Решениями ХХУТ съезда КПСС «Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года» предусмотрено обеспечение дальнейшего роста народного благосостояния. В этих целях намечено увеличение выпуска продукции легкой промышленности на 18−20 процентов и объема реализации бытовых услуг населению в 1,4 — 1,5 раза, повысить темпы роста бытового обслуживания, качество исполнения заказов и культуру обслуживания в сельской местности.
В период реализации решений ШТ съезда партии было принято ряд постановлений ЦК КПСС и Советского Правительства, направленных на дальнейшее развитие бытового обслуживания населения, на улучшение качества выполнения заказов и повышение культуры обслуживания трудящихся ?2, 3].
Одним из решающих условий повышения качества производства услуг, эффективности работы отрасли является дальнейшее ускорение научно-технического прогресса, повышение технического уровня предприятий за счет разработки новой высокопроизводительной техники, а также обеспечения высокой эксплуатационной надежности технологического оборудования.
В настоящее время в швейном машиностроении происходит обновление парка машин. Разрабатываются новые базовые машины, доводятся до современных технических требований конструкции действующих машин, то есть происходит реконструкция отрасли швейного машиностроения.
В связи с этим значительно повысилась роль научных исследований в области углубленного изучения рабочего процесса технологического оборудования, оптимизации конструктивных и эксплуатационных параметров машин, которые должны опираться на фундаментальные исследования в общем машиностроении.
Известно, что надежность работы швейных машин в значительной степени зависит от постоянства взаимного положения рабочих органов [бз]. Изменение параметров взаимодействия рабочих органов в пределах установленного допуска осуществляется в период подна-ладки или регулировки швейных машин (при изменении толщины или плотности пошиваемой ткани, при смене номера нитки и т. п.), при этом совсем не учитывается технического состояние машин.
Однако, если принять во внимание, что механизмы швейных машин многозвенны, и по мере работы швейных машин вследствие износа в кинематических парах механизмов появляются зазоры, то с увеличением наработки машин эти зазоры все больше будут оказывать влияние на точность взаимного положения рабочих органов швейных машин и на надежность рабочего процесса, то есть на условия взаимодействия исполнительных органов с ниткой, являющейся слабым звеном в сильной цепи. При этом увеличивается силовое воздействие на нитку при проколе материала иглой, при захвате петли игольной нити челноком и при затягивании стежка.
Такое состояние машин приводит к тому, что основной параметр рабочего процесса — натяженде нитки, будет изменяться в сторону увеличения, и тем больше, чем значительнее будет отличие фактического положения рабочих органов от теоретического. Все это приводит к изменению параметрической надежности швейных машин, а при достижений определенного уровня и к отказу функционирования. Таким образом, работоспособность швейных машин в первую очередь зависит от состояния узлов трения исполнительных механизмов.
Актуальность работы. Согласно результатам ряда проблемных работ, выполненных в институте машиноведения им. А. А. Благонравова.
АН СССР [ve], следует, что повышение долговечности машин лимитируется главным образом ресурсом узлов и элементов трения. Создание узлов с минимальными потерши на трение равносильно высвобождению огромных ресурсов рабочей силы и материальных затрат, в том числе ремонтных предприятий, которые сейчас в среднем по машиностроению составляют не менее 60−80 $ основного производства. Отмечается также, что в ближайшие годы долговечность узлов трения различных видов должна быть увеличена на 30−50 $ по сравнению с уровнем сегодняшнего дня. Эта задача крайне сложная, так как требования современной технологии ведут к ужесточению и усложнению режимов работы машин, а следовательно, и узлов трения.
В связи с этим указывается ?78j, что в текущем десятилетии необходимо разработать теоретические основы явлений, протекающих в тонких поверхностных слоях узлов трения, в том числк при избирательном переносе. Решены должны быть задачи по установлению условий безызносности, по выявлению закономерностей и критериев, обусловливающих проявление избирательного переноса в сплавах на основе железа, разработаны новые принципы конструирования узлов трения.
На этом фоне значительно возрастают требования к отраслевой науке и технике. Так, в «Основных направлениях развития бытового обслуживания населения РСФСР на I981−1985 годы И на период до 1990 года в свете решений ХХУ1 съезда КПСС» уделяется большое внимание вопросам дальнейшего роста технической оснащенности предприятий бытового обслуживания. Механизации предприятий пошива и ремонта швейных изделий, имеющих наиболее широкую сеть распространения в стране, придается особое значение.
В приложении к Постановлению ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 24.03.83 г. № 235 «О дальнейшем развитии и улучшении бытового обслуживания населения» предусматривается в 1984 году серийный выпуск, разработанной специально для предприятий бытового обслуживания Московским технологическим институтом (МТИ) Минбыта РСФСР универсальной швейной машины 2022 кл.
