КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

Мостіпан Олександр Михайлович

УДК 687.053

РОЗРОБКА ПАРАМЕТРІВ ПУЛЕРНИХ

МЕХАНІЗМІВ ШВЕЙНИХ МАШИН

05.05.10 – машини легкої промисловості

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Щербань Юрій Юрієвич,

Київський національний університет технологій та дизайну, проректор з навчальних та інформаційних технологій, професор кафедри машин легкої промисловості

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор

Петко Ігор Валентинович,

Київський національний університет технологій та дизайну, професор кафедри електромеханічних систем;–

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Єгоров Владислав Веніамінович,

директор ТОВ “Легпромінжинірінг”, м. Київ

Провідна установа – Технологічний університет Поділля Міністерства

освіти і науки України, м. Хмельницький

Захист відбудеться “ 26 ” листопада 2003 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.02 в Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, МСП, м. Київ–11, вул. Немировича–Данченка, 2

Автореферат розісланий “ 24 ” жовтня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Тарасенко А.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основна задача легкої промисловості – задоволення потреб населення в високоякісних товарах. Обробка матеріалу на швейній машині являється складним технологічним процесом, якість якого багато в чому визначається роботою механізму транспорту.

Особливої актуальності це набуло в теперішній час у зв’язку з застосуванням в швейній промисловості матеріалів, фізико–механічні властивості яких суттєво відрізняються від тих, що традиційно використовуються. Всі існуючі класи одягу характеризуються широким застосуванням тканин, які містять штучні та синтетичні волокна. Їх використання значно збагатило асортимент тканин та дозволило покращити їх фізико-механічні та експлуатаційні властивості.

Одначе, обробка напівфабрикатів із вмістом штучних та синтетичних волокон на швейних машинах пов’язана з рядом суттєвих складностей:–

специфічні механічні властивості таких матеріалів є причиною неточного переміщення на встановлену величину стібка, а в динаміці транспортування – нестабільності довжини стібків та посадки нижнього шару пакету матеріалів;–

має місце стягування напівфабрикату нитками під час затягування стібків. Це явище особливо проявляється під час роботи на швейних машинах човникового стібка, так як величина натягнення ниток значно перевищує відповідну величину, яка є характерною для ланцюгових стібків. Стягування тканин з синтетичними волокнами не усувається волого–тепловою обробкою і негативно впливає на якість виробу та його зовнішній вигляд.

Для усунення вище наведених недоліків швейну машину оснащують допоміжними механізмами для створення додаткового транспортуючого зусилля. Одначе, існуючі модифікації рушіїв не забезпечують високу якість обробки синтетичних напівфабрикатів. Одним із шляхів вирішення проблем транспортування таких напівфабрикатів є оснащення швейної машини пулерним механізмом (“pull” в перекладі з англійської мови означає “тягти”).

Відомості про дослідження сумісної дії традиційного рейкового рушія та пулерного механізму швейної машини практично відсутні. Взаємодія робочого органу пулерного механізму з текстильними напівфабрикатами відображена тільки на рівні окремих технічних рішень і у загальній постановці, що обумовлює визначення та дослідження параметрів, які характеризують роботу пулерних механізмів швейних машин, не розглядалася.

Тому, розробка параметрів пулерних механізмів, здатних забезпечувати якісне транспортування напівфабрикатів на швейній машині, є актуальним завданням і представляє інтерес для швейної галузі легкої промисловості.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно із затвердженою науковою програмою діяльності Київського національного університету технологій та дизайну “2–03–3/03. Наукові основи проектування робочих процесів і технологічних машин легкої промисловості” за напрямком “2–03/3.1/03. Проектування сучасних швейних, трикотажних та взуттєвих машин”.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є визначення та дослідження параметрів пулерного механізму швейної машини для підвищення якості обробки напівфабрикатів, що містять синтетичні волокна.

В рамках поставленої мети передбачалося вирішення наступних завдань:

– проаналізувати процес обробки напівфабрикатів на швейній машині, оснащеній пулерним механізмом;

– визначити параметри, що характеризують роботу пулерного механізму;

– визначити групи напівфабрикатів для яких використання пулерного механізму є доцільним;

– дослідити вплив параметрів пулерного механізму на якість обробки напівфабрикатів на швейній машині.

Об’єктом дослідження є пулерні механізми швейних машин.

