Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Литературный обзор и задачи исследования 10
1.1 Современный взгляд на швейные гибкие производственные системы 10
1.2 Гибкие системы швейного оборудования 15
1.2.1 Адаптация рабочих характеристик оборудования к условиям 15 производства
1.2.2 Принцип модульности при создании многооперационного 17 швейного оборудования
1.2.3 Интеграция МША в структурные формы ГПС 19
1.3 Структуры швейных машин неавтоматического действия 22
1.4 Процесс взаимодействия рабочих органов швейных машин и 26
обеспечение надежности рабочего процесса
Выводы по главе 1 . 32
ГЛАВА 2 Разработка структуры шьющих модулей неавтоматического действия 35
2.1 Постановка проблемы 35
2.2 Структура механических систем шьющих модулей 36
2.3 Структура унифицированного шьющего модуля к швейным 38 многооперационным агрегатам
2.4 Обеспечение точности при базировании шьющего модуля на 40 рабочем месте МША
2.5 Методика расчета узла стыковки шьющего модуля 43
2.5.1 Общие положения 43
2.5.2 Характеристика конструкционных материалов стыковочной 43 муфты
2.5.3 Расчет передачи усилий во фрикционных муфтах 45
2.5.4 Расчет сил трения во фрикционных муфтах 50
2.6 Расчеты конструктивных узлов шьющего модуля 54
2.6.1 Расчет инерционной массы маховика 54
2.6.2 Исследование динамики шьющего модуля на этапе пуска и 58 останова
2.7 Исследование работы узла стыковки к механическому приводу... 61
2.7.1 Нагрузки, действующие на механический привод 61
2.7.2 Нагружсние привода, адаптированного к нагрузкам кручения... 63
2.7.3 Колебания системы привода с учетом демпфирования 69
2.7.4 Крутильные колебания двухмассовой системы привода 70
Выводы по главе 2 72
ГЛАВА 3 Исследование рабочего процесса шьющих модулей (лабораторные испытания) 74
3.1 Постановка испытаний рабочего процесса 74
3.2 Оптимизация рабочего процесса шьющих модулей 80
3.2.1 Выбор критериев оптимизации, факторов и уровней варьирования 80
3.2.2 Планирование эксперимента 82
3.3 Определение оптимальных значений параметров рабочего 88
процесса
Выводы по главе 3. 96
ГЛАВА 4 Метод оценки надежности рабочего процесса (производственные испытания)
4.1 Гибкие системы швейного оборудования 97
4.2 Метод оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей.. 98
4.2 1 Методика оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей 102
4.3 Организация работы шьющих модулей в многооперационпых швейных агрегатах
Выводы по главе 4 109
ГЛАВА 5 Экономическая эффективность по результатам проведенных исследований и разработок
5.1 Экономическая эффективность от повышения надежности 110 рабочего процесса швейного оборудования
5.2 Экономическая эффективность от внедрения разработанных 113
гибких систем швейного оборудования
Выводы по главе 5 116
Обшие выводы 117
Библиографический список
- Гибкие системы швейного оборудования
- Структура унифицированного шьющего модуля к швейным 38 многооперационным агрегатам
- Оптимизация рабочего процесса шьющих модулей
- Методика оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей
Введение к работе
Решающая роль в повышении эффективности швейных предприятий принадлежит технологическому оборудованию, отвечающему современным требованиям технологии и организации производства. Иначе говоря, каждому определенному этапу развития производственных связен и отношении в этой сфере требуются и определенные виды технологического оборудования.
В настоящее время, в период острой конкуренции отечественных товаров народного потребления с зарубежными, новым мощным средством повышения эффективности малых швейных предприятий может стать применение в основном производстве гибких систем технологического оборудования, отличающихся мобильностью, быстродействием наладки на широкий ассортимент пошиваемых изделий, способностью стабилизировать производственный процесс и улучшить его показатели за счет повышения загрузки оборудования, возможности использования многовариантности технологии, многоассортиментности запуска и рациональной организации труда.
В связи с этим, проблема разработки гибких систем и і пей ного 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 технические и организационные показатели гибких систем швейного оборудования и будут определять развитие отрасли в данный момент и в ближайшем будущем,
Созданием подобного оборудования в последние годы занимаются во МГУС, где автор данной диссертации принимал участие в разработке пшенных многооперационных агрегатов модульного типа, обладающих свойством адаптации к изменяющимся условиям производства. Это оборудование значительно более высокого технического уровня, и при разработке его требовалось решить не только проблемы рабочего процесса оборудования, технологии и организации самого производства, но и доработки составляющих механических систем, приспосабливая их к условиям рабочего процесса агрегатов. Главным образом, это относится к шьющим модулям, аналогами которых являются швейные машины различного назначения, и к механическому приводу, который в данном оборудовании должен быть унифицирован для ряда шьющих модулей.
Разработке данного оборудования способствовала госбюджетная тема: регистрационный номер Министерства образования и науки РФ 01.20.03.02192 «Разработка теоретических основ гибких швейных процессов» 1 этап - Исследования проблемы гибкости швейных процессов от 09.01.2003 (код ВНТИЦ 02 0302 453 0345) и 2 этап - Разработка основ гибкой технологии швейного производства от 11.02.2005 (код ВНТИЦ 02 0302 453 0343), в которой автор реализовал технические идеи на уровне изобретении (патенты РФ №№ 2181394, 2255157).
Цел 1,ю работы является разработка методов повышения эффективности швейного оборудования пошивочного производства. При этом решались следующие задачи: исследование условий функционирования механических систем швейного оборудования; разработка структуры шьющего модуля к многооперационным швейным агрегатам модульного типа; разработка и исследование систем базирования и стыковки шьющих модулей; исследование функционирования конструктивных элементов шьющих модулей и унифицированного привода к ним; разработка метода и технического средства для исследования в лабораторных условиях надежности рабочего процесса шьющих модулей; разработка метода оценки надежности работы шьющих модулей в
7 производственных условиях.
Объектами исследований являлось многооперационное швейное оборудование и технология на его основе.
Методы исследований. В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы исследований. Исследование рабочего процесса шьющих механизмов и влияние износа на их работоспособность проводились на основе методов математического планирования и статистической обработки эксперимента, аппроксимации графических реализаций, кинетостатики, моделирования и прогнозирования событий.
Концепция проектирования гибких систем швейного оборудования формировалась на основе модульного принципа; рабочий процесс данного оборудования разрабатывался с использованием теории операций и эвристических алгоритмов; надежность функционирования шьющих модулей оценивалась вероятностными методами.
Научная новизна работы состоит в том, что осуществлено решение научной проблемы проектирования перспективного вида технологического швейного оборудования, имеющего большое значение для отрасли. При этом получены новые результаты в следующих направлениях: на основе анализа априорных данных по условиям функционирования механических систем швейного оборудования намечены пути их совершенствования; предложены структурные и конструктивные решения создания шьющих модулей к многооперационным швейным агрегатам модульного типа; разработаны экспериментальные методы и техническое средство для оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей на этапах лабораторных и производственных испытаний; предложена структурная форма унифицированного механического привода к многооперационным швейным агрегатам модульного типа и методы снижения динамических нагрузок в переходные этапы работы
8 оборудования; разработан вероятностный метод оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей по критериям разрывной прочности нитки и ее натяжения в процессе стежкообразования; исследованы вопросы технологии и организации с применением данного оборудования.
Практическая значимость работы. Результаты работы -использовались при выполнении госбюджетной темы: регистрационный номер Министерства образования и науки РФ 01.20.03.02192 «Разработка теоретических основ гибких швейных процессов» 1 этап - Исследования проблемы гибкости швейных процессов от 09.01.2003 (код ВНТИЦ 02 0302 453 0345) и 2 этап - Разработка основ гибкой технологии швейного производства от 11.02.2005 (код ВНТИЦ 02 0302 453 0343).
Разработана концепция проектирования шьющих модулей к швейным агрегатам модульного типа, предложен вариант модуля челночного стежка (патент РФ №2181394).
