Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ литературных источников. 15
2. Пути снижения изнашивания узлов трения исполнительных механизмов 25
2.1. Условия нагружения и изнашивания узлов трения челноков швейных машин . 25
2.2. Применение явления избирательного переноса в узле трения челнока 39
2.3. Износные испытания челноков в режиме избирательного переноса. 41
2.4. Применение магнитной жидкости в узле трения челнока. 49
2.5. Условие нагружения и изнашивания узлов трения с возвратно-поворотным движением деталей. 53
2.6. Разработка узлов трения с подачей смазки силами инерции. 57
2.6.1.Теоретические исследования подачи смазки силами инерции звеньев механизма. 59
2.7. Разработка узлов трения с температурным регулятором режима смазывания. 61
2.8. Применение магнитной жидкости в узлах трения с возвратным движением деталей. 63
Выводы. 64
3. Пути повышения работоспособности исполнительных механизмов . 66
3.1. Структура механизмов пружинного типа швейных машин. 66
3.1.1.Типовой механизм перемещения материала. 67
3.2. Структурная адаптация механизма перемещения материала к условиям функционирования. 69
3.2.1. Механизм перемещения материала с горизонтальными пружинами в узле прижимной лапки. 69
3.2.2. Механизм перемещения материала с горизонтальными пружинами и копиром в узле прижимной лапки. 71
3.2.3. Механизм перемещения материала с горизонтальной пружиной и электромагнитным регулятором в узле прижимной лапки. 72
3.2.4. Основы теории силовых воздействий в механизмах пружинного типа. 74
3.3. Структура исполнительных механизмов с упругими звеньями для разгрузки узлов трения. 79
3.3.1. Условия нагружения исполнительных механизмов. 79
3.3.2. Исследование влияния скоростного режима исполнительных механизмов на нагружение главного вала машины. 80
3.4. Исследование взаимодействия рабочих органов швейных машин с игольной ниткой. 85
3.5. Ускоренные испытания изнашивания исполнительных механизмов. 89
3.6. Влияние износа исполнительных механизмов на рабочие характеристики машины . 96
3.7. Метод и средство определения сил инерции звеньев механизмов машин. 103
3.8. Основы теории силового воздействия упругого звена на характеристики механизма. 108
3.9. Адаптация исполнительных механизмов к изменению скоростного режима. 110
Выводы. 113
4. Разработка механических приводов, адаптированных к нагрузкам кручения . 115
4.1. Структура и нагружение типового механического привода тех нологических машин. 115
4.2. Структура и нагружение привода, адаптированного к нагрузкам кручения. 116
4.3. Конструкция адаптированного к скручиванию привода. 122
4.4. Теория работы и крутильные колебания привода. 124
4.5. Этап пуска привода. 127
4.6. Этап останова привода. 128
4.7. Колебания системы привода с учетом демпфирования. 129
4.8. Разработка унифицированных приводов к многооперационным швейным агрегатам. 131
4.9. Работа типового привода швейных полуавтоматов. 132
4.10. Использование инерционных накопителей энергии в унифицированных приводах швейных полуавтоматов. 132
4.10.1. Теоретическое описание работы инерционного накопителя энергии. 135
4.11. Метод определения приведенного момента инерции звеньев машины. 137
4.12. Разработка унифицированного привода к технологическим машинам неавтоматического действия . 140
4.12.1. Теория работы унифицированного привода. 146
Выводы. 149
5. Концепция разработки адаптивного швейного оборудования . 152
5.1. Адаптация рабочих характеристик технологического оборудования к условиям производства. 152
5.2. Принцип модульности при создании многооперационного швейного оборудования. 154
5.3. Области применения гибких систем оборудования. 156
5.4. Классификация швейных гибких систем оборудования. 158
5.5. Анализ возможных вариантов загрузки накопителей гибких систем оборудования. 159
5.6. Исследование возможных связей между шьющими модулями.60
5.7. Многооперационные швейные агрегаты первого вида. 166
5.7.1. Шьющие модули МША первого вида. 166
5.7.2. Циклограмма работы МША. 166
5.8. Многооперационные швейные агрегаты второго вида. 169
5.9. Интеграция МША в структурные формы ГПС. 173
5.10. Планирование работы швейных ГПС. 180
5.10.1. Моделирование рабочих процессов ГПС . 180
5.10.2. Оптимизация структурных компоновок швейных ГПС. 200
Выводы. 205
6. Технико-экономические аспекты внедрения результатов проведенных исследований и разработок . 207
6.1. Экономическая эффективность от снижения шума и вибрации в швейном оборудовании. 208
6.2. Экономическая эффективность от использования модернизированных челноков, адаптированных к смазочным маслам с ме-таллоплакирующими присадками. 210
6.3. Экономическая эффективность при производстве и использовании более долговечной швейной машины 2022 кл. 213
6.4. Экономическая эффективность от внедрения разработанных гибких систем швейного оборудования. 217
Выводы. 226
Заключение. 227
Литература. 233
Приложения. 246
- Условия нагружения и изнашивания узлов трения челноков швейных машин
- Влияние износа исполнительных механизмов на рабочие характеристики машины
- Разработка унифицированного привода к технологическим машинам неавтоматического действия
- Моделирование рабочих процессов ГПС
Введение к работе
Актуальность работы. Решающая роль в повышении эффективности швейных предприятий принадлежит технологическому оборудованию, отвечающему современным требованиям технологии и организации производства. Иначе говоря, каждому определенному этану развития производственных связей и отношений требуются и определенные виды технологического оборудования.