Предметом дослідження є параметри пулерних механізмів швейних машин.

Методи досліджень. Поставлені задачі вирішувалися на основі аналізу процесу обробки напівфабрикатів на швейних машинах з використанням класичних положень теорії механіки, математичних методів та сучасних методів експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше:

– створено фізичну та математичну моделі взаємодії робочого органу пулерного механізму з напівфабрикатом з урахуванням його властивостей;

– розроблено методику та проведено експериментальну перевірку математичної моделі взаємодії робочого органу пулерного механізму з напівфабрикатом з урахуванням властивостей останнього;

– отримано математичні залежності, що характеризують умови працездатності пулерного механізму;

– на основі порівняльних досліджень роботи швейної машини загального призначення та швейної машини, оснащеної пулерним механізмом, встановлено доцільність використання пулерного механізму для обробки окремих груп матеріалів в залежності від їх щільності та товщини;

– досліджено вплив параметрів пулерного механізму на якість обробки напівфабрикатів на швейній машині та на основі оптимізаційного синтезу отримано їх оптимальні значення.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

– розроблено інженерні методи визначення параметрів пулерних механізмів швейних машин;

– розроблено принципово нові конструкції пулерного механізму (патент України № 56013 А, Бюл. №4 від 15.04.2003 р.) та швейної машини (патент України № 56012 А, Бюл. №4 від 15.04.2003 р.);–

на базі проведених досліджень розроблено експериментальну установку для дослідження фрикційних властивостей оброблюваних напівфабрикатів та експериментальну установку пулерного механізму;–

встановлено оптимальні значення параметрів пулерних механізмів при обробці матеріалів різних груп;

– результати, отримані в дисертації, використовуються в учбовому процесі Київського національного університету технологій та дизайну при підготовці фахівців зі спеціальностей: 7.090222 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування” та 8.090222 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування”.

Особистий внесок здобувача полягає у вирішенні основних теоретичних та експериментальних задач дисертації. За безпосередньої участі автора розроблено методики досліджень, теоретичні основи та основи інженерних методів проектування пулерних механізмів швейних машин. Наукові праці [1–7] написані у співавторстві з науковим керівником. Конкретний персональний внесок автора полягає в постановці задач досліджень, розробці методів досліджень та математичних моделей, а також в аналізі та узагальненні результатів досліджень. В розробці принципово нових конструкцій пулерного механізму [8] та швейної машини [9] автору належать основні ідеї, перевірка працездатності та ефективності роботи конструкцій, аналіз та узагальнення результатів перевірок.

Апробація дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались і одержали позитивну оцінку на:

– наукових конференціях КНУТД (м. Київ, 2001–2003 рр.);

– засіданнях кафедри машин легкої промисловості КНУТД (м. Київ, 2000–2003 рр.);

– 2–й Міжнародній науково–практичній конференції “Качество, стандартизация, контроль: теория и практика” (Крим, м. Ялта, 2002 р.).

Дисертація доповідалась повністю і одержала позитивну оцінку на науковому семінарі Київського національного університету технологій та дизайну (м. Київ, 24 квітня 2003 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 робіт, серед яких 7 наукових статей в журналах, 2 – патенти України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Обсяг основної частини дисертації становить 151 сторінку і містить 64 рисунки, 1 таблицю, список використаних джерел із 138 найменувань та 11 додатків. Повний обсяг дисертації складає 245 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, поставлено мету та сформульовано задачі досліджень.

У першому розділі проведено огляд способів транспортування матеріалів на швейній машині, розглянуто особливості взаємодії транспортуючих робочих органів швейної машини з матеріалом, технологічні характеристики проектування пулерних механізмів, проведено класифікацію характеристик пулерних механізмів.

На основі аналізу процесу взаємодії робочого органу пулерного механізму встановлена доцільність використання пулерних механізмів, що забезпечують рівномірне обертання робочого органу.

Другий розділ присвячено розробці пулерного механізму. Сформульовано технологічні вимоги до пулерного механізму, на основі яких була встановлена необхідність передбачення певних технологічних регулювань.

