Разработка механизма дискретного перемещения изделия для специальных швейных машин Дзюба Виктор Иванович

Содержание к диссертации

Введение

1. Особенности технологического процесса изготовления застёжки-молнии и выбор кинематической схемы механизма 8

1.1. Способы и средства изготовления застёжек-молний 8

1.2. Анализ надёжности работы специальной швейной машины для изготовления пластмассовой спиральной застёжки-молнии 9

1.3. Требования, предъявляемые к точности позиционирования застёжки 13

1.4. Сравнительный анализ механизмов дискретного перемещения 19

1.5. Способы и средства улучшения работоспособности мальтийского механизма 36

1.6. Кинематическая схема механизма дискретного перемещения застёжки-молнии 44

Выводы 46

2. Аналитическое исследование нового механизма 49

2.1. Расчётная динамическая модель и уравнения движения механизма 49

2.2. Методика и алгоритм решения уравнений движения механизма 57

2.2.1. Определение нагрузки в механизме 68

2.3. Оптимизация параметров механизма 70

2.3.1. Многофакторное планирование 75

2.3.2. Однофакторное планирование 82

2.4. Результаты аналитического исследования механизм

2.4.1. Оценка работоспособности мальтийской кинематической пары 104

Выводы 114

3. Экспериментальное исследование нового механизма . 115

3.1. Способы и средства экспериментального исследования 116

3.2. Методика и экспериментальная установка . 121

3.3. Результаты эксперимента 132

3.4. Исследование работоспособности мальтийского механизма в швейной машине 138

Выводы 139

Заключение 141

Список литературы

• Анализ надёжности работы специальной швейной машины для изготовления пластмассовой спиральной застёжки-молнии
• Способы и средства улучшения работоспособности мальтийского механизма
• Методика и алгоритм решения уравнений движения механизма
• Исследование работоспособности мальтийского механизма в швейной машине

Введение к работе

Основными задачами, поставленными ЗСХУІ съездом КПСС М перед лёгкой промышленностью, являются:

- повышение производительности труда на 16-20 % ;

- продолжение технического перевооружения предприятий лёгкой промышленности на базе более широкого внедрения высокопроизводительных автоматизированных линий и непрерывных технологических процессов;

- применение новых, более совершенных технологий.

Значительный удельный вес в производстве одежды, обуви, кожгалантерейных изделий занимает фурнитура, к которой, в частности, относится и застёжка-молния.

Мировой объём выпуска застёжки-молнии составляет около 4 млрд. метров в год, из них около 95 % в развитых капиталистических странах.

В нашей стране выпуск застёжки-молнии постоянно растёт и совершенствуется. Так, если в 1975 году производство застёжки-молнии составляло 32,1 млн. метров, то в II пятилетке предполагается довести производство только пластмассовых застёжек-молний до 80 млн. метров в год. Крупнейшим заводом по производству застёжки-молнии является барышевский завод "Молния" Укрпромфурнитуры Минлегпрома УССР, являющийся ведущим предприятием. В настоящее время лёгкая промышленность удовлетворяет потребность в застёжке предприятий промышленности и торговли менее чем на 50 %,

Увеличение объёма производства застёжки-молнии в дальнейшем пойдёт по следующим двум основным направлениям:

- за счёт установки и освоения дополнительного нового оборудования, закупаемого, как правило, в капиталистических странах;

- за счёт модернизации действующего технологического оборудования.

Одним из основных этапов изготовления пластмассовой застёжки-молнии является сборка и прошивка элементов застёжки на швейных машинах, обеспечивающих непрерывность технологического процесса и высокую производительность.

В нашей стране на четырёх заводах по изготовлению застёжек-молний эксплуатируется около 100 швейных машин класса 51 400 ВР фирмы "Vnion Special" (США) 47] . Срок ввода машин в эксплуатацию 1975 - 1976 годы. За это время каждая из них уже сделала более 2,5»10 стежков (оборотов) и в ближайшие два-три года все машины могут быть физически изношены. Импортируемые швейные машины - это дорогостоящее оборудование, закупаемое на валюту, поставляемое только в составе поточных линий Гор-Ьііои (ФРГ). Эксплуатационная надёжность работы импортных швейных машин снижается из-за отсутствия запчастей.

Отечественная швейная машиностроительная промышленность не выпускает специальных машин для непрерывной прошивки застёжки-молнии. Поэтому задача разработки конкурентноспособ-ной отечественной швейной машины для автоматической прошивки и сборки пластмассовой застёжки-молнии является актуальной для лёгкой промышленности.

