Бюл. № 11.

6. Пат 53395 України, МПК D 05 B 3/12. Механізм двокоординатних переміщень фурнітуротримача швейного напівавтомату / Орловський Б. В., Пищіков В. О., Кошель Г. В. (Україна). - № 2002053966; Заявл. 15.05.2002; Опубл. 15.01.2003, Бюл. № 1.

7. Пат 55087 України, МПК D 05 B 3/12. Механізм голки швейної машини / Б. В. Орловський, В. О. Пищіков, Г. В. Кошель (Україна). - № 2002065233; Заявл. 25.06.2002; Опубл. 17.03.2003, Бюл. № 3.

8. Пат 58952 України, МПК D 05 B 3/12. Механізм голки швейної машини. / Б. В. Орловський, В. О. Пищіков, Г. В. Кошель (Україна). - № 2002119507; Заявл. 28.11.2002; Опубл. 15.08.2003, Бюл. № 8.

9. Пат 80708 Україна, МПК D 05 B 3/00. Спосіб пришивання ґудзиків і механізм для його реалізації / Орловський Б. В., Кошель Г. В., Конюх А. В. , (Україна). - № 20041210420; Заявл. 17.12.2004; Опубл. 25.10.2007, Бюл. № 17.

10. Орловський Б. В. Структурне обґрунтування працездатності циклових швейних напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В. // 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. 39.

11. Орловський Б. В. Виправлення структури просторових «квазі» - механізмів циклових швейних напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В. // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: ІІ Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 23-24 квітня 2003р. - К.: КНУТД, 2003. - Т. 2 -С. 7.

12. Орловський Б. В. Метричний синтез та конструювання «раціональних» просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В. // Сучасні технології виробництва в розвитку економічної інтеграції та підприємництва: 1 Українсько-Польська наукова конференція. Сатанів, 16-18 жовтня 2003 р., Хмельницький: ХНУ, 2003 - С. 152-153.

13. Орловський Б. В. Особливості човникових стібків, що утворюються при новому способі пришивання фурнітури на циклових швейних напівавтоматах / Орловський Б. В., Кошель Г. В.// 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. 17.

14. Орловський Б. В. Аналіз структурних зазорів в кінематичних парах просторових «квазі» - механізмів швейних циклових напівавтоматів / Орловський Б. В., Пищиков В. О., Кошель Г. В. //Погляд у майбутнє з надією: Науково - технічна конференція - К.: Вісник КНУТД. 2005. -№5 - С. 42-44.

15. Орловський Б. В. Вдосконалення структури просторових «квазі» механізмів швейних циклових напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В. // ІІІ Українсько - польска наукова конференція молодих вчених. Хмельницький, 28-30 квітня 2005 р. - Хмельницький: ХНУ, 2005. - С. 154 - 155.

16. Орловський Б. В. Кінематичне дослідження «квазі» - механізмів / Орловський Б. В., Кошель Г. В. // 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. 17.

17. Кошель Г. В. Динамічне дослідження просторового механізму / Кошель Г. В., Кошель С. О., Бурий М. І. // 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. 93.

18. Орловський Б. В. Дослідження циклових швейних напівавтоматів / Орловський Б. В., Кошель Г. В. // 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. 101.

19. Кошель Г. В. Дослідження точності позиціонування голки / Кошель Г. В., Орловський Б. В. // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: VІІ Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів. Київ, 15-16 квітня 2008 р.- К.: КНУТД, 2008. - Т. 2. - С. 155.

Анотація

Кошель Г. В. Вдосконалення просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 - машини легкої промисловості, Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2008.

Дисертація присвячена вдосконаленню просторових механізмів поперечного переміщення робочого органу циклового швейного напівавтомату. Метою дисертації є вдосконалення існуючих конструкцій просторових механізмів циклових швейних напівавтоматів для розширення функціональних можливостей даного виду устаткування зі збереженням необхідної точності позиціонування робочих органів та поліпшення динамічних характеристик технологічного обладнання.

У механізмі поперечного переміщення голки виявлено просторовий кулісний чотириланковик, ступінь вільності якого W=0. Рухомість механізму забезпечується наявністю гарантованих зазорів у кінематичних парах, тому він отримав назву «квазі» - механізм. На підставі аналізу результатів аналітичного дослідження доведена неможливість використання такого механізму для розширення функціональних можливостей швейних напівавтоматів зі збереженням необхідної точності позиціонування голки відносно отворів фурнітури.

Пропонується механізм нової структури, застосування якого забезпечує роботу механізму у широкому діапазоні коливання ланок незалежно від наявності зазорів у циліндричних кінематичних парах. На підставі аналітичних та експериментальних досліджень підтверджуються значні переваги механізму нової конструкції по відношенню до існуючого механізму. Застосування механізму нової структури дозволяє розширити функціональні можливості даного виду швейних напівавтоматів з необхідною точністю позиціонування голки відносно отворів фурнітури та поліпшенням динамічних характеристик технологічного обладнання.