Після встановлення необхідності наявності в структурі пулерного механізму певних

Рис. 1. Структурна схема пулерного механізму: 1–головний вал швейної машини; 2–вал шпулемоталки; 3–черв’як; 4–черв’ячне колесо; 5–ведений шків; 6–вал ролика; 7–ролик; 8–кулачок; 9–повзун; 10–пружина спіральна; 11–гайка; 12–ведучий шків; 13–проміжний вал; 14–зубчасте колесо; 15–зубчасте колесо; 16–кронштейн

функціональних груп було запропоновано наступну структурну схему (рис. 1).

На основі встановлення характерних розмірів головки швейної машини визначено обмежуючий геометричний простір, в межах якого повинен перебувати пулерний механізм.

Також визначено діапазони показників пулерного механізму, що відповідають експлуатаційним режимам його роботи.

Після проведення уточнених розрахунків та конструювання складових пулерного механізму було розроблене його складальне креслення, на основі якого створені відповідні робочі креслення. В результаті виготовлення деталей та їх послідовного складання було отримано експериментальний варіант пулерного механізму і встановлено його на швейну машину 1022М кл. ОЗЛМ (Білорусь), що представлено на рис. 2.

Рис. 2. Експериментальна установка (швейна машина 1022М кл., обладнана пулерним механізмом)

У третьому розділі проводиться аналітичне та експериментальне визначення параметрів роботи пулерного механізму.

Тягнуче зусилля ролика пулерного механізму визначалося як результуюче, що діє в напрямку переміщення матеріалу (рис. 3):

, (1)

де , – зусилля взаємодії ролика з матеріалом на ділянках і , відповідно;

, – коефіцієнти тертя в парах, відповідно, ролик–матеріал та матеріал–опорна площина;

, – кути між відповідними векторами зусилля взаємодії ролика з матеріалом і вертикальною віссю симетрії ролика.

Повну величину зусилля взаємодії ролика з матеріалом визначали, використовуючи слідуючу залежність:

. (2)

Рис. 3. Фізична модель взаємодії ролика пулерного механізму з матеріалом: 1–ролик; 2–опорна площина; 3–напівфабрикат

В свою чергу:

, , , (3)

де – вертикальна складова зусилля взаємодії ролика пулерного механізму з матеріалом;

– центральний кут, що визначає ділянку взаємодії ролика з матеріалом;

– вертикальна складова напруження взаємодії ролика з матеріалом;

– елементарна площадка взаємодії ролика з матеріалом (рис. 4);

– радіус ролика.

Рис. 4. Розрахункова схема визначення зусилля взаємодії ролика пулерного механізму з матеріалом: 1–ролик; 2–опорна площина; 3–напівфабрикат

Експериментально було визначено залежність величини від величини відносної деформації матеріалу в вертикальному напрямку для зразків наступних матеріалів: 1) костюмна напіввовняна тканини саржевого переплетення; 2) костюмна синтетична тканина саржевого переплетення; 3) костюмна синтетична тканина полотняного переплетення; 4) плащова синтетична тканина полотняного переплетення; 5) підкладна синтетична тканина полотняного переплетення.

, що відповідає . (4)

Рис. 5. Графік залежності відносної деформації від деформуючого напруження, що діє на двошарову заготовку з костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення при одновісному її стисканні

Отримані результати (для костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення) приведені на рис. 5.

Після відповідних перетворень вираз для визначення тягнучого зусилля ролика пулерного механізму остаточно набув наступного вигляду:

, (5)

де і – центральні кути, що визначають ділянки взаємодії ролика пулерного механізму з матеріалом;

, – постійні;

– початкова товщина недеформованого пакету матеріалів.

Для визначення величини тягнучого зусилля ролика пулера, згідно з (5), експериментально були встановлені залежності величини кутів і від величини притискання робочого органу пулера до напівфабрикату під час виконання технологічних операцій. Характер поведінки отриманих залежностей для всіх досліджуваних матеріалів є подібним і, наприклад, для костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення мають наступний вигляд (рис.6):

для м , ;

(6)

для м , .

Також експериментально були визначені коефіцієнти тертя кожного досліджуваного напівфабрикату з відповідними, контактуючими з ним, поверхнями пулерного механізму та швейної машини.

Інтеграли, що є складовими виразу (5), точно не вирішуються. Для їх вирішення необхідно застосовувати чисельні методи. Тому було застосовано чисельне інтегрування з використанням квадратурних формул Сімпсона.

Після цього, для зручності у подальшому використанні, вираз (5) для аналітичного визначення тягнучого зусилля було вирішено апроксимувати за допомогою більш простих функцій.