Подольский механический завод имени М.И. Калинина объединения "Подольскшвейпром" серийно выпускает базовую швейную машину 876 кл. и несколько модификаций на этой базеМ. За счёт реконструкции основных механизмов базовой модели в принципе возможно создание отечественной специальной машины, не уступающей по основным показателям швейной машине зарубежного производства для изготовления спиральной пластмассовой застёжки-молнии И &1.

Указанная проблема явилась практической основой для проведения настоящего исследования.

На основе изучения технологического процесса изготовления застёжки-молнии и анализа работы опециальных швейных машин для прошивки застёжки-молнии установлено, что качество получаемой на швейной машине ленты-застёжки определяется, в первую очередь, механизмом перемещения швейной машины.

Настоящая работа посвящена проблеме динамики и синтеза нового механизма дискретного перемещения изделия для специальной швейной машины.

Большое значение для развития отечественного швейного машиностроения имеют работы А.И. Комиссарова, В.П. Полухина, И.С. Зака, Д.Я. Ильинского, В.В. Сторожева, И.В. Лопан-дина, В.А. Пишикова и других учёных L2.-ЧОД.

Важные результаты по динамике машин и механизмов лёгкой промышленности получены в работах С.Н. Кожевникова, И.И. Вульфсона, В.Л. Вейца, В.П. Сердюка и их учеников [ Hfl.

Исследованию механизмов свободного хода посвящены работы А.И. Леонова, В.Ф. Мальцева, Н.В. Сперанского, А. А. Кутукова и других [19-22L].

Анализ публикаций показал, что в отечественной литературе отсутствуют работы по исследованию механизмов дискретного перемещения застёжки-молнии на швейной машине, а из зарубежной технической патентной литературы [23-33] известно, что имеет место развитие прикладных работ в этой области.

Целью настоящей работы является создание нового механизма дискретного перемещения изделия для специальной швейной машины на базе 876 кл. ПМЗ.

Основные задачи, поставленные и решённые в работе:

- разработка критерия комплексной оценки качества механизма дискретного перемещения изделия;

- проведение сравнительного анализа возможных конструктивных решений механизма на основе разработанного критерия;

- разработка математической модели механизма, отражающей реальный физический процесс дискретного перемещения изделия на специальной швейной машине, и экспериментальная проверка адекватности математической модели;

- оптимизация конструктивных и технологических параметров механизма;

- разработка опытного образца специальной швейной машины с новым механизмом дискретного перемещения и экспериментальная проверка его функционирования в производственных условиях.

Работа состоит из введения, трёх глав, выводов и заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 143 страницах машинописного текста, рисунков 61 , библиография - 128 наименований. Общий объём работы - 189 страниц. 

Анализ надёжности работы специальной швейной машины для изготовления пластмассовой спиральной застёжки-молнии

В настоящее время соединение пластмассовой спирали с лентами-носителями производят на плоскошовных швейных машинах 4-х и 6-ти-ниточного цепного стежка, которые пришивают к сдвоенной пластмассовой спирали I, навитой на кордные шнуры 3, ленты-носители 2, в результате чего получается прошитая лента-застёжка (рис. Z ).

Швейных машин, специально разработанных для выполнения указанной операции, в настоящее время не существует. Поэтому прошивка застёжки-молнии осуществляется на швейных маши нах общего назначения с их стандартными механизмами (игл, петлителей, продвижения, нитеподачи и другими), приспособленными для прошивки застёжки. Такой машиной является швей нал машина кл. 51 400 ВР2 фирмы " VY\iov\ Special (рис. 3 ) с традиционным реечным двигателем стачиваемых деталей (рис. к ). В основном, изменениям подвергается механизм перемещения, точнее его рабочие органы, вследствие специфичной формы перемещаемых деталей (спирали, ленты-носителя) , высоким требованиям к точности и стабильности перемещения спирали, абсолютно необходимым для взаимодействия петлеобразующих органов и возможности образования стежка. Соединение лент-носителей и спирали лавсановыми нитями предъявляет повышенные требования к надёжности взаимодействия петлеобразующих органов. С этой целью последние снабжаются прижимами нитей, стабилизаторами положения игл, специальной формой петлителей для удержания игольной нити в

Анализ работы швейных машин позволил выявить следующие виды отказов L55] , возникающих в процессе прошивки застёжки-молнии. 1. Обрыв верхней нити. 2. Обрыв двух верхних нитей. 3. Обрыв нижней нити. 4. Поломка одной иглы. 5. Поломка двух игл. 6. Ослабление крепления иглы. 7. Ослабление крепления петлителя. 8. Поломка петлителя.