В настоящее время, в период острой конкуренции отечественных товаров народного потребления с зарубежными, новым мощным средством повышения эффективности швейных предприятий может стать примене-шіе в основном производстве гибких систем технологического оборудования, отличающихся мобильностью, бысгродействием наладки на широкий ассортимент пошисаемых изделий, способностью стабилизировать произ-водствешіий процесс и улучшить его показатели за счет повышения загрузки оборудования и многовариантности технологии и организации труда, и обладающих свойством интеграции в гибкие производственные системы различных структурных построений и мощностей, что позволит использовать их как на самых малых, так и на крупных предприятиях.
В связи с этим, проблема разработки гибких систем швейного оборудования требует комплексного решения, так как из опыта применения подобных систем в других областях производственной деятельности известно, что эффективность их во многом зависит и от проработки вопросов технологии и организации производства. Таким образом, указанные выше требования к техническому состоянию швейного производства и будут определять развитие отрасли в данный момент и ближайшем будущем.
Созданием подобного оборудования в последние годы занимаются во МГУС, где под руководством автора б отраслевой проблемной научно-исследовательской лаборатории «Швейное оборудование» разработаны швейные мно! ооперациониые агрегаты модульного типа и швейные робо-
газированные технологические комплексы, обладающие свойством адаптации к изменяющимся условиям производства. Это оборудовать значительно более высокого технического уровня, и при разработке его требовалось решить не только проблемы рабочего процесса, технологии и организации производства, но и доработки его механических систем, приспосабливая их к условиям рабочего процесса агрегатов. Главным образом, это относится к шьющим модулям, аналогами которых являются швейные машины различного назначения и механическому приводу, который в данном оборудовании должен быть унифицирован для ряда шьющих модулей.
Развитию данного оборудования способствовали хоздоговорные и госбюджетные темы: МТ-21-78, МТ-51-79, МТ-21-81, МТ-76-86, МТ-10-90, ГБ-9-86, ГБ-16-91, ГБ-4-93, ГБ-3-95 МГУС, направленные на разработку швейных машин службы быта, в которых автор принимал активное участие.
Таким образом, адаптация швейного оборудования к условиям функционироваїшя потребовала решения, как минимум, трех комплексных проблем:
предложить и исследовать новые структурные и конструктивные решения механических систем, отвечающих требованиям надежности в условиях работы многооперационных швейных агрегатов;
разработать принципиально новое направление проекторования швейного оборудования для пошивочного производства, имеющего гибкие и мобильные рабочие процессы;
создать основы моделирования рабочих процессов гибких систем швейного оборудования и оптимизации структурных построений швейных ГПС.
Эти задачи и решены в реферируемой работе, где реализованы 27 авторских изобретений.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка методов повышения эффективности швейного оборудования пошивочного
4 производства. При этом решались следующие задачи:
исследование условий функционирования механических систем и швейного оборудоваїшя в целом;
разработка конструктивных методов повышения эффективности работы узлов трения и адаптация их к условиям функционирования;
разработка методов структурной адаптации исполнительных механизмов и их рабочих процессов к изменению скоростного режима;
разработка экспериментальных методов определения сил инерции звеньев плоских и пространственных исполнительных механизмов;
разработка механического привода, адаптированного к нагрузкам кручения;
разработка унифицированных механических приводов швейных машин и адаптация их к нагрузкам переходных этапов работы;
разработка экспериментальных методов определения приведенного момента инерции механизмов швейных машин;
исследование возможностей и разработка основ проектирования гибких систем технологического швейного оборудования, структурная проработка многооперационных швейных агрегатов модульного типа и способа их интеграции в гибкие производственные системы;
разработка рабочих процессов, многооперационных швейных агрегатов, технологических комплексов и производственных систем.
Методы исследования. В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы исследований. Условия функционирования специфических узлов трения (челноков, шарниров исполнительных механизмов) изучались методами двухкоординатной стробоскопии, физического маятника, ударного импульса с разработкой технических средств исследования, а изнашивание их - методами моделирования, искусственных баз и мик-рометрирования.
Исследование рабочего процесса шьющих механизмов и'влияние износа на их работоспособность проводились на Основе методов математиче-
ского планирования и статистической обработки эксперимента, аппроксимации графических реализаций, кинетостатики, моделирования и прогнозирования событий. При разработке датчика скоростного режима машин использовался метод возможных перемещений.