Так як характер поведінки функції, що характеризується виразом (5), попередньо важко визначити, то була висунута гіпотеза про її лінійність. Після проведення обчислювального експерименту було встановлено, що лінійна апроксимуюча функція адекватно описує множину отриманих значень.

Рис. 6. Графік залежності для заготовки з костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення: а) при м; б) при м; в) при м; г) при м

Апроксимуючі залежності для всіх досліджуваних матеріалів являються подібними і, наприклад, для костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення мають слідуючий вигляд:

. (7)

Виникла необхідність в експериментальній перевірці отриманих апроксимуючих виразів визначення тягнучого зусилля ролика пулерного механізму.

Тому подальший підрозділ був присвячений експериментальному визначенню тягнучого зусилля ролика пулерного механізму, яке базувалося на використанні встановлених деформаційних характеристик досліджуваних матеріалів.

Метою дослідження було виявлення залежності величини тягнучого зусилля пулера від величини трьох слідуючих факторів: радіуса ролика пулерного механізму , зусилля притискання ролика до матеріалу , коефіцієнта тертя в парі ролик–матеріал .

Знаючи величину повздовжньої деформації матеріалу при одновісному розтягові , що виникає внаслідок взаємодії з робочим органом пулерного механізму, можна встановити відповідну до неї величину тягнучого зусилля пулера. Для цього експериментально були встановлені залежності величини від деформуюче зусилля для всіх досліджуваних матеріалів. В результаті проведення регресійного аналізу множина експериментальних точок з допустимою величиною довірчої ймовірності була апроксимована поліномом другої степені, який має слідуючий вигляд (для костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення) (рис. 7):

Рис. 7. Графік залежності величини відносної деформації від деформуючого зусилля, що діє на двошарову заготовку з напіввовняної тканини при одновісному її розтягові

. (8)

Висунувши гіпотезу про лінійність залежності тягнучого зусилля ролика пулерного механізму від варійованих параметрів, для отримання регресійного рівняння використовували матрицю повного факторного експерименту 23. В результаті перевірки значимості коефіцієнтів рівняння регресії було встановлено незначимість коефіцієнту, що характеризує вплив на величину величини радіусу ролика . Після переходу від кодованих до натуральних значень факторів, наприклад, для костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення, було отримано наступне рівняння (рис. 8):

. (9)

Рис. 8. Поверхні відгуку для залежності величини тягнучого зусилля ролика пулерного механізму від величини зусилля притискання ролика та величини коефіцієнта тертя в парі ролик–матеріал для костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення: чорним кольором – , (аналітичні значення); сірим кольором – (експериментальні значення)

Відмінність аналітичних та експериментальних значень складає 12 %.

Однією з характеристик роботи пулерного механізму з рівномірним обертанням робочого органу є наявність фази проковзування ролику по поверхні оброблюваного матеріалу. Тому важливим є визначення умови, за якої таке проковзування є можливим. Для спрощення розрахунків пружне проковзування, крутильну податливість ролика пулерного механізму та масу матеріалу не враховували.

Застосувавши рівняння Лагранжа другого роду для голономних систем з одним ступенем вільності, отримали залежність, що характеризує умову проковзування ролика по поверхні матеріалу (рис. 9):

, (10)

де – момент інерції ролика та деталей, що з ним обертаються

– обертовий момент;

– зусилля пружності матеріалу;

і – коефіцієнти, що визначаються як , .

Рис. 9. Розрахункова схема визначення умови проковзування ролика пулерного механізму по матеріалу: 1–голка; 2–притискуюча лапка; 3–опорна площина; 4–напівфабрикат; 5–ролик

Для всіх досліджуваних матеріалів умова проковзування ролика по поверхні матеріалу справджувалася.

Однією з умов працездатності пулерного механізму швейних машин є можливість надійного захвату краю матеріалу, що рухається назустріч роликові в результаті дії зубчастої рейки (рис. 10).

На основі аналізу фізичної моделі взаємодії ролика пулерного механізму з краєм матеріалу отримали умову захвату, що настає при виникненні критичного зусилля взаємодії ролика з оброблюваним напівфабрикатом. Ця умова має наступний вигляд:

, (11)

де – центральний кут, що характеризує положення краю напівфабрикату відносно ролика;

– центральний кут, що характеризує ділянку взаємодії ролика з краєм напівфабрикату.