Разработка принципиально новой швейной машины, отвечающей специфике технологического процесса изготовления одежды по заказам населения, требует и новых теоретических и экспериментальных решений при разработке исполнительных механизмов и узлов [63J. Необходимость этого обусловлена прежде всего тем, что узлы трения швейных машин задают и определяют на всех периодах эксплуатации кинематическую точность исполнительных механизмов, следовательно, надежность и долговечность машин в целом,.
В то же время узлы трения швейных машин по конструктивным соображениям имеют жесткие ограничения по габаритным размерам, что лимитирует несущую способность сопряженных поверхностей, работают машины в широком диапазоне скоростного режима с частыми остановами и включениями, что особенно характерно для машин предприятий бытового обслуживания. Это приводит к нестабильности в режимах смазки узлов. Кроме того, последним также присуща высокая степень универсальности с возможностью отключения при смене выполняемых операций отдельных механизмов и агрегатов, узлы трения которых не должны в этот период расходовать смазочный материал. Все отмеченное выше еще раз подтверждает, что вопросы трения и изнашивания сложны и разнообразны, важны и актуальны.
В связи с этим в МТИ ведутся научные исследования по проблемам повышения износостойкости и несущей способности пар трения на основе избирательного переноса в рамках координационного плана научно-исследовательских работ Ш СССР «Трение и износостойкость твердых тел» (!. П. З) на I98I-I985 г. г. Данная работа выполнена в соответствий с этой проблемой, а также с темами MT-2I-78, MT-5I-79, MT-2I-8I, МТ-76−82, направленными на разработку универсальной швейной машины 2022 кл. я ряда машин агрегатного типа на этой базе. Работа посвящена повышению работоспособности узлов трения исполнительных механизмов швейных машин.
Целью работы является исследование работоспособности швейных машин и разработка путей по повышению срока их службы. Основные задачи, поставленные и решенные в работе:
— разработка метода оценки взаимодействия рабочих органов исполнительных механизмов швейных машин;
— создание устройства по контролю усилий в игольной нитке;
— оценка влияния износа основных механизмов на работоспособность швейных машин;
— разработка конструктивных и эксплуатационных мероприятий по повышению работоспособности узлов трения исполнительных механизмов швейных машин.
Объект исследования — исполнительные механизмы и узлы трения швейных машин общего назначения и полуавтомата 220-М кл., положенных в основу разрабатываемой машины, а также узлы и механизмы созданной машины 2022 кл.
Метод исследования. При исследовании рабочего процесса переплетения ниток натяжение игольной нитки контролировалось методом электротензометрия с использованием предварительного математического планирования эксперимента по многофакторному ротата-бельному плану второго порядка. Кинематические и динамические характеристики механизмов определялись на основе типовых программ ВНИШГГекмаша для ЭВМ «Минск-32». Планы износных испытаний формировались на основе стандартных методов (ГОСТ 23.301−78, ГОСТ 9377–74, ГОСТ 16 429–70, ГОСТ 17 510–72, ГОСТ 23.205−79).
Разработка моделей исследования работоспособности машин и узлов трения осуществлялась с применением статистических и вероятностных методов.
Научная новизна. Разработан метод контроля необходимого взаимного положения рабочих органов исполнительных механизмов, получены математические модели, отражающие влияние износа основных механизмов и параметров рабочего процесса швейной машины на усилия в нитке на характерных этапах образования стежка.
Определена специфика изнашивания механизмов и узлов трения швейных машин и показано влияние износа на рабочий процесс.
Получены диагностические модели изменения работоспособности швейных машин в функции времени, что позволяет прогнозировать технический ресурс швейных машин на стадии их проектирования.
Показана возможность использования инерционных сил при подаче смазки к узлам трения исполнительных механизмов швейных машин.
Практическая ценность. Разработано средство контроля усилий в нитке на основных этапах образования стежка, защищенное авторским свидетельством СССР № 1 084 344.
Разработана методика исследования фитильной системы смазки швейных машин, работающей с применением смазочных масел, включанъ щих металлоплакирующие присадки (M00I-83, СТП СКШО «Промшвеймаш»).
Разработана методика проведения обкатки челночных устройств швейных машин с использованием смазочных масел, включающих металлоплакирующие присадки (М002−83, СТП СКШО «Промшвеймаш»).
Предложены новые конструктивные схемы узлов трения исполнительных механизмов швейных машин, обеспечивающие повышение износостойкости и надежности работы.
Результаты работы были использованы при разработке на П.О. «Промшвеймаш» (г.Орша) опытных образцов машины 2022 кл., отмеченные в 1982 году на ВДНХ СССР Золотой медалью.