Кроме перечисленных, наблвдались отказы, связанные с браком спирали, нитей, разрегулировкой отдельных механизмов и их рабочих органов, а также из-за сбоя электрооборудования и автоматики. Периодические остановки машины происходили также при окончании сырья (спирали, лент-носителей, ниток) и принудительных остановах, связанных с профилактическими мероприятиями (чисткой, смазкой).

Наиболее частыми были отказы, связанные с нарушением работы механизма перемещения. Они же и требовали наибольшего времени устранения причины отказа.

К таким отказам безусловно следует отнести отказы 2, 4, 5, хотя неудовлетворительная работа механизма перемещения может приводить и к другим отказам.

После обработки статистических данных L 56] работы десяти машин кл. 51 400 ВРН. TJS для прошивки застёжки-молнии тип-Ю в течение двух месяцев получены следующие результаты. - Надёжность работы швейной машины описывается экспоненциальным законом 15?] где Ri ( к) - функция надёжности, определяющая вероятность безотказной работы машины за время Ь ; Л у - интенсивность отказов; AY = 2,174 ч . - Надёжность работы механизма перемещения подчинена 3аК0НУ Rz(i)=e Xziy Хг = OJ7ZB чЧ . - Среднее время безотказной работы машины равно 28 мин. - Среднее время безотказной работы механизма перемещения равно 69 мин. - Среднее время устранения отказа типа 2, 4, 5 составляет 96 с. - Среднее время устранения отказа другого типа - 45 с.

Таким образом для рассмотренной машины значительную долю среди всех отказов занимают отказы механизма перемещения. Причём время устранения таких отказов более чем в два раза превышает время устранения иных отказов.

Следует отметить, что отказы связаны, в первую очередь, со специфичностью перемещаемого объекта - застёжки-молнии.

Следовательно, для повышения качества работы машины, её надёжности необходимо, в первую очередь, усовершенствовать механизм перемещения застёжки-молнии.

Способы и средства улучшения работоспособности мальтийского механизма

Мальтийский механизм служит для преобразования вращательного движения одного звена в прерывистое вращательное движение другого звена с фиксированием последнего в определённом положении во время его остановки. Основой всякого мальтийского механизма является пара кривошип-крест, которая при равномерном движении кривошипа создаёт резко неравномерное движение креста. Угловые ускорения креста, а с ними и динамические нагрузки являются существенным недостатком мальтийских механизмов с малым числом пазов t G5J. (Хотя угловые ускорения ведомого звена являются неотъемлемым признаком всякого механизма, преобразующего вращательное движение в прерывистое вращательное.) Рассмотрим возможности уменьшения динамических нагрузок в мальтийских механизмах.

Основной мерой, позволяющей уменьшить динамические нагрузки, является увеличение числа пазов креста. При этом величина, характеризующая динамические нагрузки, равная отношению максимального углового ускорения 8 жау креста к а квадрату угловой скорости кривошипа СО к , принимает еле дующие значения в зависимости от числа пазов Л/р креста 651 (табл. 3 ). Эффективность этой меры значительна при малом числе пазов (3-6). Максимальное число пазов креста не ограничено. Но на практике механизмы с числом пазов более 12 редко находят применение в связи с конструктивными сложностями. Кроме того, увеличение числа пазов ведёт к увеличению коэффициента рабочего хода механизма, максималь» ная величина которого для механизма перемещения в швейной машине ограничена и должна быть согласована с другими механизмами швейной машины.

Другой мерой, ведущей к уменьшению динамических нагрузок, является введение промежуточной зубчатой передачи между мальтийским крестом и периодически поворачиваемым звеном механизма 1 5] . При постоянном времени o остановки на каждой позиции и заданном числе позиций /Vo использование креста с числом пазов Мр Ф Ы0 и промежуточной зубчатой передачи ведёт к уменьшению экстремальных угловых ускорений та ведомого звена за счёт возрастания времени деления, а следовательно, и к уменьшению динамических нагрузок (табл. н ). Эта мера эффективна при малом числе позиций /Vo .

Во многих случаях к снижению нагрузок в механизме приводит переход к схеме с внутренним зацеплением [65, Gfcl. При этом коэффициент рабочего хода механизма больше единицы.