На основі зробленого припущення про те, що в результаті взаємодії ролика з матеріалом, останній, деформуючись, не отримує подовжень в горизонтальному напрямкові (деформації, що розвиваються вздовж лінії дії деформуючої сили, значно перевищують ті, що розвиваються в напрямкові, перпендикулярному до напрямку лінії дії деформуючої сили), і, відповідно, робота в горизонтальному напрямкові від сили буде дорівнювати нулю, величина кута визначалася за допомогою наступного інтегрального рівняння:

Рис. 10. Фізична модель взаємодії ролика пулерного механізму з краєм матеріалу: 1–напівфабрикат; 2–опорна площина; 3–ролик

. (12)

Для всіх досліджуваних матеріалів умова (11) справджувалася.

Четвертий розділ присвячено дослідженню роботи пулерного механізму.

На швейні фабрики пулерні механізми до швейних машин постачаються в основному виробниками з дальнього зарубіжжя. Але в супровідній довідковій літературі, окрім того, що ці механізми використовуються для тканин, що містять синтетичні волокна, однозначні рекомендації щодо їх використання відсутні.

Тому, виникла необхідність у визначенні доцільності використання пулерних механізмів для тих чи інших матеріалів. Це було встановлено шляхом порівняння показників якості зшивання напівфабрикатів на швейній машині загального призначення та на швейній машині, оснащеній пулерним механізмом.

Досліджуваними матеріалами були: 1) пакет з двох шарів, кожен з яких складається з костюмної напіввовняної тканини саржевого переплетення; 2) двошаровий пакет, обидва шари якого становить костюмна синтетична тканина саржевого переплетення; 3) пакет з двох шарів, кожний з яких представляє собою плащову синтетичну тканину полотняного переплетення; 4) двошаровий пакету, верхній шар якого становить підкладна синтетична тканина полотняного переплетення, а нижній – костюмна напіввовняна тканина саржевого переплетення.

Оцінювалися такі показники якості пошиву: стабільність прямострочності, відповідність встановленій довжині стібка, посадка нижнього шару пакетів матеріалів, стягування пакету матеріалів нитками строчки.

Отримані дані наведені нижче (для пакету з двох шарів, кожний з яких представляє собою плащову синтетичну тканину полотняного переплетення) (рис. 11).

Рис. 11. Показники якості пошиву пакету з двох шарів, кожний з яких представляє собою плащову синтетичну тканину полотняного переплетення

Аналізуючи отримані результати, можна констатувати, що при зшиванні всіх досліджуваних тканин з використанням пулерного механізму показники стабільності прямострочності та посадки нижнього шару хоч і покращуються, але суттєво не відрізняються від аналогічних показників зшивання без використання пулерного механізму. Характер зміни вказаних показників під час зміни швидкості машини при зшиванні з пулером та без пулера приблизно однаковий. При зшиванні з пулером відчутно покращуються показники стабільності величини стібка та стягування пакетів матеріалу для всіх видів тканин і найбільшого контрасту, в порівнянні із зшиванням без пулеру, ці величини досягають для костюмної та плащової синтетичних тканин. Це відбувається тому, що тягнуче зусилля ролика пулерного механізму сприяє значному усуненню стягування цих тканин нитками строчки, яке вони набувають при зшиванні без пулера. При зшиванні ж зразків із напіввовняної тканини та зразків, верхній шар яких становить підкладна тканина, а нижній – напіввовняна, без пулеру вони розтягуються і при застосуванні пулерного механізму ця небажана деформація розтягу стає ще більшою.

Покращення показника стабільності величини стібка при зшиванні з використанням пулерного механізму в різних швидкісних режимах пояснюється здатністю робочого органу пулера запобігати неконтрольованому переміщенню оброблюваного напівфабрикату під дією власної сили інерції внаслідок виникнення явища підскоку притискуючої лапки, і обумовлено жорсткістю оброблюваного пакету матеріалів.