I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
I.I. Взаимодействие рабочих органов швейных машин.
Устойчивость и надежность рабочего процесса швейных машин определяется прежде всего показателями натяжения переплетаемых ниток, которые не должны быть вблизи пределов разрывных величин.
63].
В связи с этим, одним из важнейших вопросов в оценке работоспособности швейных машин является объективная оценка усилий работы ниток, образующих под воздействием рабочих органов стежки. Причем, техническое состояние рабочих органов и исполнительных механизмов, определяемое износом узлов трения, оказывает, во всей вероятности, значительное влияние на кинематику и динамику ниток, а также на показатели работоспособности машин в целом.
В научно-технической литературе кинематике и динамике рабочих органов, анализу взаимодействия их между собой и ниткой исследователи в области швейного оборудования в последние 15−20 лет уделяют большое внимание fl5,19,30−32, 37−47, 58,67]. Получено удобное для практических расчетов уравнение движения иглы? l5,I9j.
Lu = T (i-()-Z№f+(xAcos2f)A. ал).
В уравнении характер перемещения иглы Ln зависит от кинематических размеров механизма: ведущего звена — % и шатунаt. При этом известно, что чем меньше значение, 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 X находится в пределах 0,22 — 0,53.
При анализе процесса петлеобразования необходимо знать перемещение иглы от нижнего мертвого положения jl9j.
L и — t ({+i)-nosf-Mcosf)Л. «-2>
Кинематические характеристики движения нитки, проводимой под ткань, определяются соответствующими характеристиками рабочих органов [38]. Поэтому важно знать скорость перемещения исполнительных звеньев. В случае кривошипно-ползунного механизма иглы скорость и ускорение иглы определяются дифференцированием уравнений перемещения I. I- 1.2 [l5, 19] 2.
V" = tb)(SinfiO, 5ASln2f) — (i.3) lr4iMC0SfiA№ 2f). (i.4).
Результаты проведенных исследований показывают [38], что ускорение нитки на быстроходных швейных машинах в момент прокола иглой может достигать 260 х I03 м/с**, а в момент обведения ее вокруг челнока 617 х I03 м/с**, что подтверждает наличие исключительно сложных кинематических условий, в которых находится нитка в челночных швейных машинах.
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 воцросы изучались в Рижском политехническом институте, в Витебском технологическом институте [68j, а также в Московском технологическом институте.
Для доследования движения нитки относительно рабочих органов, нитенацравителей и ткани в настоящее время применяют широко скоростную киносъемку [43]. 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 [43], что обвод петли носиком челнока и снятие с него происходит при больших ускорениях и, возникающие вследствие этого силы инерция изменяют форму петли, особенно в конце обвода и в начале снятия ее. С увеличением скорости работы машины отмечены поперечные колебания обводимой нитки. Авторы не исследовали влияние износа и установки челнока по времени его подхода к игле на условия движения нитки.
В ряде работ [47,8б] 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 [47,8б], что вид переплетения ниток зависит от направления вращения 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 2 Г наблюдается дополнительная подкрутка, а цри крутке 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 [44,67], образование петли необходимо исследовать при различных скоростях, так как швейные машины работают с частыми остановами.
В исследованиях [44] было установлено, что образование петли в действующих машинах во многом отличается от процесса, наблюдаемого при статических условиях. Большинство петель, наблюдаемых при больших скоростях работы машины, имели увеличенную кривизну в нижней части, некоторую ассиметричность относительно оои иглы.
Основные проблемы петлеобразования в швейных машинах челночного стежка обобщены В. Н. Гарбаруком [19] • При этом показано, что при движении иглы вниз, между ниткой я материалом возникают силы трения [19,44,67]:
R =Дл/ «а-5) где ytyy и JAz — коэффициенты трения нитки о иглу и материал, — давление ткани на нитку. При подъеме иглы сила трения будет увлекать верхнюю нитку вслед за поднимающейся иглой. Сила же стремится удержать нитку на месте. Но так как коэффициент трения нитки о ткань больше, чем об иглу, получим, что Fa^Ff • В 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 направлены 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 [19,44,67]. При регулировке швейной машины этот зазор устанавливают не более ОД мм.
Следующим важным параметром работы швейных машин является величина подъема иглы, необходимая для образования петли-напуска нужной величины [19,44], При прочих равных условиях подъем иглы будет зависить 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 [l9] связь между положением носика челнока и иглой в нижней точке гдеfo — угол поворота главного вала машины цри подъеме иглы на высоту $ от нижнего положения, Z5? — диаметр челнока.