При разработке способа определеїшя моментов инерции механических приводов к швейным агрегатам создавалась установка, работающая на основе закона сохранения момента количества движения системы.
Концепция проектироватш гибких систем швейного оборудования формировалась на основе модульного принципа; рабочий іфоцесс данного оборудования разрабатывался с использованием теории операций и эвристических алгоритмов; надежность функционирования шьющих модулей оценивалась вероятностными методами; оптимизация структурных построений гибких производственных систем проводилась на основе элементов линейного программирования.
Научная новизна и практическая ценность работы состоит в том, что осуществлено решение научной проблемы проектирования перспективного вида технологического швейного оборудовання, имеющего большое значение для отрасли. При этом получены новые результаты в следующих направлениях:
на основе анализа априорных данных по условиям функционирования мехашгческих систем швейного оборудования намечены пути их со-аершенствования;
предложены конструктивные методы повышения работоспособности и эффективности узлов трения;
предложены структурные и конструктивные методы стабилиза-ІИИ параметров и характеристик рабочих процессов исполнительных механизмов швейных машин;
разработаны экспериментальные методы и установки для оиреде-іения сил инерции звеньев плоских и пространственных исполнительных .іехашпмов;
предложен метод адаптации входного вала оборудования к нагрузкам кручения;
предложены структурные формы унифицированных механических приводов к многооперационным швейным агрегатам модульного типа и методы снижения динамических нагрузок в переходные этапы работы оборудования;
разработаны экспериментальные методы и установка для определения приведенных моментов инерции к входному валу от действия исполнительных механизмов;
разработана концепция создания нового поколения швейного оборудования в виде многооперационных швейных агрегатов модульного типа с гибкими рабочими процессами и организацией труда;
разработан вероятностный метод оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей по критериям разрывной прочности нитки и ее натяжения в процессе стежкообразования;
предложен метод интеграции многооперационных швейных агрегатов в гибкие производственные системы;
на основе эвристических алгоритмов разработан рабочий процесс многооперационных швейных агрегатов и метод оптимизации производственных систем, исследованы вопросы технологии и организации с применением данного оборудования.
Практическое применение. Результаты работы использовались Оршанским производственным объединением «Промшвеймаш» при разработке узлов трения, механизмов и систем смазки швейной машины дш службы быта класса 2022 и ее вариантов. Разработки по модернизации і испытаниям швейных челноков нашли применение в СКБ ШО (г. Орша) і виде методик-СП.
Материалы исследований функционирования исполнительных меха низмов швейных машин вошли в учебное пособие «Пути повышения на дежности рабочего процесса швейных машин».
Новая концепция проектирования швейного оборудования для пошивочного ігрошводства стала основой тематического плана отраслевой проблемной научно-исследовательской лаборатории «Швейное оборудование» в МГУ С, а также плана НИР ИТС к темам ГБ-4-93 «Разработка многооперационных швейных агрегатов модульного типа» и ГБ-3-95 «Разработка швейных гибких производственных систем на участках пошива одежды»,, где внедрено 11 авторских патентов.
Результаты исследования гибких систем швейного оборудования внедрены на ТОО «Элегия», г. Тольятти, что дало для производственной программы предприятия годовой экономический эффект в 11-7,9 тыс. руб. (в ценах 1999 г.)
Результаты исследований рабочего процесса, особенностей технологии и организации применения многооперационных агрегатов в швейном производстве сферы быта нашли отражение в разработанных отраслевых рекомендациях, в постановке задач кандидатских диссертаций и дипломном проектировании специальности 230400.
Апробация. Основные положения работы были представлены и получили положительные оценки на семинаре «Исследование и проектирование машин и агрегатов легкой промышленности» (МТИЛП, 1978 г.); на семинаре «Служба быта - индустриальная отрасль народного хозяйства» (МДНТП, 1980 г.); на ВДНХ СССР в качестве экспоната машины 2022 кл. (Свидетельство участника №18187, 1982 г.); на научно-техническом семинаре «Повышение износостойкости деталей машин на основе самоорганизующихся процессов фрикционного контакта» (МТИ, 1984 г.); на научно-технических конференциях МТИ и ГАСБУ (1972-1998 гг.); на заседаниях кафедр «Оборудование предприятий бытового обслуживания» и «Технология и конструирование швейных изделий» ГАСБУ (1980-1998); на Международном семинаре «Технологии-2000» (Тольятти, 1996 г.); на Международной научно-технической конференции «Наука - сервису», ГАСБУ, 1999; на Международной конференцій! «Актуальные проблемы создания и
использования новых материалов и оценка их качества», МГУС, 1999.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 57 науч ных статьях, методических разработках и отчетах проектных работ и мате риалах 27-ми изобретений (авторские свидетельства и патенты).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шесті глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Об щий объем работы составляет 303 с, в том числе 58 с. приложений.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Методы и средства определения кинематических и динамически; параметров звеньев челночного устройства швейных машин.
