Теоретичні положення. Технологічні параметрипроцесів з’єднання заготовок на швейних машинах човникового типу характеризуються такими основними показниками: ходом голки; відстанню

Технологічні параметрипроцесів з’єднання заготовок на швейних машинах човникового типу характеризуються такими основними показниками: ходом голки; відстанню між вістрям голки і носиком човника; зусиллям проколювання голкою з’єднуваних матеріалів; зусиллям транспортування матеріалів; розміром стібка; спрацюванням верхньої нитки внаслідок тертя об направляючі.

1. Визначення основних кінематичних параметрів механізму голки

При проектуванні машин необхідно задати такий кінематичний параметр, як хід голки (рис. 7.1), оскільки він необхідний для визначення розмірів кінематичних ланок (кривошипа і шатуна) механізму голки. У більшості швейних машин хід голки змінюється в межах 27...50 мм.

Хід голки складається з суми двох складових:

, (7.1)

де S₁ – хід голки до проколювання матеріалу;

– хід голки після проколювання матеріалу до човника, залежить від відстані вістря голки до носика човника а і від товщини з’єднуваних матеріалів Δ.

Відстань , де е – відстань від вістря голки до центру отвору (вушка), яка залежить від номера голки і рівна 2...6 мм; S₃ – хід голки вгору, необхідний для утворення петлі, він залежить від властивостей нитки і матеріалу та рівний 2...5 мм; m – відстань від верхнього положення носика човника до рівня платформи.

Згідно зі знайденим ходом голки визначається розмір кривошипа механізму , потім, задаючись відношенням , яке для швейних машин приймають 0,3...0,45, знаходять довжину шатуна .

2. Визначення зусилля проколювання матеріалів голкою

Зусилля проколювання голкою матеріалу теоретично можна визначити, розглядаючи цей процес як процес вирубування різаком з двостороннім загостренням. Визначення складових зусилля проколювання (прорубування) складно, оскільки це багатофакторний процес. Тому в інженерних розрахунках зусилля проколювання практично можна визначити експериментально через роботу маятникового копра. Для цього до копра приєднується кривошипно-шатунний механізм голки. При падінні вантажу 4 (рис. 7.1,б) маятник отримує коливання, а разом з ним голка 1 рухається вгору-вниз через кривошип 3 і шатун 2.

При вільному коливанні, якщо на шляху руху голки немає ніяких опорів, буде затрачатися одна робота. Якщо ж на шляху руху голки вниз встановити матеріал, який вона повинна проколоти, буде затрачатися інша робота, оскільки на її шляху виникає опір матеріалу проколюванню. Різниця цих робіт є роботою проколювання матеріалу, яка визначається за формулою для маятникового копра

, (7.2)

де G – маса вантажу маятника;

r – радіус кривошипа;

β – кут підйому вантажу при вільному падінні маятника;

α – кут підйому вантажу після проколювання матеріалу голкою.

У формулі (6.2) знаки “±” залежать від розмірів кутів α і β. При , підставляється знак “+”. При , підставляється знак “–”. Зусилля проколювання Р_г рівне: для м’яких матеріалів – ; для щільних і товстих матеріалів , де S – різниця у підйомі голки при вільному падінні і після проколювання матеріалу.

Рис. 7.1. Розрахункові схеми механізму голки швейної машини при визначенні:

а – кінематичних параметрів механізму; б – зусилля проколювання матеріалу голкою за допомогою маятникового копра

При шитті грубих, щільних і товстих матеріалів товстими голками відбувається сильний нагрів голки від тертя при проколюванні, пригорання матеріалу, з’являється дим, голка втрачає свою міцність. Тому швидкохідність машин важкого типу обмежена. Якщо машини легкого і середнього типу мають частоту обертання головного валу від 40 до 60 с^-1, то для важкого типу вона не перевищує 20...25 с^-1. У машинах важкого типу біля голки встановлюється патрубок для відсмоктування газів, що виникають при обпалюванні матеріалу.