По свидетельству отечественных и зарубежных авторов [41,42, 58,86] решающим в оценке рабочего процесса является определение натяжения нитки в момент прокола ткани иглой, в момент захвата петли игольной нитки 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 [41,42] с помощью метода электротензометрии. Для измерения натяжения при проколе материала использовали датчики проволочных сопротивлений [9,41,42, 7l] с относительной чувствительностью 2,0, базой 10 мм, начальным сопротивлением = 98 Ом и максимальной частотой 50 кГц. 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 (j = 3−4 мм.
Как отмечают авторы [" 42], определение натяжения нитки на этапе захвата петли игольной нити челноком на действующих машинах представляет значительные трудности, в связи с этим этап взаимодействия челнока с ниткой исследуют также на специальных установках [42], Параметры преобразующих элементов в ней аналогичны установке для определения натяжения нитки при проколе материала.
В установке используется модель носика челнока, которая перемещается 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 нитепритягивателя — игла [l9,58j.
Сложность и многофакторность рабочего процесса переплетения ниток в машинах челночного стежка ставят перед исследователями проблемы по более глубокому и всестороннему изучению основных этапов петлеобразования, по определению влияния технологических и эксплуатационных факторов на рабочий процесс и по выявлению влияния износа на нагруженность ниток, что и стало первой задачей исследования в работе. Это, в свою очередь, потребовало освоения методов планирования и анализа многофакторых экспериментов [4,26, 60,62,69,74,87].
1. Предложены конструктивные схемы узлов трения к швейной машине 2022 кл., где учтены значения нагрузочной характеристики ^ Vc, инерционная система смазки И возможности применения металло плакйрущйх присадок,.
2. Осуществлена модернизация челночного устройства с целью улуч шения режима смазки и опытным путем показана ее эффективность,.
3. Предложена методика обкатки челночных устройств швейных машин, сокращающая время обкатки на 15−20^.4. Установлено, что стабильность смазки узлов трения швейных ма шин снижает температуру трущихся деталей примерно в 1,5 раза.5. На основе проведенных исследований показано, что фитильная система смазки, широко применяемая в швейном машиностроении может успешно работать с маслорастворимыми металлоплакируюащ мй присадками.6. Предложена методика оценки эффективности материалов фитильной системы смазки, работающей с металлоплакирующими присадками.7. Предложена и экспериментально проверена система смазки узлов трения швейных машин под действием сил инерции.8. Получены зависимости, позволяющие оценивать подачу смазки в зону трения при изменении скоростного режима швейной машины. 5. онциЕ вывода.
1. Анализ вопросов работоспособности швейных машин позволил определить, что техническое состояние узлов трения исполнитель ных механизмов определяет надежность машины в целом, а повышение несущей способности И износостойкости их поверхностей трения за счет применения металлоплакирующих присадок в смазочные масла, реализуЕЩие избирательный перенос, является одним из перспектив ных и эффективных направлений повышения долговечности швейных машин, требующего всестороннего изучения по использованию его с учетом специфики конструкций, работы и условий эксплуатации машин.2. Разработан метод и средство контроля необходимого взаим ного положения рабочих органов исполнительных механизмов швейных машин челночного стежка (А.с, 1 084 344), получены математические модели, отражающие влияние основных факторов рабочего процесса и положения рабочих органов на усилия в нитке.3. Установлено, что показателем степени изношенности швей ных машин может выступать суммарный износ исполнительных меха низмов, вызывающий ошибки положения рабочих органов.4. Получены предельные значения износа основных механизмов швейных машин челночного стежка, характер распределения и анали тические зависимости процесса изнашивания узлов трения, позволя ющие моделировать изменение работоспособности И прогнозировать технический ресурс.5. Разработано и проверено в работе устройство контроля влияния скоростного режима и степени изношенности исполнительных механизмов на назтружение главного вала швейной машины.6. Разработана и экспериментально проверена на адекватность схема процесса изнашивания челночных устройств швейных машин в режиме избирательного переноса. ?• Разработаны методики по применению металлоплакйрующих присадок в узлах трения швейных машин и по обкатке челночных устройств в смазочной среде с присадками, реализующими явление избирательного переноса, что позволило ускорить практическое применение металлоплакйрующих присадок в швейном машиностроении (M00I-83 и М002−83 СТП ОКБ ШО «Промшвеймаш», г. Орша).8, Результаты исследований в работе явились основой для разработки узлов трения к базовой швейной машине 2022 кл. для предприятий бытового обслуживания, отмеченной в 1982 году на вдах СССР Золотой медалью,.
9. Использование результатов работы позволило при разработ ке опытных образцов машины 2022 кл. повысить износостойкость и работоспособность узлов трения, эконоАШческий эффект на П.О. «Промшвеймаш» от годовой партии в 3500 машин составляет 34 706 рублей.