-
Методы подачи, удержания и циркуляции смазки в узлах тренм исполнительных механизмов швейної о оборудования.
-
Методы и средства определения характеристик рабочего процесс; швейных машин и параметров динамического нагружения механизмов.
-
Методы стабилизации рабочих характеристик и динамически: параметров пружинных механизмов и разгрузки узлов трешія и звеньеі исполнительных механизмов швейного оборудования при изменении ско ростного режима.
-
Способ снижения ручных управляющих усилий в механизме дви гателя ткани швейных машин.
-
Метод снижения нагрузок кручения в локальных зонах вала ме ханического привода швейного оборудования.
-
Метод снижения динамических нагрузок на детали механическо го привода швейных агрегатов на этапах пуска-останова.
-
Метод и средство определения момента инерции, приведенного і входному валу от действия исполнительных механизмов.
-
Концепция проектирования гибких систем швейного оборудова ния для пошивочного производства; методы моделирования рабочих про цессов, структурных построений производственных систем, организации і оптимизации производства.
Автор выражает особую признательность заслуженному деятелю іуки и техники РФ, академику МАН ВШ, д.т.н., профессору Сторожеву В. за оказанные консультации и ценные советы при выполнении данном іботьі.
Условия нагружения и изнашивания узлов трения челноков швейных машин
Челнок, как один из самых сложных узлов швейной машины, всесторонне изучался профессором Сторожевым В.В. и его аспирантами, которые исследовали условия функционирования деталей с помощью скоростной киносъемки, а их нагружение - методом тензометрии.
Установлен зонный характер изнашивания челночной пары трения [1 - 3], что позволило авторам выдвинуть гипотезу, подтвержденную экспериментальным и расчетным методами, о точечном нагружении деталей челнока. Показано [1], что максимальное усилие в деталях наблюдается в точках К я Л (рис. 2.1) паза и пояска при набегании паза челночного крючка на выступ пояска шпуледержателя. Значительная нагрузка, которая фиксировалась тензодатчиком, действует и в точке М установочного пальца, взаимодействующего со шпуледержателем.
Другим автором [3], который показал действие сил на детали челнока в момент пуска его в работу, отмечается смещение шпуледержателя от вертикальной оси в сторону вращения челночного крючка под действием сил трения.
Оба взгляда на характер нагружения челнока имеют подтверждение при его работе, так как условия функционирования деталей челнока меняются на этапах пуска в работу, захвата игольной нитки, обведения ее вокруг шпуледержателя и сброса петли.
Первая трактовка физической модели взаимодействия деталей челнока представлена в виде структурной схемы с базисным звеном с тремя поступательными парами [1,2].
В этом случае нагружение деталей челнока описывается зависимостью
Значения ускорений as и єі определяют в данном случае путем построения плана ускорений, предварительно наметив особые точки Ассура (рис.2.1).
В приведенной зависимости [1, 2], которая проверялась экспериментальным путем, определяющее влияние на нагружение челнока оказывает сила инерции шпуледержателя.
Рассмотренный этап функционирования челнока связан с моментом захвата игольной нитки челночным крючком и заведения ее за выступ пояска шпуледержателя. В этом случае важное влияние на положение шпуледержателя оказывает игольная нитка, которая тянет его к точкам Я и С в момент схода петли игольной нитки с основания носика челночного крючка.
Здесь надо отметить, что приведенную структурную модель нагру-жения челнока можно представить также и с поводками на основе высших пар. Процесс изнашивания в этом случае будет также основываться на точечном характере приложения сил [5].
Удельное давление на радиальной поверхности трения, например, в точке Н при этом находится по зависимости
Эту методику расчета g применяют и для точки С сопряжения деталей челнока. Зная же параметры нагружения деталей челнока и их скорости скольжения, можно прогнозировать износ деталей как функцию времени эксплуатации. Для челнока важны оба фактора g и VcK, так как давление на поверхности трения зависит не только от нагрузки, но и от площади ее приложения. Площадь пояска шпуледержателя весьма ограниченна. Скорость же скольжения элементов трения определяется скоростным режимом механизма челнока. Для швейных машин общего назначения челночный крючок вращается с частотой п -10000 мин" .
На этапе пуска челнока [3] сила трения в сопряжении определяет положение шпуледержателя относительно челночного крючка. При этом надо учитывать трение на всех поверхностях Я-образного сопряжения пояска и паза.
При наличии радиального зазора между пазом и пояском равнодействующая реакция RE в поперечном сечении сопряжения будет приложена в точке Б касания деталей (рис.2.2).
Данная реакция раскладывается на нормальную составляющую N и касательную Fmp СИЛУ трения на поверхности а [6].