3. Визначення зусилля транспортування матеріалів (подачі)

Зусилля транспортування (подачі) матеріалів Р_тр визначається із загальновідомих виразів для переміщення матеріалів за рахунок сил тертя (рис. 7.2,а):

(7.3)

де F₂ – сила зчеплення подавальної рейки з матеріалом;

F₁ – сила тертя між матеріалом і притискною лапкою, яка чинить опір переміщенню матеріалу;

N – нормальне зусилля, яке створюється пружиною притискної лапки;

f₁ – коефіцієнт тертя між притискною лапкою і матеріалом, рівний 0,4 (для полірованої поверхні металевої лапки по шкірі);

f₂ – коефіцієнт зчеплення між рейкою і матеріалом, рівний 1,2...1,4.

При односторонній подачі з притискним роликом (рис. 7.2,б) формула (7.3) буде мати вигляд:

, (7.4)

оскільки у цьому випадку величина f₁ нескінченно мала і її можна прийняти за 0, тому що тертя ковзання притискної лапки об матеріал замінюється тертям кочення притискного ролика, посадженого вільно на осі, по матеріалу.

При двосторонній подачі (рис. 6.2,в):

, (7.5)

де F₃ – сила зчеплення між верхньою рейкою і матеріалом;

f₃ – коефіцієнт зчеплення між верхньою рейкою і матеріалом.

Для матеріалів однакової якості поверхні, де можна зрівняти коефіцієнти , рівняння (7.5) матиме вигляд:

Рис. 7.2. Розрахункові схеми для визначення зусиль подачі матеріалів різними типами транспортерів швейних машин

4. Визначення основних параметрів верхньої (котушкової) нитки

Суттєвим недоліком швейних машин човникового типу є спрацювання верхньої котушкової нитки і втрата продуктивності через часту заміну шпуль. Зменшення міцності верхньої котушкової нитки до 30% початкової міцності відбувається в результаті ковзання її по напрямних при подачі до човника і затягуванні шва. Здійснюючи багаторазові зворотно-поступальні рухи (у зв’язку з тим, що споживання нитки при утворенні кожного стібка значне менше, ніж кількість нитки, що забирається човником для обведення петлі навколо шпулі), нитка ковзає по напрямних механізмів гальма нитки, ниткопритягувача, голки та човника, спрацьовуючись внаслідок тертя.

Відносний шлях ковзання нитки та кількість її повторних зворотно-поступальних рухів можна визначити за геометричними параметрами човника і шва, що виконується машиною. Так, найбільша довжина петлі, що витягується човником (рис. 7.3):

, (7.7)

де D – діаметр човника; b – висота човника; а – відстань від осі човника до платформи.

Довжина нитки , що затрачається на один стібок, рівна

, (7.8)

Рис. 7.3. Розрахункова схема для визначення довжини нитки, що споживається човником

Число повторних рухів нитки:

. (7.9)

Відносний шлях ковзання нитки за кожний повторний рух:

. (7.10)

За один кінематичний цикл роботи машини відносний шлях ковзання нитки рівний 2S, а за Z повторних рухів відносний шлях ковзання нитки:

(7.11)

Із наведеного виразу видно, що відносний шлях ковзання нитки зростає пропорційно квадрату суми . Число повторних рухів нитки по напрямних робочих органів машини також зростає із збільшенням а, D, i b і зменшується при рідкій строчці товстих матеріалів.

Для зменшення Z необхідно човник розміщувати ближче до платформи і зменшувати периметр човника і шпулі, зберігаючи найбільший об’єм шпулі при визначеному периметрі човника. Розмір а визначається конструктивними міркуваннями, але його потрібно робити якомога меншим. Розміри D, i b безпосередньо пов’язані з об’ємом шпуль.

Напрямні, по яких відбувається ковзання нитки, викликають найбільше послаблення через тертя нитки об поверхню і внаслідок впливу подряпин та нерівностей, які містять поверхні ковзання.