К снижению динамических нагрузок ведёт использование планетарной передачи в схеме мальтийского механизма, позволяющей более благоприятно изменить траекторию движения цевки кривошипа. Это приводит к снижению динамических нагрузок для трёхпазового креста на 58-67 %, а для четырёхпазового креста - на 41-47 % С&5І.

Мальтийский механизм с кулачковым приводом ведущей цёвки L65] позволяет в широком диапазоне изменять закон движения цёвки, а следовательно, и ведомого звена. Использование синусоидального закона изменения углового ускорения креста позволяет добиться, во-первых, безударного входа цёвки в паз, во-вторых, снижения экстремального ускорения

Как видим, применение кулачкового привода ведущей цёвки может оказаться целесообразным в случае малого числа пазов.

Мальтийский механизм с криволинейными (вместо радиальных) пазами 1169,72] позволяет получить закон движения креста с улучшенной динамической характеристикой. Имеет конструктивные сложности, требует консольного закрепления цёвки кривошипа и паза креста.

С целью уменьшения экстремальных ускорений ведомого звена в мальтийском механизме ведущая цёвка, сообщающая движение с остановками кресту, приводится в действие четы-рёхзвенным механизмом [6] . Ближайшая к оси креста точка траектории цёвки расположена на большем расстоянии, поэтому угловая скорость креста меньше, чем в обычном механизме. Чтобы осуществить фиксацию креста в момент остановки, необходим блокирующий диск, что значительно усложняет конструкцию.

Комбинированный цёвочно-зубчатый механизм мальтийского креста [6&І позволяет после разгона креста и перед его торможением осуществить равномерное движение ведомого звена. Коэффициент рабочего хода этого механизма равен 0,56.

Методика и алгоритм решения уравнений движения механизма

Поскольку система нелинейных дифференциальных уравнений (36 ), описывающая работу механизма (рис. № ), не поддаётся аналитическому интегрированию, это заставляет обратиться к численным методам решения [92,-Ш]. В основном, существует два широких класса численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений.

- Одношаговые методы, в которых решение в каждой по- ,. следующей точке находится с использованием информации о самой кривой только в предыдущей точке. Эти методы требуют многократных повторных вычислений функций. При использовании этих методов трудно оценивать допускаемую ошибку решения. Сюда относятся и методы 1 унге-Кутта.

- Многошаговые методы, в которых решение в каждой последующей точке находится с использованием информации в не скольких предыдущих точках решения. В этих методах сравнительно мало повторных вычислений функций, но для достижения достаточной точности требуются итерации. Большинство методов этого класса называются методами прогноза и коррекции. В этих методах легко получается оценка ошибки решения.

Сведём систему уравнений 2-го порядка ( 3G ) к системе уравнений 1-го порядка и запишем её в виде, удобном для численного интегрирования. Обозначив - систему шести уравнений 1-го порядка относительно искомых функций: У(1), y,(t), l(±), ї,(і), (і), X, (і).

Учитывая громоздкость правых частей системы уравнений (39 ), а следовательно, и большие затраты машинного времени при многократном их вычислении, для численного интегрирования системы (39 ) было отдано предпочтение методу прогноза-коррекции, поскольку в этом методе вместо вычисления правых частей системы используется информация о ранее вычисленных точках, что довольно легко реализовать при расчёте на вычислительной машине. Кроме того, попутно с вычислениями получается хорошая оценка ошибки решения ШОО].

Таким образом, выбранная методика предполагает следующие этапы численного интегрирования.

1. Получение решения У в нескольких начальных точках с помощью метода ]?унгб-Кутта.

2. Вычисление следующих значений У и , используя прогноз и коррекцию.

3. Если для вычисления очередного значения У і требуется слишком большое число итераций или велика ошибка ограничения, необходимо уменьшить величину И шага интегрирования. Если же ошибка слишком мала, то величину шага можно увеличить.

4. Для изменения величины шага принимаем за новую исходную точку последнюю точку, в которой была достигнута до статочная точность, и повторяем п.1 для "запуска" метода прогноза-коррекции.

С целью минимизации затрат машинного времени были проведены пробные расчёты методами различных порядков. Метод более высокого порядка позволяет вести расчёт с большим шагом h для получения заданной точности и достичь конечного решения за меньшее число шагов. Но требует более частого обращения к правым частям системы ( 39 ). Окончательно были выбраны метод Рунге-Кутта 4-го порядка и метод 4-го порядка предсказания по Адамсу-Башфорту с коррекцией по Адамсу-Мул-тону [93] с автоматическим выбором шага интегрирования. Это позволило получить полное решение, соответствующее нахождению пальца кривошипа в пазу креста (рис. 4% ), с достаточной точностью за число шагов, не превышающее 10 , о затратами машинного времени (EC-I020) порядка I мин. cлo шагов и время счёта в значительной степени определяются не-линейностями (Ft +F2) sign (х) и Fpo (х) системы (39 )

На рис. Z0 показан алгоритм решения системы уравнений (2 9 ). Программа расчёта для ЭВМ написана на Фортране (приложение А ). Для удобства ссылок каждый оператор или группа операторов, функционально связанных между собой, помечены справа порядковым номером.