Fmp = f-N = f RE-cos p = f-pe COS(p , (2.3)
где / - коэффициент трения; рв - сила веса шпуледержателя в сборке со шпулькой и колпачком; (р - угол между линиями действия RE и N.
Так как в равновесном состоянии деталей челнока RE = рв, то момент силы Мс, который при включении механизма челнока в работу как бы вкатывает шпуледержатель на некоторую высоту по дуге А - Б до точки Б, равен моменту трения Мтр
В этом случае имеем:
Mmp = Fmp-r = f Pe-r-cos p = pe-r-smg = RE p , (2.4)
где г - радиус шпуледержателя; р = г-ъш(р - радиус круга трения.
Так как sin p«tg# при достаточно малых углах, то p-r-f и Мтр-Pe r f\ гДе коэффициент / для вращательного движения пар трения выше, чем/для плоских образцов из того же материала. Значение / находят экспериментально, так как он зависит от множества факторов.
В Я-образном сопряжении челнока поверхности cub нагружаются от действия силы ра. Учитывая, что шпуледержатель имеет наклон по отношению челночного крючка на угол у, часть этих поверхностей будет ненагружена. Для расчета действующего момента трения на данных поверхностях можно принять, что их общая поверхность трения есть, например, одна поверхность Ъ.
Приняв также относительно поверхности Ъ условие g = const и выделив элементарную кольцевую площадку dS = px-dp d(p, нагружаем ее нормальной силой dN = g-dS и силой трения dF = f-dN.
Влияние износа исполнительных механизмов на рабочие характеристики машины
Спецификой работы швейных машин можно считать и наличие на всех этапах эксплуатации отказов в виде обрыва ниток. Это обстоятельство обусловливает их невысокую надежность.
Для выявления закономерностей обрывности игольных ниток от наработки, а, следовательно, и от ошибки положения рабочих органов был реализован план типа NMT, где N - количество машин, испытуемых при Г рабочих циклов с восстановлением при М отказах. Обрывность нитки иглы фиксировали через каждые четыре часа ускоренных испытаний машин на износ, описанных выше. Реализация плана осуществлялась для фиксированных значений износа, представленных в таблице 3.6.
На основе испытания обрывности ниток (таблица 3.8) видно, что весь этап ускоренных испытаний можно разбить на три участка (рис.3.19):
1. участок приработки продолжительностью 1-2 ч, где частота обрывности ниток равна 2-3 на 100 рабочих циклов;
2. участок нормального износа продолжительностью 86-90 ч с частотой обрывности - в среднем 1 обрыв на 100 рабочих циклов;
3. участок предельного износа, где частота обрывности ниток нарастает и достигает при наработке 100 ч 30 обрывов на 100 рабочих циклов.
Результаты испытаний показывают данные о численном значении наработки на отказ в период нормального износа, которая будет в данном случае Топ. = 87 рабочих циклов.
Математическая обработка полученных результатов испытания обрывности ниток дает возможность судить о том, что на 1 и 2 участках обрывность ниток связана со случайными процессами движения ниток при взаимодействии рабочих органов.
На этих этапах износ механизмов не выходит за пределы Umax, а, следовательно, можно считать, что отказы машин мало зависят от износа механизмов.
Для разработки модели внезапных отказов наработку на отказ в период эксплуатации в среднем принимаем Топ. = 50 рабочих циклов.
Очевидно, что средняя наработка генеральной совокупности машин будет отличаться от наработки партии машин. Поэтому целесообразно определить длительность Т испытания при условии, что ошибка средней величины безотказной работы не превышает 8 Топ., где 5 - допустимая относительная ошибка.
Находили доверительные границы времени испытания:
Te = rvTon:,TH = rrTon. , (3-44)
где г\ и г3 - коэффициенты доверительных границ. Следовательно,
Р{гуТоп. Т П Топ)=2а -1 , (3.45)
где а - принятая доверительная вероятность.
Необходимое число обрывов ниток (отказов т) определяется из уравнения г = 1 + 5 и таблицы коэффициентов для доверительных границ.
Время испытания Т и число машин определяется на основании эргодичности потока отказов из соотношения
NN = T = mjn, (3.46)
где TN T/N - время испытания N машин. Результаты расчета сведены в таблицу 3.9.
Находили среднюю наработку на отказ и среднее время восстановления, определялись основные показатели надежности, строились экспериментальные и теоретические кривые распределения времени безотказ ной работы, проводилась их оценка по критерию х (рис.3.20).
Для разработки модели отказа машин по причине износа механизмов итлх рассматривали только влияние Uu щах, так как при исследовании рабочего процесса значение смещения иглы (фактор х2) оказывало наибольшее влияние на значение натяжения ниток (3.35).
Исходя из данных аналогичных исследований [12, 13], можно заключить, что зависимость работоспособности швейных машин от изменения параметра U будет выражаться как
Вероятность безотказной работы P(t) полуавтомата 220-М кл. при условии износа кинематических пар механизмов переплетения ниток будет Pn(f) = 0,5, а с учетом внезапных отказов эта вероятность составит P(t) = 099-0,5 = 0,495. То есть, половина машин откажет при выполнении рабочего цикла.