Разработанные шьющие модули будут входить в состав гибких систем швейного оборудования, разработанных ранее в МГУ С (патенты РФ №№ 2073758, 2084571, 2087607, 2130982 и др.).
Разработано устройство для определения силы натяжения нити в швейной машине (патент РФ Ка 2255157).
Результаты исследования гибких систем швейного оборудования внедрены на ООО «ТрикКолор» (г. Тольятти); ожидаемый экономический эффект для производственной программы предприятия составил 263808 руб. (в ценах 2004г.).
Результаты исследований рабочего процесса, особенностей технологии и организации применения многооперационных агрегатов в швейном производстве сферы быта нашли отражение в учебном процессе при выполнении курсового и дипломного проектирования специальности 280900.
9 Апробация результатов работы. Основные научные положения работы были представлены и получили положительные оценки на Международных научно-технических конференциях «Наука - сервису» (Москва, МГУС, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005г.г.), на Международной научно-технической конференции «Новые технологии в одежде из тканей и трикотажа» (Москва, МГУС, 2001г.), на конференции «Проблемы и решения современной технологии» (Тольятти, ПТИС, 2001г., ТГЛС, 2005г.), на конференции «Проблемы гуманизации вузовского образования» (Тольятти, ПТИС, 2000г.), на Международной научно-практической конференции «От научно-технических разработок до инновационных проектов» (Москва, МГУС, 2002г.), на четвертой городской научно-практической конференции «Наука - сервису города» (Тольятти, ТГИС, 2003г.), на пятой городской научно-практической конференции «Наука - сервису города» (Тольятти, ТГЛС, 2005г.), на Международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (Уфа, УГИС, 2005г.).
Основные результаты работы были опубликованы в журналах: «Швейная промышленность» №5 (Москва, 2002г.), «Швейная промышленность» №1 (Москва, 2003г.), «Теоретические и прикладные проблемы сервиса» №1(2) (Москва, 2002г.), в сборнике научных статей «Инновации и перспективы сервиса» (Уфа, 2005г.).
Результаты работы используются на кафедре «Конструирование и технология швейных изделий» МГУС и на кафедре «Технология и конструирование швейных изделий» ТГЛС, в учебном процессе в соответствующих разделах дисциплин «Оборудование швейных изделий» и «Технология швейных изделий» для студентов специальности 280900 «Конструирование швейных изделий».
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 23 научных статьях, методических разработках и отчетах проектных работ. Получены патенты РФ на изобретение №№ 2181394, 2255157.
10 ГЛЛІЇЛ 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Современный взгляд на пшенные гибкие производственные системы
Определяющими факторами при производстве одежды на малых предприятиях является необходимость обеспечения качества при выпуске широкого ассортимента изделий, использования различных видов материалов, учета разнообразных потребностей заказчиков, выдерж'ивание сроков исполнения заказов. Перечисленные требования необходимо соблюдать при условии, когда установлены ограничения на производственные площади, трудовые ресурсы и техническое обеспечение.
Эти обстоятельства накладывают значительные трудности на проектирование одежды, технологию изготовления и организацию производства.
Все отмеченное ориентирует малые предприятия на использование концепции технологических операций на рабочих местах при производстве одежды, что отвечает условиям функционирования гибких производственным системам (ГПС).
Так, в Московском государственном университете дизайна и технологий был разработан швейный агрегат, где работница могла работать на двух шьющих машинах работающих от одного электропривода.
В Московском государственном университете сервиса (МГУС) 20 лет назад бала разработана многооперациоиная машина 2022 класса, на которой выполнялась челночная и цепная строчка.
В Японии разработан многооперационпый агрегат с компьютерным управлением.
В последние годы во МГУС наметилась тенденция создания миогооперационных агрегатов по двум направлениям. Одно из них было разработано профессором Кокеткиным П.П., а вторым направлением является разработка многооперационных швейных агрегатов работающих по компьютерной программе.
В соответствии с анализом литературных источников [1-14], целью создания гибких производственных систем на швейных предприятиях должно быть повышение экономических показателей при производстве одежды и качества оказания услуг и самих изделий.
Для этого на производстве необходимо обеспечивать как минимум: - способность производственных систем без каких либо существенных переналадок проводить обработку (деталей и узлов) и сборку изделий широкого ассортимента; - готовность производственных систем к совершенствованию и расширению мощностей за счет включения дополнительных структурных подсистем; - способность производственных систем адаптироваться к отклонениям параметров обрабатываемых материалов, условий работы при гарантии выполнения всех технических требований при производстве одежды и качественных се параметров.
Отмеченные показатели швейных гибких производственных систем (ГПС) предполагают использование в технологических процессах концепцию концентрации технологических операций на рабочих местах швейных потоков [13]. При этом автор отмечает, что концентрация технологических операций должна проводиться по их однородной сущности и по однородности применяемого оборудования. Укрупнение технологических операций повышает роль работниц, делает труд более творческим. Также показано, что метод концентрации технологических операций позволяет осуществлять процесс обработки и сборки изделий на одном, двух пли трех рабочих местах.
При этом достигается прежде всего высокий уровень качества, минимизации затрат, снижение себестоимости продукции, а в условиях конкуренции именно эти факторы определяют успех. Кроме того, заинтересованность швейных предприятий более эффективно использовать
12 имеющуюся у них дорогую технику и компенсировать за счет этого затраты на ее содержание, а также взаимную заинтересованность предприятий быта и малого бизнеса. Как отмечает Кокеткин П.П., купить, содержать и обслуживать подобную технику малым предприятиям не реально, а в противном случае они теряют качество, следовательно, становятся не конкурентоспособными [13].
На швейных предприятиях средней мощности и, тем более большой, гибкость производственных систем строится несколько по иному [14]. В основу подобных систем положены гибкие организационно-технологические модули (ГОТМ).
Постоянное обновление одежды, выпускаемой предприятиями швейной промышленности, требует повышения гибкости ее производства. В современной литературе [10,11,12,81] понятие гибкого технологического процесса применяется как синоним быстро переналаживаемого мобильного производства. Существует несколько трактовок понятия гибкости. В зависимости от решаемых задач на первый план выдвигаются такие формы гибкости, как организационая, техническая, технологическая, структурная, надежная и другие [15].
Для создания гибких производственных систем в швейной промышленности следует учитывать специфику процессов изготовления одежды. Это многодетальность изделий, участие в изготовлении большого количества оборудования, рабочей силы и т.п. Поэтому особое внимание следует обратить на технологические аспекты обработки выпускаемых промышленностью изделий. Выполнение соединений частей изделий одними и теми же швами на аналогичном по своим функциям оборудовании позволяет организовать производство по модульному принципу [14]. Модуль в технологическом отношении должен являться константой для различных моделей изделий. Совокупность модулей при этом составит технологический процесс для изготовления конкретного изделия.
Постоянство набора технологических решений, осуществляемых в модуле, обеспечивает обработку различных в конструктивном отношении деталей и полуфабрикатов как одинаковых, так и разных изделий. Для того, чтобы исключить влияние материала и связанную с ним перестройку оборудования, вводится ограничение на процесс производства - изготовление только одного вида изделия из одинаковых но свойствам материалов.
Устойчиво сохраняемая в модулях потока совокупность воздействий средств труда на предметы труда обеспечивает аналогичное постоянстпо организационно - технологического решения последнего. При переходе от изготовленной одной модели к другой меняется только межмодульная и внутримодульная связь (маршрут движения полуфабриката). Сам технологический процесс по своей структуре, размещению и составу оборудования будет постоянным [16,17].
Таким образом, предложенный подход позволяет уже сегодня, не дожидаясь создания многооперационной технологии, многоцелевого оборудования с ЧПУ, создавать гибкие производственные системы в швейном производстве. Рассмотрим более подробно способ их проектирования, для чего конкретизируем понятие гибкого организационно -технологического модуля швейного потока.
Под гибким организационно - технологическим модулем потока понимают [14] устойчиво сохраняемую совокупность воздействий средств труда (оборудования) на предмет труда (детали и полуфабрикаты), которая может существовать самостоятельно, присутствовать в более крупных совокупностях, а также взаимозаменяться. ГОТМ при этом должен обеспечивать обработку различных конструктивных решений части изделия.