Тому, виходячи з вищенаведеного, можна зробити загальний висновок про те, що використання пулерного механізму є доцільним для середніх та тонких синтетичних тканин. При зшиванні ж тканин відносно великої товщини не виникає необхідності у застосуванні пулера тому, що під час деформації цих матеріалів притискуючою лапкою вони можуть в значній мірі ущільнюватися, що призводить до виникнення сил тертя, величина яких дозволяє усувати стягування нитками строчки напівфабрикатів під час затягування стібка, коли натягнення голкової нитки приймає максимальні значення.

Наступний етап був присвячений експериментальному виявленню залежності показників, що характеризують якість роботи швейної машини, оснащеної пулерним механізмом, від ряду факторів, які характеризують режим роботи пулерного механізму.

Так як експериментально було встановлено, що дія пулера суттєво не покращує показники прямострочності та посадки, то цільовими функціями в даному досліді були відносна зміна довжини стібка y1 та відносна зміна довжини заготовок y2 .

Варійованими факторами були:

1) тягнуче зусилля ролика пулерного механізму (діапазон варіювання (0,3 – 0,4) Н);

2) відстань від ролика до притискуючої лапки (діапазон варіювання (0,032 – 0,036) м);

3) відношення довжини дуги, що відповідає центральному кутові повороту ролика за один цикл роботи швейної машини, до встановленої величини стібка, (діапазон варіювання 4,7 – 5,3);

4) швидкість обертання головного валу швейної машини (діапазон варіювання (1500 – 3000) об/хв).

Діапазон варіювання значень факторів обирався на основі результатів попереднього експерименту, на основі якого було встановлено незначимість фактору радіуса ролика пулерного механізму на тягнуче зусилля пулера і тому в даному експерименті радіус ролика як значущий фактор не розглядався.

Дослідження проводилися для двошарових заготовок наступних тканин: 1) костюмна синтетична тканина саржевого переплетення; 2) костюмна синтетична тканина полотняного переплетення; 3) плащова синтетична тканина полотняного переплетення; 4) підкладна синтетична тканина полотняного переплетення.

Так як характер поведінки цільових функцій апріорно був невідомим, то планування експерименту починалося з висунення гіпотези про їх лінійний характер. Відповідно до цього була побудована матриця повного факторного експерименту 24, за якою було проведено експеримент. В результаті перевірки було встановлено неадекватність лінійної моделі, після чого для отримання нелінійної моделі другого порядку матриця повного факторного експерименту була добудована до матриці центрального ротатабельного композиційного планування другого порядку, що містить певну кількість зоряних та нульових точок. В результаті були отримані наступні регресійні рівняння (для костюмної синтетичної тканини саржевого переплетення):

,

(13)

.

Оскільки отримані цільові функції і перебувають в прямо пропорційній залежності від фактора відстані ролика до притискуючої лапки, то цей фактор можна перевести в розряд константи, яка приймає певне значення при (м), величина якого обумовлена конструктивними особливостями даного пулерного механізму. Після цього цільові функції набули наступного вигляду (рис. 12):

,

(14)

.

Рис. 12. Поверхня відгуку для залежності відносної зміни довжини стібка (а) та відносної зміни довжини заготовок (б) від тягнучого зусилля ролика пулерного механізму та відношення довжини дуги, що відповідає центральному кутові повороту ролика за один цикл роботи швейної машини, до встановленої величини стібка для костюмної тканини саржевого переплетення

Отримані дані являлися висхідним матеріалом для проведення процедур оптимізації.

Оскільки якість роботи швейної машини, оснащеної пулерним механізмом, оцінюється одночасно показниками прямострочності та посадки нижнього шару пакету матеріалів, то виникла необхідність у компромісові, який дозволив би підвищити якість рішення у випадку руху до оптимуму при наявності двох критеріїв оптимізації.

Існує багато методів вирішення компромісних задач. Але найбільшого практичного застосування набули градієнтні методи, методи випадкового пошуку, графічні та симплексні методи.

Компромісні задачі не мають єдиного формалізованого рішення. Одначе, найбільш вірним є рішення на основі векторного підходу до оптимізації, оскільки якість рішень при цьому доводиться оцінювати за допомогою вектора ефективності, компонентами якого являються локальні критерії.

Оскільки показники та являються цілком рівнозначними показниками якості роботи швейної машини і мають однаковий порядок та розмірність, то в даній задачі було реалізовано принцип справедливого компромісу, при якому локальні критерії приймалися однаково значимими.

Таким чином, якість рішення оцінювалася скалярним критерієм, що утворює вектор ефективності.