В связи с этим, коэффициент технического использования с учетом только обрывности ниток будет примерно 0,2, а фактическая производительность составит 20% от теоретической.
Разработка унифицированного привода к технологическим машинам неавтоматического действия
Промышленные швейные машины неавтоматического действия в настоящее время наиболее широко представлены в швейном производстве. Эти машины имеют различное количество исполнительных механизмов, что делает различными их приведенные к главному валу моменты инерции и моменты сопротивления. Следовательно, эти машины должны иметь различные по массе маховики. При применении этих машин в агрегатах и комплексах, где они выступают как сменные модули, что повышает эффективность и гибкость технологических процессов, необходимо использовать унифицированный привод с переменным моментом инерции маховика.
На рис.4.10 показан унифицированный привод, который содержит вал 1, шкив 2 со ступицей 3 и обгонной муфтой 4, съемные инерционные диски 5 и 6 со ступицами 7 и 8 и обгонными муфтами 9 и 10, пазы 11 и 13 на дисках и пальцы 12 и 14 на обгонных муфтах, втулку 15, упорный узел с первой электромагнитной муфтой 16, вторую электромагнитную муфту 17, фрикционную полумуфту 18 с пружиной 19. Показан также входной вал технологического модуля с полумуфтой 20. Привод подключается к электродвигателю через приводной ремень 21. Упорный узел с электромагнитной муфтой 16 содержит свободно вращающийся упор 22, закрепленный на сердечнике 23 электромагнита, который подпружинен пружиной 24. Электромагнитная муфта 16 включается и выключается от переключателя 25 через реле времени при нажатии или отпускании педали 26 пуска модуля от электродвигателя через фрикцион 27.
Привод работает следующим образом. При подходе шьющего модуля к приводу полумуфта 20 соединяется с полумуфтой 18. После этого, при включении электромагнитной муфты 17, происходит надежное замыкание стыковочных полумуфт. Далее нажимают на педаль 26 пуска шьющего модуля и включают в работу от фрикциона 27 электродвигателя приводной ремень 21, который поворачивает шкив 2. При повороте шкива 2 на небольшой угол, определяемый мертвым ходом обгонной муфты 4, включается в работу обгонная муфта 4 и через паз 11 и палец 12 приводит в движение инерционный диск 5. Вслед за этим через обгонную муфту 9 и соответствующие паз 13 и палец 14 включается в работу инерционный диск 6. Последовательность включения в работу инерционных дисков позволяет без перегрузки электродвигателя и приводного ремня 21 включать в работу различные типы шьющих модулей.
Одновременно с поворотом шкива 2 через контакты переключателя 25 включается и реле времени, которое после включения в работу последнего диска 6, что измеряется долями секунды, подключает электромагнитную муфту 16; сердечник 23 перемещается влево и поджимает упором 22 через втулку 15 инерционные диски 6 и 5 к шкиву 2, обеспечивая их работу как единое целое в период выполнения шьющим модулем рабочего процесса. При отключении электродвигателя от модуля в конце рабочего цикла путем отпускания педали 26 останавливается вал 1 со шкивом 2. Это происходит за счет сил сопротивления в машине и тормозного устройства. Этому способствует и то, что одновременно отключается и электромагнитная муфта 16, которая освобождает инерционные диски 5 и 6, и они не препятствуют останову модуля, так как продолжает свободно вращаться по инерции за счет обгонных муфт.
Структура привода предполагает и большее число инерционных дисков, что расширяет технологические возможности привода и повышает надежность рабочих процессов шьющих модулей.
Второй привод, реализующий ту же цель [124], включает вал с облегченным маховиком в виде шкива, который имеет радиальные направляющие для подвижных инерционных масс в виде призматических тел. Инерционные тела связаны с приводным устройством в виде шарнирного многозвенника, получающего при пуске и останове привода принудительное движение от дополнительного движителя.