На основе приведенного определения модуля потока и требований к построению поточного производства сформированы основные правила к его проектированию: - функциональная завершенность технологической обработки; отсутствие причинно - следственных связей с обработкой в других модулях потока; постоянство номенклатуры средств труда и живого труда; обеспечение возможности обработки любого предмета труда (детали или полуфабриката) любой модели определенного вида изделия в пределах функциональной ее однозначности; - равенство или кратность средневзвешенных величин тру доем костей модулей в потоке. D работе [18] приводится швейная ГПС, функционирующая на зарубежных фирмах. Автор отмечает, что в последние годы наметилась тенденция быстрого морального старения одежды, что требует перестройки швейного производства на основе применения гибких производственных систем.
Швейная гибкая производственная система - это прежде всего автоматизированная поточная система изготовления одежды, в которой на основе соответствующих технических и организационных средств обеспечивается возможность оперативной переналадки швейного потока на выпуск повой продукции.
Новый подход к созданию швейных ГПС отвечает современным требованиям рыночной экономики. Такая система характеризуется передовыми формами управления производством, основанными на компьютерном моделировании процессов.
Еще 25-30 лет тому назад исследованиями [19-22] было показано, что повышение эффективности швейных предприятий можно добиться за счет только внедрения организационно-технологической подготовки производства вместо существующей технологической подготовки, так как это уже делает производство более мобильным, а процессам придается определенная гибкость.
Однако значительное улучшение производственных показателей предприятий достигается, как правило, за счет внедрения нового технологического оборудования.
Исследованиями МГУС [23] разработана концепция создания швейного оборудования нового поколения и организация производства иа его основе. На уровне изобретений предложен целый ряд многооперационных швейных агрегатов модульного типа, обладающих высокой степенью технологической гибкости.
Модульный принцип построения швейного оборудования позволяет сохранять структуру швейных машин практически типовой, что не усложняет рабочий процесс взаимодействия рабочих органов и в то же время позволяет выполнять на агрегате значительное число технологических операций, так как швейные головки, они же шьющие модули, прсдварителыю устанавливаются в накопитель агрегата и поступают автоматически на рабочую позицию промстола в зависимости от технологического маршрута обработки или сборки швейных деталей-узлов.
Данное оборудование обладает значительно более высоким техническим уровнем. При смене ассортимента понижаемых изделий потребуется только переключение управляющей программы ЭВМ. Агрегаты обладают свойством интеграции их в ГПС различных структур, что позволяет успешно применять их на предприятиях различной мощности.
Основное назначение данного оборудования - это малые швейные предприятия сервиса.
1.2 Гибкие системы швейного оборудования
1.2.1 Адаптация рабочих характеристик оборудования к условиям производства
В настоящее время, когда резко обострилась конкуренция
16 отечественных и зарубежных товаров, когда многоукладность структур в производстве одежды становится неоспоримым фактором, быстрая сменяемость моделей, изготовляемых в производственных процессах, должна достигаться ле путем затратной перестройки последних, а путем рациональной организационно-технологической подготовки процессов, что особенно важно для малых предприятий. Отсюда появилась необходимость в проведении исследований и разработок новых подходов к механизации и автоматизации швейного производства, придании технологическому оборудованию таких характеристик, которые позволили бы повысить его эффективность [80].
В связи с этим для швейных предприятий встают задачи разработки и внедрения на основном производстве гибких производственных систем, для которых характерно сочетание передовой технологии, производительного оборудования и высокого уровня организации труда [82].
Основой гибких производственных систем на участках изготовления одежды должно быть оборудование более высокого технического уровня, способное: во-первых, стабилизировать технологический процесс при возникновении различных технических и организационных отклонений; во-вторых, уменьшить цикл обработки изделий; в-третьих, значительно упростить и ускорить переход на изготовление новых моделей.
Характерным представителем гибкой производственной системы является роботизированный технологический комплекс (РТК), варианты которого широко применяются в машиностроительном производстве. 13 швейном производстве РТК должен иметь свои отличительные характеристики, адекватно отвечающие специфике объектов обработки, технологии и рабочим процессам исполнительных органов [24].
Гибкость швейных РТК должна, прежде всего, определяться способностью его управляющей системы оперативно перестраиваться на выполнение новых технологических операций при обработке изделий, перспрограммироваться при смене технологического процесса,
17 концентрировать на одном рабочем месте выполнение ряда операций и переходов за счет свойства мпогооперационности применяемого оборудования. Быстрота перестройки РТК на новые технологические процессы должна быть заложена при проектировании комплектующих средств, т.е. потенциально обеспечена на стадии разработки.
Адаптивность РТК проявляется, как правило, в способности быстро реагировать на внешние и внутренние изменения рабочего процесса и приспосабливаться к изменившимся условиям функционирования производства, за счет многовариантности технологических процессов. Многовариантность процесса РТК швейного участка обеспечивается наличием универсальных технических средств при реализации маршрутной технологии.
Многофункциональность швейных РТК позволяет решать ряд производственных задач: успешно внедрять различные формы организации труда, отвечающие конкретно складывающимся условиям производства; решать проблему директивно заданных сроков изготовления изделий; выполнять заказы на изготовление определенного набора изделий за минимальное время; применять групповую технологию, благодаря чему обеспечивать оптимальность загрузки оборудования и повышать его производительность.
1.2.2 Принцип модульности при создании многооперацноиного швейного оборудования
При создании многооперационного швейного оборудования возникают характерные противоречия между основными параметрами конструкции и его рабочего процесса.
Так придание оборудованию расширенных технологических возможностей за счет разработки и включения в его структуру дополнительных агрегатов, узлов и механизмов, т.е. использования принципа
18 агрегатирования, неизбежно приводит к повышению конструктивной сложности оборудования и, как следствие, к снижению надежности рабочего процесса, к сокращению зон по обслуживанию исполнительных механизмов и обрабатываемого изделия.
Кроме того, надо учитывать, что швейные машины требуют высокой точности взаимодействия рабочих органов между собой и с нитями, что практически не возможно выполнить на рабочем месте швеи путем настройки заменяемых агрегатов. Проще говоря, швейные машины требуют, чтобы исполнительные основные механизмы были предварительно настроены на определенные условия технологического процесса. Этим и обусловлен новый подход к созданию многооперационных швейных машин, при котором необходимо предусмотреть, чтобы гибкость рабочих процессов достигалась не за счет переналадки существующих исполнительных механизмов или включения новых, так как оперативно и качественно настроить их не удастся, а за счет учета специфики его рабочего процесса.
Указанным условиям функционирования отвечает оборудование, построенное по модульному принципу. Суть этого принципа заключается в том, что оборудование компонуется из типовых модулей [25]. Модульный подход к созданию оборудования имеет ряд достоинств: высокую надежность рабочего процесса, обеспечиваемую за счет хорошей отработки комплектующих типовых узлов; возможность быстро и с минимальными затратами создавать из типовых модулей различные варианты оборудования применительно к реальным нуждам производства; возможность оперативно заменять отдельные модули в случае необходимости их ремонта или использования новых, сохраняя при этом точность исполнения оборудованием рабочего процесса. Это особенно важно, поскольку позволяет повышать технологическую гибкость оборудования и адаптировать его к реальным условиям изготовления конкретных моделей одежды.
Таким образом, модульный принцип создания технологического оборудования в том числе и на швейных предприятиях позволяет
19 значительно повысить мобильность технологических процессов, что стало насущной необходимостью в настоящее время.
Кроме того, модульный подход к компоновке структурных форм систем оборудования обеспечивает непрерывный процесс развития механизации и автоматизации отрасли, совершенствование технологии и организации производства одежды.
Впервые для швейных подразделений было намечено направление и перспективы развития гибких систем оборудования и различных производственных структур в МГУС. Для этого были разработаны многооперационные швейные агрегаты (МША) модульного типа, которые сами являлись технологическими модулями, для интеграции их в производственные системы. Одновременно с разработкой структурных форм оборудования и производственных систем создавалось технологическое и организационное обеспечение их работы.