Враховуючи можливість вирішення задачі з використанням ЕОМ для визначення оптимумів заданих функцій було застосовано метод найшвидшого спуску з постійним порівняно малим кроком пошуку.

Алгоритм методу найшвидшого спуску був реалізований на мові програмування Visual Basic for Applications.

Отримані значення узагальнюючого критерію були апроксимовані за допомогою поліному другої степені, в результаті чого були отримані наступні залежності (для костюмної тканини саржевого переплетення):

, (15)

де – число, ціла частина якого означає номер ділянки компромісної зони.

Після цього стало можливим визначення екстремальних значень функції узагальнюючого критерію.

Оскільки функція узагальнюючого критерію для кожного досліджуваного матеріалу, як видно на графіку (рис. 13), має унімодальний характер, то для її оптимізації (мінімізації) доцільним є використання методів одновимірної оптимізації при наявності обмежень, самим ефективним з яких є метод золотого перерізу.

Рис. 13. Графік функції узагальнюючого критерію для костюмної тканини саржевого переплетення

Після цього для всіх досліджуваних напівфабрикатів за допомогою інтерполювання визначили відповідні до екстремального значення узагальнюючого критерію значення аргументів і , що представляють собою оптимальні значення параметрів пулерного механізму швейної машини:

1) для костюмної тканини саржевого переплетення:, ;

2) для костюмної тканини полотняного переплетення:, ;

3) для плащової тканини полотняного переплетення:, ;

4) для підкладної тканини полотняного переплетення:, .

У п’ятому розділі приведено запропоновані варіанти структурних схем пулерних механізмів, що забезпечують рівномірне обертання робочого органу, та проведено їх порівняльний аналіз.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз спеціальної технічної та патентної літератури показав, що:–

для транспортування синтетичних матеріалів, особливо середньої та малої товщини, під час їх обробки на швейній машині переважного використання набуло оснащення швейної машини пулерним механізмом;–

доцільним є використання конструкцій пулерних механізмів, що передбачають рівномірне обертання ролика пулера при постійній швидкості головного валу швейної машини;–

практично відсутні відомості про взаємодію робочих органів циліндричної форми з текстильними матеріалами, з урахуванням властивостей останніх, а також не розглядалася сумісна дія рейкового та пулерного рушіїв.

2. Аналіз процесу взаємодії робочого органу пулерного механізму дозволив зробити наступне:–

сформульовано основні технологічні вимоги, на основі яких була встановлена необхідність адаптованих до об’єкту обробки регулювань в конструкції пулерного механізму;–

визначено діапазони параметрів, що відповідають експлуатаційним режимам роботи пулерного механізму.

3. Розроблено принципово нові конструкції пулерного механізму (патент України № 56013 А, Бюл. №4 від 15.04.2003 р.) та швейної машини (патент України № 56012 А, Бюл. №4 від 15.04.2003 р.).

4. Проведено кінематичний розрахунок та розрахунок конструктивних параметрів механізму пулера, на основі яких, після стадій конструкторської проробки, було виготовлено експериментальну установку пулерного механізму на базі швейної машини 1022М кл. ОЗЛМ.

5. Визначено технологічні параметри та параметри працездатності пулерного механізму:–

аналітично та експериментально визначено тягнуче зусилля ролика пулерного механізму і встановлено, що раціональні значення цього зусилля перебувають в діапазоні, що складає 0,3–0,4 Н;–

умову проковзування ролика пулера по матеріалу;–

умову захвату роликом пулерного механізму краю матеріалу.

6. Дослідження роботи пулерного механізму та оптимізації отриманих результатів дали можливість стверджувати наступне:–

використання пулерного механізму є доцільним для середніх та тонких синтетичних тканин;–

аналіз отриманих регресійних залежностей дозволяє констатувати, що, незалежно від режиму обробки напівфабрикату виробу, пулерний механізм стабілізує процес пошиття;–

цільові функції, що характеризують якість роботи швейної машини, оснащеної пулерним механізмом, перебувають у квадратичній залежності від факторів тягнучого зусилля та відношення довжини дуги, що відповідає центральному кутові повороту ролика за один цикл роботи швейної машини, до встановленої величини стібка, що свідчить про існування оптимального (мінімального) значення цільових функцій в межах діапазону варіювання цих факторів;–