Ключові слова: цикловий швейний напівавтомат, поперечне переміщення голки, структурний аналіз, кінематичний аналіз, точність позиціонування голки.

Аннотация

Кошель A. В. Усовершенствование пространственных механизмов цикловых швейных полуавтоматов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.10 - машины легкой промышленности, Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2008.

Диссертация посвящена усовершенствованию пространственных механизмов поперечного перемещения рабочего органа циклового швейного полуавтомата. Целью работы является усовершенствование существующих конструкций пространственных механизмов цикловых швейных полуавтоматов для расширения функциональных возможностей данного вида оборудования с сохранением необходимой точности позиционирования рабочих органов машины и улучшения динамических характеристик технологического оборудования.

На основе анализа механизма поперечного перемещения иглы доказано, что существующий механизм содержит в своей структуре пространственный кулисный четырехзвенник, который обеспечивает передачу движения с одной плоскости в другую, но его степень подвижности равняется нулю, а подвижность звеньев обеспечивается наличием гарантированных зазоров в кинематических парах, поэтому, он получил название «квази» - механизм. Отклонение звеньев кулисного четырехзвенника из центрального (среднего) положения приводит к перекосу геометрических осей этих звеньев, что недопустимо и возможно лишь в пределах зазора, а когда зазор будет вычерпан, движение звеньев механизма прекратится, произойдет заклинивание механизма и он превратится в неподвижную ферму. Результаты кинематического и динамического анализа показывают наличие явления мягкого удара в кинематической паре с зазором, что повлечет, учитывая перекос геометрических осей цилиндрических пар, к соприкосновению элементов этих пар по линии, что в свою очередь, приведет к увеличению удельного давления в этих местах и, как следствие, вызовет повышенный износ элементов кинематической пары при условии продольного движения камня относительно кулисы.

Расчеты на точность позиционирования иглы относительно отверстий фурнитуры показали, что использование этого механизма по мере износа камня приведет к ухудшению точности позиционирования иглы относительно отверстий фурнитуры, а расширение функциональных возможностей полуавтомата с такой конструкцией существующего механизма при условии обеспечения необходимой точности не представляется возможным.

Для достижения поставленной цели предлагается механизм новой структуры, применение которого обеспечивает роботу механизма в широком диапазоне перемещения звеньев независимо от величины зазоров в кинематических парах. Согласно результатам расчета на точность величины первичных погрешностей для звеньев механизма поперечного перемещения иглы вкладываются в поле допусков на их геометрические размеры, а с точки зрения структурного анализа новый механизм является механизмом с низшими кинематическими парами и неизменным количеством звеньев и кинематических пар по сравнению с существующим механизмом.

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают правильность теоретических расчетов и доказывают преимущества механизма новой конструкции по отношению к существующей. Применение механизма новой структуры позволяет расширить функциональные возможности данного вида швейных полуавтоматов с необходимой точностью позиционирования иглы относительно отверстий фурнитуры с улучшением динамических характеристик технологического оборудования.

Ключевые слова: цикловой швейный полуавтомат, поперечное перемещение иглы, структурный анализ, кинематический анализ, точность позиционирования иглы.

Summary

Koshel A. V. Improvement of spatial mechanisms of cyclic sewing semi-automatic machine. - The manuscript.

Dissertation on the competition of the candidate of the technical sciences degree specialty 05.05.10 - machines of light industry, Kyiv national university of technologies and design, Kiev, 2008.

Dissertation is devoted to the problem of perfection of spatial mechanisms of the transversal movement of the working part of the cyclic sewing semi-automatic machine. The purpose of the dissertation is perfection of the existed design of spatial mechanisms of cyclic sewing semi-automatic machine for functional capabilities expansion of the equipment, saving the necessary working parts accuracy and improvement of the dynamic characteristics of the technological equipment.

It was found that the needle transversal movement mechanism is 4-linked with W=0. The mechanism mobility is provided by the gaps in the kinematic pars and is called “kvasi” - mechanism. In the result of the analytical studies it has been found that such mechanism does not assure the expansion of the functional capabilities of the sewing semi-automatic machine and does not guarantee the necessary accuracy of the needle position in relation to accessories gaps.

A new design of the mechanism has been offered assuring work of the mechanism in a wide range of links oscillation regadless of the existing gaps in the cylindrical kinematic pairs. On the basis of the analytical research and experimental studies considerable advantages of the mechanism of a new design are confirmed in relation to “kvasi” - mechanism. Application of the mechanism of a new structure allows to extend the functional capabilities of this type of sewings semi-automatic machines with necessary accuracy of needle the positioning in relation to openings of buttons and improvement of dynamic characteristics of technological equipment.

Keywords: cyclic sewing semi-automatic machine, transversal movement of needle, structural analysis, kinematics analysis, exactness of positioning of needle.

Размещено на Allbest.ru