1.2.3 Интеграция МША в структурные формы ГПС
Многооперационные швейные агрегаты обладают свойством легко интегрироваться в различные формы гибких производственных систем. Одной из таких форм является роботизированные технологические комплексы. РТК в данном случае представляют собой систему нз нескольких подобных агрегатов, имеющих ряд промстолов, обладающими автономными унифицированными приводами с возможностью стыковки шьющих модулей. При этом шьющие модули комплектуются в одном накопителе. Такая производственная система значительно повышает загрузку шьющих модулей, позволяет внедрять гибкую организацию труда и эффективно использовать производственную площадь.
Швейные РТК (рис. 1) состоят из промстола 1 с унифицированными проводами 2 к шьющим модулям, накопителя 3, например, в виде цепного многоярусного стеллажа с люльками и поддонами для шьющих модулей
20 неавтоматического действия 4. Каждый промстол обеспечен средством транспортирования шьющих модулей в виде кареток-манипуляторов 5.
Унифицированные приводы промстолов обеспечены электродвигателями с фрикционными муфтами и педалями управления. Электродвигатели промстолов связаны со шкивами 6 привода 2 через ременные передачи. Вал 7 приводов имеет стыковочные полумуфты в виде пилки 8. Вторая часть стыковочной муфты выполнена на валу 9 модуля 4. Промстолы РТК имеют пульты управления 10 для обеспечения работой как отдельного промстола, так и комплекса в целом.
Рисунок 1- Роботизированный технологический комплекс
Накопитель 3 шьющих модулей, кроме механизма перемещения цепи стеллажа, имеет механизм возвратно-поворотного движения всего стеллажа вокруг вертикальной оси, что необходимо для поочередной загрузки шьющими модулями рабочих мест всех промстолов комплекса.
РТК работает следующим образом. Для вызова на рабочую позицию одного из промстолов 1, обычно этот стол задан как исходный, необходимо при ручном управлении обратиться к пульту 10. После нажатия на соответствующую кнопку на пульте управления происходит поворот цепи стеллажа 3, что приводит к перемещению шьющих модул ей и при подходе необходимого модуля на уровень промстола останавливается цепь конвейера стеллажа. Вслед за этим включается в работу каретка-манипулятор, которая подходит под шьющий модуль, захватывает его и переносит па рабочую позицию промстола 1. При этом стыковочная полумуфта вала модуля 9 соединяется со стыковочной полумуфтой вала привода 8. Швея производит рабочий процесс обработки детали или узла. После завершения рабочего процесса шитья при верхнем положении иглы модуля можно провести отстыковку данного шьющего модуля от привода. Для этого с помощью пульта управления 10 вновь включают каретку-манипулятор 5, которая переносит данный модуль в накопитель 3 на свое же свободное место.
Каретка после этого отходит в промежуточное положение. После этого можно вызывать на данный промстол другой шьющий модуль. Вновь приводят цепь стеллажа в движение и выводят на уровень промстола необходимый шьющий модуль, который переносится на рабочую позицию кареткой данного промстола.
Для вызова шьющего модуля на другой промстол РТК обращаются к пульту управления этого стола. При не занятости накопителя 3 другим промстол ом, он поворачивается вокруг вертикальной оси до момента подхода соответствующей стороны накопителя, через которую производится выдача шьющих модулей к данному промстолу. После этого поворачивается цепь стеллажа накопителя 3 до момента выхода необходимого шьющего модуля на уровень данного промстола, где он захватывается кареткой и переносится на рабочую позицию промстола.
Все другие операции (переходы) переноса, стыковки с приводом, обслуживание шьющего модуля при выполнении рабочего процесса шитья и
22 задействования других шьющих модулей на данном промстолс аналогичны описанным пыше.
Подобным образом обеспечиваются шьющими модулями и другие промстолы РТК, которых, как было отмечено выше, может быть больше чем два или три.
Обеспечение шьющими модулями промстолов комплекса может выполняться автоматически по программе производственного процесса. При этом накопитель шьющих модулей будет находится в режиме ожидания, т.е. в момент выполнения рабочего процесса шитья на одном из рабочих мест комплекса накопитель свободен и может поворачиваться вокруг вертикальной оси для подачи необходимых шьющих модулей на другие рабочие места. Угол поворота накопителя шьющих модулей зависит от положения того или иного промстола в комплексе, вставшего под обслуживание накопителем.
Таким образом, в состав многооперационных швейных агрегатов и швейных РТК входят одни н те же шьющие модули, которые должны иметь ту же структуру исполнительных механизмов, обеспечивающих образование стежков и строчек, что и в традиционных швейных машинах (головках). Это обеспечит надежность рабочего процесса их.
1.3 Структуры швейных машин неавтоматического действия
Многооперационный швейный агрегат (патент № 2073758 - разработан МГУС) выступает в швейной производственной структуре как единица гибкого технологического оборудования с системой управления, позволяющей встраиваться в общую систему управления участка, цеха или ателье.
Многооперационный швейный агрегат относится к технологическому оборудованию модульного типа. В качестве шьющих модулей должны выступать швейные головки общего и специального назначения
23 неавтоматического действия, снабженные унифицированными узлами стыковки с приводом. Привод же в этом случае унифицируется под шьющие модули и устанавливается на промстоле агрегата.
Швейные машины (головки) неавтоматического действия являются по структуре в нашем случае аналогами шьющих модулей для МША. Структура швейной машины 1022 класса имеет четыре основных механизма: механизм иглы, челнока, нитепритягивателя и перемещения ткани.
Механизм иглы имеет свое начало от ведущего звена - кривошипа закрепленного на главном валу. Кривошип через палец, шатун и поводок передает движение игловодителю с иглой.
Механизм челнока структурно начинается от зубчатой пары, где первое зубчатое колесо ведущее, а второе колесо - ведомое, закрепленное на вертикальном валу. Вертикальный вал вращается в двух втулках. Шестерня на вертикальном валу входит в зацепление с шестерней, закрепленной на челночном вале. Общее передаточное отношение двух пар шестерен равно 1: 2, т.е. частота вращения челночного вала будет в 2 раза больше, чем у главного вала. На левом конце челночного вала двумя винтами закреплен челнок.
Механизм перемещения ткани состоит из сборочных узлов; вертикальных и горизонтальных перемещений рейки, регулятора длины стежка и лапки.
Узел вертикальных перемещений рейки: ведущим звеном механизма является сдвоенный эксцентрик, соединенный с шатуном. Нижняя головка шатуна соединяется с коромыслом. Коромысло изготовлено заодно с валом подъема, который удерживается под платформой машины в двух центровых пальцах. На левом конце вала подъема, винтом закреплено переднее коромысло, а на его пальце удерживается ползун, вставленный в паз вилки рычага механизма перемещения материалов. К рычагу двумя пинтами крепится рейка.
Горизонтальное перемещение рейка получает от эксцентрика на
24 главном палу, который передает движение шатуну, кинематически связанного с рамкой. Рамка через вильчатый шатун поворачивает коромысло, вал продвижения и рамку против часовой стрелки. Рейка, закрепленная на рычаге двигателя ткани, переместит ткани от работающего.
С зубчатой рейкой работает прижимная лапка, размещенная на стержне, подпружиненном цилиндрической пружиной относительно корпуса машины. Кулачковый рычаг обеспечивает подъем и опускание прижимной лапки. Механизм перемещения имеет еще и узел регулирования длины стежка. Рычаг регулятора длины стежка, надет на шарнирный палец вставленный в отверстие стойки рукава машины. На переднее плечо рычага надета винтовая втулка, ее резьбовая часть входит в отверстие рукоятки для изменения направления перемещения тканей. В паз рукоятки вставлена гайка, с помощью которой происходит изменение длины стежка.
Структура швейной машины 26 класса отличается от структуры швейной машины 1022 класса только механизмом иглы, остальные механизмы по структуре аналогичны механизмам машины 1022 класса.
Механизм иглы состоит из двух узлов: вертикальных и горизонтальных перемещений иглы.