Напрямні, при русі по яких не відбувається ковзання нитки (обертові ролики), викликають менше (на 15...20%) послаблення нитки.

Залежність ступеня втрат міцності нитки від кожного фактора не встановлена. Однак вважають, що втрата міцності нитки пропорційна роботі тертя нитки об напрямні:

(7.12)

де – початкова міцність нитки;

– міцність нитки після тертя об напрямні;

– робота тертя, що припадає на одиницю довжини нитки;

С – узагальнений коефіцієнт, що відображає властивості нитки, стан поверхні нитки і напрямних.

5. Визначення основних параметрів нижньої (човникової) нитки

Для зменшення спрацювання нитки необхідно зменшувати розміри човника, а отже, і шпулі. Однак із зменшенням об’єму шпулі скорочується довжина нитки в шпулі, а тому збільшується частота її заміни. Оскільки заміна шпуль здійснюється вручну, то збільшуються поза циклові втрати (зростає ) і зменшується продуктивність машин. Тому необхідно виготовляти човник і шпулю таких оптимальних розмірів, які відповідали б двом критеріям: мінімальним габаритам човника і максимальному об’єму шпулі.

За даними І.І.Капустіна, при дослідженні функції на максимум і мінімум встановлена оптимальна залежність між об’ємом шпулі та розмірами човника:

і , (7.13)

де V_ш – об’єм шпулі;

D – діаметр човника;

b – висота човника;

D_ш – діаметр шпулі;

С₁ і С₂ – співвідношення між діаметрами і висотами човника і шпулі відповідно і .

Хронометражем встановлено, що на заміну шпуль затрачається від 6 до 9% всього робочого часу. Частота заміни шпуль залежить від їх об’єму і питомої витрати нитки на стібок. Для підвищення продуктивності швейних машин човникового типу прагнуть підвищити її швидкохідність. Однак збільшення їх швидкості обмежене через втрати часу на заміну шпуль. Зі збільшенням швидкості машини збільшується витрата часу на цей ручний процес. Тому швидкість цих машин можна збільшувати лише до певного оптимального значення – , перевищення якого призведе до зменшення продуктивності через втрати часу на заміну шпуль.

Коефіцієнт , що враховує втрату продуктивності від заміни шпуль, визначається з виразу:

(7.14)

де – час, затрачений на заміну шпулі; – час кінематичного циклу:

, (7.15)

де – довжина нитки в шпулі; – витрата нитки на один стібок; n – частота обертання головного валу.

Довжина нитки у шпулі:

(7.16)

де діаметр нитки; ε – коефіцієнт заповнення шпулі ниткою.

Для зменшення втрат часу на заміну шпуль необхідно вдосконалювати конструкцію машин за рахунок автоматичної заміни шпуль або автоматичного намотування шпуль у човнику без видалення його з машини.

Задача 1.Визначити довжину шатуна і кривошипа механізму голки, якщо відомо, що проколювання матеріалу починається при повороті головного валу на кут, рівний 90˚ і відомі такі показники (дод. 2 табл. 3):

– відстань від вістря голки до центру отвору (вушка) голки, е;

– хід голки вгору, необхідний для утворення петлі, S₃;

– відстань від верхнього положення носика човника до рівня платформи m;

– товщина з’єднуваних матеріалів, Δ;

– відношення довжини радіуса кривошипа до довжини шатуна, λ.

Параметри е, S₃ та m потрібно виміряти для заданої швейної машини; Δ і λ задані.

Задача 2.Визначити відносний шлях ковзання нитки за геометричними параметрами човника і шва, якщо відомі такі параметри (дод. 2 табл. 4)

– висота човника b;

– діаметр човника, ;

– крок стібка l_c;

– відстань від осі човника до платформи, а;

– товщина з’єднуваних матеріалів, Δ.

Параметри b, D та а потрібно виміряти для заданої швейної машини; Δ і l_c задані; k_з=0,75.