Оператор I описывает рабочие массивы, устанавливает способ передачи данных между программой SM и используемыми подпрограммами.

Оператор 2 - метка, указывающая то место, с которого необходимо повторять вычислительный процесс при неоднократном выполнении программы

Исследование работоспособности мальтийского механизма в швейной машине

Исправленное среднеквадратичное отклонение, приблизительно постоянное для всего диапазона углов, составляет 0,72 .

Для выбранной частоты вспышек 500 с интервал времени меж-ду вспышками составляет 2«10" с. Скорость и ускорение под-считывались соответственно по формулам 2 2-fo 3 z аю 3 для соответствующих интервалов углов и скоростей. Сила F подсчитывалась по формуле ( б ). Результаты расчётов скоростей, ускорений и сил представлены в табл. -І& .Из таблицы видно, что максимальная сила Ртах = з Н и соответ ствует углу поворота главного вала Уу = - 18 .

Среднеквадратичное отклонение для силы F , соответствующее среднеквадратичному отклонению для углов Уу %, , равно S = 0,86 Н. Оценим истинное значение измеряемой величины F по 9 опытам с надёжностью У = 0,95 [5?J F - среднее арифметическое, приведённое в табл. 4G. Пользуясь таблицей значений tf- і ц,ії), по )f =0,95 и /7 = 9 находим Cf =2,31. Тогда точность оценки одинаковая для всего диапазона измерений.

На рис. бі приведены экспериментальные значения силы F и график F ( Ь) » полученный расчётным путём. Для каждой экспериментальной точки даны доверительные границы, соответствующие jf =0,95. То есть с надёжностью 0,95 истинное значение F заключено в доверительном интервале

Хорошо согласуется расчётный и экспериментальный характер изменения нагрузки F по времени. Лишь в первой четверти графика расчётные нагрузки несколько завышены по сравнению с экспериментальными. Максимальная нагрузка заключена с выбранной надёжностью 0,95 в диапазоне

Расчётные значения нагрузки получены с помощью программы 3М (приложение і ) со следующими исходными данными: А/р =6; ХКЗ = 1,72-10-3 м/рад; ЯАТ = 0,015 м;

Для подтверждения расчётов, выполненных в п. 2МЛ , были проведены натурные испытания механизма перемещения по определению износа кинематической лары кривошип-крест, работающей в наиболее неблагоприятных условиях.

Исходные данные до испытаний: масса пальца кривошипа, г 3,370 масса 4-х-пазового креста, г 51,460 диаметр пальца кривошипа, мм 3,98

Масса деталей измерялась на аналитических весах ВДА-200 с точностью ± 0,001 г. Диаметр пальца измерялся микрометром, как среднее значение в 12 точках через 30 градусов по окружности с точностью і 0,01 мм.

Режим испытаний: частота вращения кривошипа, рад/с 200 время работы, ч 248

Мальтийский механизм работал в картере, заполненном на 1/3 веретённым маслом. Палец кривошипа и крест изготовлены из стали 45 без какого-либо упрочнения.

В результате испытаний массы креста и кривошипа, а также форма паза креста изменились в пределах погрешности измерений. Цилиндрическая первоначально форма пальца изменилась так, что максимальный размер стал равным 4,015 мм, а минимальный 3,94 мм.

Полученные результаты подтверждают наличие неравномерного износа, а также смятия рабочей поверхности неупрочнён-ного пальца.

Для увеличения долговечности работы необходимо локальное упрочнение или выбор высокопрочных материалов указанных деталей.

Экспериментально подтверждена работоспособность нового механизма в условиях эксплуатации швейного полуавтомата для изготовления спиральной пластмассовой застёжки-молнии при рабочей скорости 2500 стежков в минуту. Расхождение между аналитическими и экспериментальными значениями нагрузок в механизме не превышают 10 %.

Экспериментально подтверждено расположение зон повышенного износа на рабочих поверхностях мальтийской пары, требующих локального упрочнения.