Узел вертикальных перемещений получает свое движение от кривошипа на главном валу, который соединяется с шатуном. В отверстие нижней головки шатуна вставлен палец поводка, а в его боковое отверстие вставлен цилиндр, в котором закреплен игловодитель. Игловодитсль перемещается в двух направляющих рамки. Рамка надета на шарнирные пальцы, которые являются направителями рамки и препятствуют ее смещению к работающему.
Узел горизонтальных перемещений имеет свое начало от шестерни на главном валу, которая входит в зацепление с шестерней изготовленной заодно с кулачком с передаточным отношением 2:1. Кулачок спрофилирован так, что сообщает игле отклонения только в верхнем положении. Кулачок охватывает вилка шатуна, на конце которой располагается шарнпрпо
25 эксцентриковый палец соединенный с рамкой. При движении шатуиа, рамка поворачивается на пальце и игла делает правый прокол.
Структура швейной машины 51 класса имеет следующие механизмы: механизм иглы, петлителей, перемещения материала и механизм ножа.
Механизм иглы представляет собой шестизвенный шарнирный механизм, составленный из пространственного четырехзвенника кривошипно-коромыслового типа и плоского коромысло-ползунпого механизма, в котором игловодитель является ползуном. Главный вала при помощи колена приводит в движение шатун, который через шаровой палец приводит в движение задний рычаг. Этот рычаг изготавливается совместно с осью, которая проходит внутри втулок, закрепленных в рукаве машины. На оси двумя винтами закреплен передний рычаг, который серьгой соединен с хамутиком и в вертикальном отверстии хомутика винтом закреплен игловодитель.
Механизм петлителей - плоский двухкоромысловый четырехзвенник, связанный с пространственным четырехзвенным механизмом кривошипно-коромыслового типа. Главный вал через кривошип и шатун и шаровой палец приводит в колебание рычаг вместе с правым петлителем. Левый петлптель и рычаг получают колебание от рычага через звено.
Механизм перемещения материала - дифференциального типа, имеет два реечных двигателя, продольные перемещения которых не одинаковы. Главный вал через эксцентрик и шатун приводит в движение коромысло и рамку, которая в свою очередь приводит в движение рычаг двигателя и рейку по горизонтали вдоль строчки. Движение по вертикали происходит через эксцентрик и шатун.
Механизм ножа - рычажного типа. Верхний и нижний (неподвижный) ножи работают по принципу ножниц. Главный вал через эксцентрик и шатун приводит в движение рычаг ножа вместе с верхним ножом, который поджимается к нижнему ножу пружиной.
Швейные машины неавтоматического действия (1022 кл., 26 к л., 51 кл.,
26 и другие) имеют разнообразные структуры, главный вал (входной вал) может располагаться как в верхней части корпуса, так и в нижней, что требует решения вопроса унификации входного вала у шьющих модулей.
Швейные машины данного вида имеют разнообразные корпусные элементы, различные габариты и формы, что требует разработки базирующих узлов для шьющих модулей.
Указанные типы машин различны не только по конструктивным показателям, но и по скоростному режиму и моменту сопротивления, приведенного к входному валу, что требует исследования надежности их рабочего процесса,
1.4 Процесс взаимодействия рабочих органов пшенных машин и обеспечения надежности рабочего процесса
Как было отмечено выше, шьющие механизмы швейных машин и шыошнх модулей к МШЛ должны быть идентичны.
Устойчивость и надежность рабочего процесса швейных машин определяется, прежде всего, показателями натяжения переплетаемых ниток, во всех фазах процесса образования стежка, которые не должны быть вблизи пределов разрывных величин [26].
Значительную роль на качество рабочего процесса оказывают структуры переплетения ниток в стежке.
В связи с этим, одним из важнейших вопросов в оценке работоспособности швейных машин является объективная оценка усилии работы ниток, образующих под воздействием рабочих органов стежки. Причем, техническое состояние рабочих органов и исполнительных механизмов, определяемое износом узлов трения, оказывает, значительное влияние па показатели работоспособности машин.
В научно-технической литературе кинематике и динамике рабочих органов, анализу взаимодействия их между собой и ниткой исследователи в
27 области пшенного оборудования уделяют большое снимание [3,27,28-30,31-41,42,43]. Получено удобное для практических расчетов уравнение движения иглы [3,27] L„ = г (1 -А/4) - г cos ф ± (г X cos2(p)/4 (1.1)
В уравнении характер перемещения иглы LF1 зависит от кинематических размеров механизма: ведущего звена - г и шатуна - 1. При этом известно, что чем меньше значение X = г /1, тем больше движение иглы будет приближаться к гармоническому характеру движения. Однако из конструктивных соображений размер шатуна нельзя бесконечно увеличивать. В связи с этим, для большинства швейных машин предпочтительное значение находится в пределах 0,22 - 0,43.
Кинематические характеристики движения нитки, проводимой под ткань, определяются соответствующими характеристиками рабочих органов [32]. Поэтому важно знать скорость перемещения исполнительных звеньев. В случае кривошипно-ползунного механизма иглы скорость и ускорение иглы определяются дифференцированием уравнений перемещения (1.1) [3,27] V,, = г w (sin (р ± 0,5 X sin 2 ф); (1.2)
А„= г vv2(cos ф ± X cos 2ф). (1.3)
Результаты проведенных исследований показывают [32], что нитка п челночных швейных машинах находится исключительно в сложных условиях в момент прокола иглой и в момент обведения ее вокруг челнока.
Скорость нитки быстроходных машин, непосредственно участвующей в переплетении, трижды за цикл возрастает от 0 до 16-39 м/с. Все это указывает на сложность и уязвимость рабочего процесса швейных машин.
В последние годы, в связи с развитием теории математического метода планирования эксперимента, появилась возможность выявить основные факторы, влияющие на рабочий процесс швейных машин. В частности, эти вопросы изучались в Московском государственном университете дизайна и технологий (МГУДТ), а также в Московском государственном университете сервиса.
Для исследования движения нитки относительно рабочих органов, питенаправителей и ткани в настоящее время применяют широко скоростную киносъемку [37]. Киносъемка позволила установить, что при проколе ткани иглой между ушком иглы и тканью может образовываться напуск нитки. Образование напуска зависит от сил трения нитки с ушком иглы, избытка нитки, скоростного режима машины и физико-механических свойств нитки и ткани. Установлено, что напуск увеличивается с повышением скорости машины и мало зависит от действия компенсаторной пружины.
Отмечено также [37], что обвод петли носиком челнока, и снятие с него происходит при больших ускорениях и, возникающие вследствие этого силы инерции изменяют форму петли, особенно в конце обвода и в начале снятия ее. С увеличением скорости работы машины отмечены поперечные колебания обводимой нитки.
В работе [41] отмечается существенное влияние на качество челночных строчек и на нагружение ниток в стежке структуры переплетения ниток*. Переплетение ниток в челночных машинах может быть без узелков, с одним или двумя узелками. Установлено [41], что вид переплетения ниток зависит от направления движения челнока, перемещения материала и расположения носика челнока и нижней нитки относительно иглы.
Показано, что от структуры переплетения ниток зависит прочность шва, так как при движении ткани от оператора образуется строчка, где в нитках крутки Z наблюдается дополнительная подкрутка, а при крутки S нитка наоборот раскручивается, что приводит к ослаблению механических свойств строчки.
Важнейшим этапом в процессе взаимодействия рабочих органов швейных машин является образование петли-напуска возле иглы. Очевидно [38,43], образование петли необходимо исследовать при различных скоростях, так как швейные машины работают с частыми остановами.
В исследованиях [38] было установлено, что образование петли в действующих машинах во многом отличается от процесса, наблюдаемого при статических условиях. Большинство петель, наблюдаемых при больших скоростях работы машин, имели увеличенную кривизну в нижней части, некоторую асимметричность относительно оси иглы.
Основные проблемы петлеобразования в швейных машинах челночного стежка обобщены В. Н. Гарбаруком [27]. При этом показано, что при движении иглы вниз, между ниткой и материалом возникают силы трения [27,38,43]: F, = p.,N и F2=u2N, (1.4) где ці и Ц2 - коэффициенты трения нитки об иглу и материал, N - давление ткани на нитку.