На рис.4.11 представлена структурная схема указанного привода. Она содержит маховик со шкивом 1, закрепленный на валу 2. Маховик имеет радиальные стержни 3, на которые скользящей посадкой помещены инерционные массы в виде призматических тел 4 и 5, шарнирно связанные соответственно через поводки 6 и 7 с рычагами 8 и 9. Рычаги 8 и 9 в свою очередь шарнирно связаны с рычагами 10 и 11, которые также шарнирно закреплены на подвижной муфте 12. Рычаги 8 и 9 шарнирно связаны и с неподвижной муфтой 13, между которой и подвижной муфтой 12 размещена пружина 14. Муфта 12 кинематически связана с исполнительным звеном дополнительного движителя, включающего опорный диск 15, штоки 16, 17 и электромагнит 18. Вал 2 заканчивается стыковочным узлом 19 для соединения с входным валом шьющего модуля. Шкив 1 связан с электродвигателем через ремень 20 и фрикционное устройство. Привод работает следующим образом. Шьющий модуль подходит в зависимости от программы технологического процесса к приводу и стыкуется с муфтой 19. После этого комплекс готов к работе. При включении привода в работу получает крутящий момент шкив с маховиком 1 через приводной ремень. Одновременно получает продольное перемещение относительно вала 2 муфта 12 за счет срабатывания электромагнита 18, сердечник которого через штоки 16, 17 оказывает силовое воздействие на опорный диск 14, связанный с муфтой 12. При перемещении муфты 12 в сторону неподвижной муфты 13 сжимается пружина 14, рычаги 10 и 11 действуют на шарнирное соединение рычагов 8 и 9 с поводками 6 и 7, последние из которых заставляют перемещаться к периферии инерционные массы 4 и 5, что увеличивает инерционность маховика. Это позволяет плавно включать в работу привод и шьющий модуль. Электромагнит 18 удерживает инерционные массы 4 и 5 в крайних положениях все время работы шьющего модуля. Для регулирования инерционности маховика в зависимости от параметров шьющих модулей предварительно перемещают путем поворота по винтовой линии опорный диск 15, при этом муфта 12 получит большее или меньшее перемещение вдоль оси вала 2, что приведет к изменению положения инерционных масс 4 и 5.
При выключении шьющего модуля меняют направление тока в электромагните 18 и отключают электродвигатель от приводного ремня привода. Рычаги 10 и 11 через поводки 6 и 7 будут перемещать инерционные массы 4 и 5 к центру маховика 1. После останова привода отстыковывается данный шьющий модуль, что происходит автоматически в агрегате модульного типа. В данном приводе могут быть установлены и более двух инерционных масс, что позволяет улучшить динамику работы привода.
Моделирование рабочих процессов ГПС
Изучение аналогов швейных многооперационных агрегатов, в частности, многоцелевого станочного оборудования, показало, что рабочие процессы МША и швейных ГПС необходимо планировать, например, представлять их в виде имитационных математических моделей.
Рабочие или производственные процессы, выраженные в виде математических моделей, легко поддаются анализу, что позволяет выходить на их оптимальные варианты. Математическое моделирование особенно эффективно при непрерывном планировании процессов, что характерно для предприятий сферы быта. Так изготовление одежды по заказам населения начинается с ежедневного приема заказов, отражающих разнообразный спрос как по ассортименту, так и по виду применяемых тканей. Пошив же этих изделий приходится планировать и исполнять также ежедневно в рамках одного участка и с одним составом работниц.
Очевидно, что только гибкая организация труда и технология могут обеспечить в подобных условиях выполнение в полном объеме разноплановых работ и гарантировать при этом необходимое качество представляемых услуг.
Моделирование рабочих процессов оборудования в условиях гибкого производства при непрерывном изменении ассортимента изделий требует знаний параметров технологических маршрутов их обработки и сборки. На малых швейных предприятиях в основном находят применение идентичные и идентично направленные технологические маршруты производства одежды, характеризующиеся повторением технологических операций и переходов.
Важно также учитывать и вид движения изделий (деталей, узлов) по рабочим местам комплексов. В данном случае применимы последовательный и параллельно-последовательный варианты организации движения. Сочетание указанных признаков и дает необходимые формы математических моделей рабочих процессов данного оборудования.
Согласно методике [36] при разработке рабочего процесса швейного РТК сначала рассмотрим случай, когда узлы с идентичными технологическими маршрутами обрабатываются при помощи т шьющих модулей из п узлов. Время обработки /-го узла нау-том шьющем модуле будет равно штучное время обработки /-го узла или группы их нау-том шьющем модуле, xmij " подготовительно-заключительное время этого сочетания.
Рабочий процесс швейного РТК, управляющую программу которого составляют для исполнения данных технологических маршрутов, можно рассматривать как процесс системы, функционирование которой описывают матрицей операционного времени вида
Время рабочего цикла РТК зависит от выбранной очередности запуска узлов в обработку. Это отражено в первом и третьем слагаемом приведенной зависимости. Суммарное же время перерывов в работе последнего шьющего модуля зависит от перерывов в работе и других, начиная со второго (j = 2), до предпоследнего (j -т- 1) модулей.
Известно, что для п узлов будет п\ различных вариантов их запуска в работу. Так при п = 5 их будет 120. Для выбора из них оптимального варианта необходимо разрабатывать соответствующий алгоритм, позволяющий достигать наименьших значений совокупного цикла по обработке определенного набора узлов.
Рассмотрим условия отсутствия перерывов в работе двух шьющих модулей, которые можно выразить математически в виде неравенств
Таким образом, для достижения условий по минимизации цикла обработки всей совокупности узлов необходимо, чтобы сумма положительных членов последних неравенств была наибольшей, а сумма отрицательных - наименьшей. Это будет достигаться в том случае, если убывающие по величине коэффициенты умножить: по первой группе членов - на трудоемкости обработки узлов на втором шьющем модуле {та), располагая их по убыванию, а по второй группе - на трудоемкости обработки узлов на первом шьющем модуле {та), располагая их по возрастанию.