При подъеме иглы сила трения F[ будет увлекать верхнюю нитку вслед за поднимающейся иглой. Сила же F2 стремится удержать нитку на месте. Но так как коэффициент трения нитки о ткань больше, чем об иглу, что р2>^\' ^ результате, при ходе иглы вверх нитка задерживается на уровне сшиваемых материалов, что способствует образованию напуска со стороны короткой канавки иглы.
Образованию напуска способствуют силы инерции, возникающие в нитке при движении иглы вверх. В этот момент силы инерции натравлены вниз, и они отводят ветви нитки в сторону от иглы, увеличивая тем самым и размеры петли-напуска. Для успешного захвата носиком челнока напуска верхней нитки, носик должен проходить линию иглы с минимальным зазором [27,38,43]. При регулировке швейной машины этот зазор устанавливают не более 0,1 мм.
Следующим важным параметром работы швейных машин является величина подъема иглы, необходимая для образования петли-напуска нужной величины [27,38]. При прочих равных условиях подъем иглы будет зависеть от жесткости и толщины сшиваемых материалов. Чем больше жесткость и толщина материала, тем меньше может быть подъем иглы, необходимый для образования петли-напуска.
Функционально установлена [27] связь между положением носика челнока h4.H. и иглой в нижней точке h.uli = 0,5 D4 sin 2фо, (1.5) где фо - угол поворота главного вала машины при подъеме иглы на высоту b от нижнего положения, D4 - диаметр челнока.
По свидетельству отечественных и зарубежных авторов [35,36,42] решающим в оценке рабочего процесса является определение натяжения нитки в момент прокола ткани иглой, в момент захвата петли игольной ниткой и при затягивании стежка. Все проведенные исследования выполнялись без учета технического состояния машин и, как правило, без учета растяжения нитки.
Вопросы решались на специальных установках [35,36] с помощью метода элсктротензометрии. Для измерения натяжения при проколе материала использовали датчики проволочных сопротивлений [44,35,36,45] с относительной чувствительностью ДК. / RE % = 2,0, базой 10 мм, начальным сопротивлением R=980m и максимальной частотой 50кГц. Датчики наклеивались на балочку, изготовленную в виде бруса равного сопротивления с ушком на конце для закрепления нитки. Частота собственных колебаний балочки составляла примерно 4500 Гц, а амплитуда в рабочем диапазоне частот в 9 - 10 раз меньше амплитуды воспроизводимого сигнала. На установке исследовалось натяжение нитки в зависимости от сопротивления регулятора натяжения, плотности материала, избытка нитки и направления перемещения материала относительно иглы.
Полученные результаты показали, что избыток нитки существенным образом снижает ее натяжение и, в связи с этим, к моменту входа ушка в материал механизм нитепритягивателя должен подать нитку размером 5 = 3-4мм.
Как отмечают авторы [36], определение натяжения нитки на этапе захвата петли игольной нити челноком на действующих машинах представляют значительные трудности, в связи с этим этап взаимодействия челнока с ниткой исследуют также на специальных установках [36]. Параметры преобразующих элементов в ней аналогичны установке для определения натяжения нитки при проколе материала.
В установке используется модель носика челнока, которая переметается по вертикальным направляющим,
В фазе затягивания стежка натяжение нитки традиционно определяют с помощью тензометрической балочки, установленной на корпусе машины на участках глазок нитепритягивателя - регулятор натяжения или глазок нитсиритягивателя - игла [27,42].
Сложность и многофакторность рабочего процесса швейных машин требует при разработке новых конструкций машин более глубоких и всесторонних изучений условий работы нити, проведения оптимизации процесса взаимодействия рабочих органов с нитью по целевой функции, где за критерий должен быть принят показатель надежности трассы нити на основных этапах образования стежка.
Сложность рабочих процессов швейных модулей гибкой системы швейного оборудования так же, как и швейных машин требует при разработке более глубокие и всесторонние исследования функционирования трассы игольной нити, так как от этого зависит надежность рабочего процесса шьющих модулей и швейных агрегатов в целом. Это еще важно потому, что шьющие модули должны работать более интенсивно, чем обычные швейные головки, так как коэффициент загрузки гибкого оборудования в 1,5-2 раза выше обычного (жесткого) технологического оборудования.
Под надежностью понимается свойство выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного промежутка времени ГОСТ 27.301-95. Надежность систем
32 определяется показателями: безотказностью, долговечностью, сроком службы и сохраняемостью.
Устойчивость и надежность рабочего процесса швейных машин -процесса переплетения нитей, образования стежка и строчки, определяется отсутствием натяжения нитей, близким к предельным [3].
Обрывность нити в этом случае можно считать как основной вид отказа швейной машины, приводящего к нарушению нормального функционирования или прекращению рабочего процесса. Обрыв же нити может наступить тогда, когда усилия, действующие со стороны рабочих органов, создадут натяжение в какой-либо точке трассы нити, равное разрывной прочности ее.
Истинное представление о натяжении нити по всей трассе - важная, но сложная задача проектирования швейных машин и обеспечения надежности рабочего процесса при эксплуатации.
При работе швейных машин верхняя (игольная) нитка подвергается сложному комплексу механических и тепловых воздействий, в результате чего снижается ее первоначальная прочность. Установление причин снижения прочности ниток и определение количественной оценки снижения прочности имеют большое практическое значение, так как позволяет, во-первых, разработать рекомендации по совершенствованию конструкции швейных машин и улучшению структуры ниток, во-вторых, использовать эти данные для прогнозирования прочности и долговечности ниточных соединений.
Выводы но главе 1
1. Выполнен анализ современных взглядов на разработку швейных гибких производственных систем. Анализ показал, что назрела необходимость создания швейных ГПС на основе применения швейных машин (агрегатов) с ЧПУ. Такое оборудование
33 разрабатывается в МГУС (патенты № 2073758; № 2084571 и др.). В них используется модульный принцип построения структурных решений. Данное оборудование обладает необходимой гибкостью рабочих процессов, характеризуется производственной мобильностью, что позволяет оперативно осуществлять переход на производство новых изделий.
Гибкие системы оборудования, разрабатываемые в МГУС, (многооперационные агрегаты) предполагают иметь унифицированную структуру шьющих модулей, позволяющую применять их на различных мпогооперационных агрегатах без дополнительной наладки и регулирования. Это стало первой задачей данной диссертации.
Установлено, что швейные машины неавтоматического действия обладают некоторым уровнем гибкости рабочего процесса (они выполняют несколько технологических операций, применяются на предприятиях различной мощности, оснащаются средствами малой механизации). В то же время требуют значительного ручного труда и ограничивают совершенствование форм организации труда на производстве. Этот тип швейных машин стал основой для разработки структуры шьющих модулей к многооперационным швейным агрегатам.
Шьющие механизмы швейных машин неавтоматического действия тесно связаны между собой структурными связями и кинематическими взаимодействиями между собой и нитками. Перекомпоновка их ведет к нарушению рабочего процесса. Это позволяет судить, что при разработке шьющих модулей необходимо сохранить традиционное исполнение исполнительных механизмов.
Надежность рабочего процесса швейных машин неавтоматического действия требует дополнительного изучения взаимодействия рабочих органов с нитками, особенно с игольной ниткой как наиболее нагруженной при работе машин, так как шьющие модули,
34 разрабатываемые на их основе, будут работать более интенсивно. Эта задача также решается в диссертации.
Наладка шьющих модулей в условиях эксплуатации многооперационных швейных агрегатов требует оперативности и доступности. В связи с этим предусмотрена разработка методики оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей вероятностными методами.
11а основе изучения способов оценки натяжения ниток швейных машин в работе предусмотрена разработка технического средства для оценки усилий в нитках исполнительных механизмов шьющих модулей, обладающего простотой и надежностью функционирования.
Гибкие системы швейного оборудования
При создании многооперационного швейного оборудования возникают характерные противоречия между основными параметрами конструкции и его рабочего процесса.
Так придание оборудованию расширенных технологических возможностей за счет разработки и включения в его структуру дополнительных агрегатов, узлов и механизмов, т.е. использования принципа агрегатирования, неизбежно приводит к повышению конструктивной сложности оборудования и, как следствие, к снижению надежности рабочего процесса, к сокращению зон по обслуживанию исполнительных механизмов и обрабатываемого изделия.
Кроме того, надо учитывать, что швейные машины требуют высокой точности взаимодействия рабочих органов между собой и с нитями, что практически не возможно выполнить на рабочем месте швеи путем настройки заменяемых агрегатов. Проще говоря, швейные машины требуют, чтобы исполнительные основные механизмы были предварительно настроены на определенные условия технологического процесса. Этим и обусловлен новый подход к созданию многооперационных швейных машин, при котором необходимо предусмотреть, чтобы гибкость рабочих процессов достигалась не за счет переналадки существующих исполнительных механизмов или включения новых, так как оперативно и качественно настроить их не удастся, а за счет учета специфики его рабочего процесса.
Указанным условиям функционирования отвечает оборудование, построенное по модульному принципу. Суть этого принципа заключается в том, что оборудование компонуется из типовых модулей [25]. Модульный подход к созданию оборудования имеет ряд достоинств: высокую надежность рабочего процесса, обеспечиваемую за счет хорошей отработки комплектующих типовых узлов; возможность быстро и с минимальными затратами создавать из типовых модулей различные варианты оборудования применительно к реальным нуждам производства; возможность оперативно заменять отдельные модули в случае необходимости их ремонта или использования новых, сохраняя при этом точность исполнения оборудованием рабочего процесса. Это особенно важно, поскольку позволяет повышать технологическую гибкость оборудования и адаптировать его к реальным условиям изготовления конкретных моделей одежды.
Таким образом, модульный принцип создания технологического оборудования в том числе и на швейных предприятиях позволяет значительно повысить мобильность технологических процессов, что стало насущной необходимостью в настоящее время.
Кроме того, модульный подход к компоновке структурных форм систем оборудования обеспечивает непрерывный процесс развития механизации и автоматизации отрасли, совершенствование технологии и организации производства одежды.
Впервые для швейных подразделений было намечено направление и перспективы развития гибких систем оборудования и различных производственных структур в МГУС. Для этого были разработаны многооперационные швейные агрегаты (МША) модульного типа, которые сами являлись технологическими модулями, для интеграции их в производственные системы. Одновременно с разработкой структурных форм оборудования и производственных систем создавалось технологическое и организационное обеспечение их работы.
Многооперационные швейные агрегаты обладают свойством легко интегрироваться в различные формы гибких производственных систем. Одной из таких форм является роботизированные технологические комплексы. РТК в данном случае представляют собой систему нз нескольких подобных агрегатов, имеющих ряд промстолов, обладающими автономными унифицированными приводами с возможностью стыковки шьющих модулей. При этом шьющие модули комплектуются в одном накопителе. Такая производственная система значительно повышает загрузку шьющих модулей, позволяет внедрять гибкую организацию труда и эффективно использовать производственную площадь.
Швейные РТК (рис. 1) состоят из промстола 1 с унифицированными проводами 2 к шьющим модулям, накопителя 3, например, в виде цепного многоярусного стеллажа с люльками и поддонами для шьющих модулей неавтоматического действия 4. Каждый промстол обеспечен средством транспортирования шьющих модулей в виде кареток-манипуляторов 5.
Унифицированные приводы промстолов обеспечены электродвигателями с фрикционными муфтами и педалями управления. Электродвигатели промстолов связаны со шкивами 6 привода 2 через ременные передачи. Вал 7 приводов имеет стыковочные полумуфты в виде пилки 8. Вторая часть стыковочной муфты выполнена на валу 9 модуля 4. Промстолы РТК имеют пульты управления 10 для обеспечения работой как отдельного промстола, так и комплекса в целом.
Структура унифицированного шьющего модуля к швейным 38 многооперационным агрегатам
Из анализа структуры швейных машин неавтоматического действия и их работы (глава 1) видно, что шьющие механизмы разрабатываемых модулей выполняющих те или иные строчки, должны быть структурно подобными соответствующим швейным машинам, так как эти машины пыступают аналогами при разработке шьющих модулей.
Наиболее наглядными механическими системами швейных машин неавтоматического действия, являются системы машин типа 1022, 26 и 51 класса. Во-первых, эти машины наиболее часто используются при пошиве одежды, а во-вторых, они характеризуются различием строчек, габаритами корпуса и системой подсоединения к электроприводу.
Механическая система швейной машины типа 1022 класса (рис. 2.1) состоит из: механизма иглы, механизма челнока, механизма подачи игольной нити, механизма перемещения ткани и шкива.
Механическая система данной машины скоординирована по осям XYZ где ось ОХ проведена по оси главного вала.
Механическая система швейной машины типа 26 класса (рис. 2.2) состоит из: механизма иглы, узла отклонения иглы, механизма челнока, механизма подачи игольной нитки, механизма перемещения ткани и шкива,
Видно, что координатная система механических систем аналогична машине типа 1022 класса но, известно, что габариты этой машины другие. Другими являются и размеры платформы, что требует унификации элементов базирования корпусных элементов при разработке шьющих модулей.
Механическая система швейных машин типа 51 класса (рис. 2.3) состоит из: механизма иглы, механизма петлителя, механизма ширптеля, механизма подачи игольной нитки, механизма перемещения ткани и шкива.
Видно, что координатная система швейной машины, типа 51 класса значительно отличается от выше показанных машин. Главный вал в машине 51 класса находится на уровне платформы. Следовательно, необходимо унифицировать узел стыковки шьющих модулей различного назначения.
Основными параметрами, унификации разрабатываемых шьющих модулей, приняты общие для всех шьющих модулей: - координатное положение входного вала, приводящего в движение шьющие механизмы, - однотипное для всех шьющих модулей конструктивное решение базирующих направляющих; - единая форма, работа и параметры функционирования стыковочного узла-муфты, связывающего шьющие модули различного назначения с унифицированным приводом агрегата.
Шьющий модуль, включая корпус с устройством базирования и фиксации при установке его на рабочей позиции промстола, входной вал со средством связи с приводом, закрепленный в корпусе и кинематически связанный с механизмами для шитья, и маховик, выполнен так, что устройство базирования корпуса включает установочную плиту с элементами для базирования и средствами фиксации корпуса шьющего модуля на ней и самой установочной плиты на рабочей позиции промстола модуль состоит из шьющем головки, корпус которой включает рукав, стоііку, платформу и установочної"! плиты, служащей устройством базирования и фиксации шьющей головки напей.
Входной вал 1 (рмс. 2.4) шьющей головки расположен в нижней части корпуса, что повышает устойчивость систем шьющая головка-установочная плита и шьющий модуль-привод, так как в этом случае понижается центр тяжести их. Входном вал имеет на входе средство связи с приводом стыковочной полумуфты 2, посаженной на входной вал 1 через упругую муфту 3, причем стыковочная полумуфта 2 выполнена как ведомая часть фрикционной комической муфты, где она является охватывающей деталью, что позволяет надежно стыковать ее с полумуфтой привода при дополнительном продольном перемещении последней. Упругая муфта 3, муфта с резиновым промежуточным элементом, позволяет производить стыковку шьющего модуля с приводом при некоторой несоосности их валов.
Маховик шьющей головки в виде инерционного диска 4 установлен в данном случае на одном из быстроходных валов механизма для шитья, что обеспечивает необходимую равномерность мх вращения при меньшей массе маховика, так как функциональное действие его зависит от массы и скорости вращения. Учитывая, что механизм иглы оказывает максимальное влияние на неравномерность вращения валов швейных машин, то в шьющем модуле установлена вторая инерционная масса на главном валу.