При этом, когда для каждого узла совокупности имеются только неотрицательные разности, т.е. (ТІ2 ТЛ) 0, то первое неравенство будет усилено, если расположить узлы в порядке возрастания трудоемкости их обработки на первом шьющем модуле (та), поскольку отрицательные коэффициенты при них на единицу больше, чем при трудоемкостях обработки узлов на втором шьющем модуле (та)- И наоборот, при наличии по всем узлам только отрицательных разностей, т.е. (тп т,д 0 неравенство по той же причине будет усилено, если расположить узлы в порядке снижения трудоемкости их обработки на втором шьющем модуле (тп) По второму неравенству можно судить, что если по узлам разность трудоемкости обработки на втором и первом шьющих модулях (ти та) 0, то тем больше разность (п2 {п- і/п - і - і) ти) 0. В данном неравенстве эти разности умножаются на множители, расположенные в убывающем порядке и определяемые очередностью запуска узлов.
Следовательно, чтобы обеспечить минимальные перерывы в работе второго шьющего модуля, необходимо располагать узлы также в порядке уменьшения разности трудоемкостей обработки узлов на втором и первом шьющих модулях.
Необходимо также подчеркнуть, что при двухмодульном процессе узлы, одновременно обрабатываемые на первом и втором модулях, образуют один ряд последовательно взаимосвязанных пар, а именно 1 - 2, 2 - 3 и т.д.
При рассмотрении процесса из трех шьющих модулей надо отметить, что время занятости второго и третьего модуля при обработке первого узла (ті2 + тіз) будет компенсироваться соответственно занятостью первого и второго модулей при обработке второго узла (JII + тії) \ времени занятости второго и третьего шьющих модулей при обработке второго узла соответствует занятость первого и второго модулей при обработке третьего узла и т.д.
Таким образом, для процесса из трех шьющих модулей имеется та же взаимозависимость пар узлов, что и при процессе из двух модулей.
Отсутствие перерывов в работе второго и третьего шьющих модулей между обработкой взаимосвязанных пар узлов можно выразить в виде следующих неравенств
Для идентичнонаправленных же технологических маршрутов при моделировании рабочих процессов учитывают уже четыре положения (критерия). Первое и второе из них - те же, а другие критерии - для средних значений искомых параметров:
Третье положение состоит в том, что первыми запускаются в обработку те технологические маршруты, где (вт - ви) 0 с расположением их в порядке возрастания ва, а вторыми - технологические маршруты, где (вт - ва) 0 с расположением их в порядке уменьшения т. Или: функционально последовательность запуска изделий выражена для первой части матрицы как f(0j)M /(ві)і, а для второй части как Д#п)/+1 /0п)г
Четвертый критерий отражает порядок запуска изделий в зависимости от 0гІІ- гІ),т.е. в порядке убывания данной разности или функционально - в виде /0П - ві)м /0п - ві)
При этом надо учитывать, что ситуация неопределенности решается в данном случае так же, как было описано для первого и второго критериев, но по параметрам 0Ш - #п) и (#ш = Qa).
Таким образом, при любом количестве технологических маршрутов определяют два из них (для идентичных) или четыре (для идентичнона-правленных), отличающиеся наименьшими значениями длительности рабочих процессов МША или РТК. Оптимальный же из них находят путем расчета вц.0 по приведенным ниже зависимостям.
В качестве примера показано моделирование идентичнонаправлен-ных технологических маршрутов обработки узлов с последовательной подачей их по рабочим местам. Данные по занятости шьющих модулей МША или ГПС представлены в матричной форме (табл.5.2).
По столбцам в матрице указаны номера шьющих модулей, очередность которых отражает последовательность технологических операций. По строкам указаны объекты обработки (детали, узлы, изделия) и их технологические маршруты. Каждая ячейка матрицы отражает занятость шьющего модуля на данном рабочем месте. К данному времени занятости могут быть отнесены и затраты сопутствующих ручных операций и переходов.
Кроме того, надо отметить, что в некоторых ячейках матрицы время ту может быть равно нулю, что означает неучастие данного шьющего модуля в обработке изделия в этом технологическом маршруте. Указанное время пj может также отражать обработку пачки (партии) изделий.
Следует еще раз подчеркнуть, что длительность прохождения объектов обработки по рабочим местам ГПС зависит также и от выбранной последовательности исполнения технологических маршрутов [36]. При п объектах обработки число вариантов запуска маршрутов равно п\.
Надо также отметить, что для простых вариантов производственного процесса, когда технологические маршруты носят идентичный характер, моделирование очередности запуска объектов обработки проводят лишь по двум первым критериям.