Оптимизация рабочего процесса шьющих модулей
Исследование процесса прокола материала и проведение нитки иглы под материал. За критерий оптимизации Yt принято натяжение игольной нитки на участке: материал-игла. Учтены следующие основные факторы, активно влияющие на рабочий процесс: толщина ткани Х - управляемый фактор. Пределы варьирования от 1,5 до 8мм. Пределы обусловлены технической характеристикой на шьющие модули подобного типа машин 1022 класса. Положение иглы относительно челнока но высоте Х2 - управляемый фактор. На основе литературных источников [27,34], и лабораторных испытаний с учетом возможности регулировки и влияния износа на положение иглы, интервалы варьирования приняты в пределах 2,5 — 6,5 мм.
Угловая скорость главного вала Х5 - управляемы и фактор. Интервалы варьирования приняты от 100 до 400 рад/с. Нижний и верхний пределы обусловлены условиями работы подобных машин.
Величина перемещения материала Xj - управляемый фактор. Интервалы от 2 до 10 мм приняты по технической характеристике подобных машин.
Предварительное натяжение игольной нити от пружинного регулятора Xі - управляемый фактор. Величина интервалов 0,5 — SH. Пределы выбраны по предварительным испытаниям на качество переплетения нитей.
Предварительное натяжение челночной нитки XR - фиксированный фактор, равный 0,35#. Данная величина также обусловлена предварительными испытаниями по исследованию качества стежка.
Использованная ткань Х9. На всех этапах исследования принималась ткань Лрт.2326"С". Выбор обоснован технологической характеристикой машины.
Используемая нитка Х0. При проведении опытов применялась нитка х/б №№ 40, 50 ГОСТ 6309-73, как наиболее часто используемая.
Используемая игла Хи. Согласно технологической характеристике шьющих модулей и номеру нитки устанавливалась игла ГОСТ 22249-82Е, тип 0203, №110.
Усилие прижимной лапки 36// - Х!2. Величина принята по результатам замера усилия ряда шьющих модулей при нормальной работе.
Таким образом, на этом этапе следует провести пятпфакторпып эксперимент. И - этап. Исследование процесса захвата и расширения петли игольной нити челноком. Критерием оптимизации Y2 принято натяжение нитки иглы па участке: ткань-игла - носик челнока. При этом учтены следующие ([(акторы: Xj - толщина прошиваемой ткани и Х5 - частота вращения главного пала -управляемые факторы. Пределы варьирования определены и обусловлены па первом этапе.
Положение челнока относительно иглы через угол поворота до момента захвата петли игольной нитки Х6 - управляемый фактор. Интервалы варьирования от 0,035 - 0,140 рад. Интервалы приняты исходя из возможности регулирования шьющих модулей. Натяжение игольной нитки на участке: материал - игла Yj принято как фиксированный фактор на оптимальном уровне из первого этапа, где он выступал как критерий оптимизации. Кроме этого учтены такие фиксированные факторы, что и на первом этапе: XK,X9,X10,X]i,Xi2 Следовательно, на втором этапе необходимо провести 3-х факторный эксперимент.
III - этап. Исследование процесса утяжки стежка. Критерием оптимизации Y3 принято натяжение нитки на участке: матерншьглазок рычага иитепритягивателя. Учитывались следующие факторы: X) - толщина прошиваемой ткани, Х5 - частота вращения главного вала. Положение иитепритягивателя Х7 - управляемой фактор, которое задавалось косвенно. Пределы и интервалы варьирования для Xi и Х5 разработаны на нервом этапе. Для варьирования Х7 в нижнем положении глазка иитепритягивателя освобождалась нитка в пределах 2,5 - 8,5 мм, что учитывало возможный диапазон изменения положения глазка иитепритягивателя по причине износа.
Положение челнока в момент выбора нитки нитспритяпшателем выступало как фиксированный фактор, принят в зависимости от Yi - критерия оптимизации на втором этапе.
На третьем этапе необходимо провести 3-х факторный эксперимент.
Для получения более полной информации по исследуемому показателю на всех этапах необходимо варьировать исходные факторы па пяти уровнях. Для того чтобы реализовать необходимые комбинации уровней факторов проводился полный факторный эксперимент (ПФЭ) [79].
В связи с этим, на этих этапах исследования целесообразней принять ротатабельный план второго порядка. Общее число опытов N и этом случае определится из соотношения [65]: Ы = 2к+2к + по = пя+П[ + п0, (3.2) где к - число варьируемых факторов, пя - число точек "ядра плана", Пі,- число звездных точек, п0 - число нулевых точек.
На первом этапе "Исследование процесса прокола и проведение нитки иглы под материал" был намечен пяти факторный эксперимент. Анализ литературных источников [31-41] показал, что управляемые факторы: толщина прошиваемой ткани, положение рабочего органа, величина перемещения материала, частота вращения главного вала и предварительное натяжение игольной нити от регулятора не линейно влияют на критерий оптимизации Yt, что дает основание применять план второго порядка.
Методика оценки надежности рабочего процесса шьющих модулей
В качестве примера приводится методика оценки надежности рабочего процесса шьющего модуля челночного стежка, аналогом которого является швейная машина типа 1022 класса. При этом предварительно, с помощью описанной установки на партии машин типа 1022 класса установлено, что натяжение игольной нитки 1\ в основных фазах образования стежка имеет нормальный закон распределения. Остаточная прочность Роя нитки, полученная на разрывной установке, также распределена по нормальному закону [84]. Для этого использовались нитки, извлеченные из ранее сшитых материалов и потерявшие часть своей первоначальной прочности.
Плотность нормального распределения f(j\) натяжения нитки на исследуемых участках трассы в этом случае будет иметь вид [72]:
Плотность распределения остаточной прочности будет выражаться аналогичной зависимостью: определяющая вероятность безотказности рабочего процесса, в этом случае также имеет нормальное распределение с математическим ожиданием Рт = Роп -Рн, и средним квадратичным отклонением
По результатам исследования рабочего процесса машины 1022 /ст. при н = 3000.«»«" главного вала параметры функции нормального распределения показаны на рисунке 4.3. В фазе прокола материала и проведения игольной нитки в материал: Т\ = 2,8// ; аРщ = 0,3//. В фазе захвата игольной нитки челноком и обведения ее вокруг шпульки: Р„ =2,611; ак =0,2//.
В фазе затягивания стежка: РН=ЗН; аг = 0,23//. Определены также параметры функции f{p0„). Для этого испытывались па разрывной установке нитки иглы, извлеченные из строчки сшитого материала. Учитывая, что потеря прочности ниток зависит как от скоростного режима машин, так и от величины стежка [26, 56]у брали средние значения этих параметров: частота вращения главного вала при стачивании материалов п = 3000 мшґ, длина стежка 2,5 .ик и толщина ткани костюмной группы 3 мм. Для данных условий рабочего процесса Р„„ и о нитки х/б №№ 30 и 80 составили, соответственно: / ,„ =10,5//; т/;л =1,2// и Рпп =3,6//; т,; =0,9//.
Нормированное значение случайной величины, соответственно фазам рабочего процесса, будет: 3,9; 4,1; 4,0; 0,67; 0,93; 0,6. Вероятность безотказной работы машины при стежкообразовании / по фазам взаимодействия рабочих органов с игольной ниткой, соответственно, составила: для нитки №30 - 0,99; 0,99; 0,99; для нитки №80 - 0,75; 0,82; 0,72.
Таким образом, хотя в технической характеристике на данную машину указано применение ниток данного номера, но по причине значительных потерь первоначальной прочности они не могут быть использованы во всем диапазоне технических условий рабочего процесса.
Упростить трассу игольной нитки на машине типа 1022 класса практически проблематично, так как она традиционна для данного типа машин, но улучшить отделку нитепритягивателей и поверхностей рабочих органов возможно. Эти мероприятия позволят снизить силы трения между ниткой II направляющими поверхностями по ее трассе, и, как следствие, повысить остаточную прочность нитки и надежность рабочего процесса. Л это повысит и эффективность работы швейных агрегатов.
Поддерживать качество нитепритягивающих поверхностей необходимо и период эксплуатации швейных машин, так как нитка при движении интенсивно изнашивает зоны контакта направителей и рабочих органов.