відстань від ролика до притискуючої лапки на показники відносної зміни довжини стібка та відносної зміни довжини заготовок впливає прямо пропорційно, що вказує на необхідність мінімізації відстані від ролика до притискуючої лапки з метою підвищення якості пошиву;–

вирішена задача компромісної оптимізації, що включала в себе: 1) визначення екстремумів досліджуваних цільових функцій відносної зміни довжини стібка та відносної зміни довжини заготовок з використанням методу найшвидшого спуску ; 2) визначення довжини компромісної зони існування узагальнюючого критерію якості обробки, що перебуває між встановленими екстремальними значеннями досліджуваних цільових функцій; 3) визначення функції узагальнюючого критерію якості обробки на основі прийнятого компромісу;4) визначення екстремальних значень функцій узагальнюючого критерію якості обробки методом золотого перерізу і відповідних до них оптимумів досліджуваних цільових функцій та їх аргументів, що представляють собою оптимальні значення технологічних параметрів пулерного механізму: а) для костюмної тканини саржевого переплетення , ; б) для костюмної тканини полотняного переплетення , ; в) для плащової тканини полотняного переплетення , ; г) для підкладної тканини полотняного переплетення , .

7. Запропоновано варіанти структурних схем пулерних механізмів, що забезпечують рівномірне обертання робочого органу, та проведено їх порівняльний аналіз.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Щербань Ю.Ю., Мостіпан О.М. Про уточнення моделі взаємодії матеріалу з транспортуючими робочими органами швейної машини//Вестник Херсонского государственного технического университета, 2002 - С. 369–372.

2. Щербань Ю.Ю., Мостіпан О.М. Визначення умови проковзування ролика пулерного механізму по матеріалові//Вісник КНУТД, №1, 2003. - С. 138–143.

3. Щербань Ю.Ю., Мостіпан О.М. Порівняння якості роботи швейних машин загального призначення і оснащеної пулерним механізмом//Вісник КНУТД, №2, 2003. - С. 112–118.

4. Щербань Ю.Ю., Мостіпан О.М. Визначення умови захвату роликом пулерного механізму краю матеріалу// Вісник Технологічного Університету “Поділля”, - Хмельницький: ТУП, №5, 2002. - С. 156–159.

5. Щербань Ю.Ю., Мостіпан О.М. Експериментальне визначення тягнучого зусилля ролика пулерного механізму.// Вісник Технологічного Університету “Поділля”, - Хмельницький: ТУП, №1, 2003. - С. 174–178.

6. Щербань Ю.Ю., Мостіпан О.М. Застосування пулерних механізмів//Легка промисловість, №3, 2002. - С. 63.

7. Щербань Ю.Ю., Мостіпан О.М. Пулерний механізм швейної машини//Легка промисловість, №4, 2002. - С. 52.

8. Пулерний механізм для швейної машини: Деклараційний пат. 56013 А України, МКИ D05B27/10./ Ю.Ю. Щербань, О.М. Мостіпан (Україна). – № 2002086839; Заявлено 19.08.2002; Опубл. 15.04.2003. Бюл. №4.

9. Швейна машина: Деклараційний пат. 56012 А України, МКИ D05B1/00./ Ю.Ю. Щербань, О.М. Мостіпан (Україна). – № 2002086838; Заявлено 19.08.2002; Опубл. 15.04.2003. Бюл. №4.

Мостіпан О.М. Розробка параметрів пулерних механізмів швейних машин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 – машини легкої промисловості, Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2003.

Дисертацію присвячено питанням визначення та дослідження параметрів пулерних механізмів, якими оснащуються швейні машини загального призначення з метою підвищення якості обробки напівфабрикатів, що містять синтетичні волокна.

Визначено технологічні параметри та параметри працездатності пулерного механізму. Встановлено доцільність використання пулерного механізму для обробки окремих груп матеріалів. Досліджено роботу швейної машини, оснащеної пулерним механізмом. В результаті проведення оптимізації були отримані значення параметрів, що відповідають оптимальній якості обробки напівфабрикатів. Запропоновано варіанти структурних схем пулерних механізмів та проведено їх порівняльний аналіз.

Основні технічні розробки перевірені в наукових лабораторіях з метою оцінки їх працездатності та ефективності.

Ключові слова: швейна машина, пулерний механізм, математична модель, оптимізація.

Мостипан А.М. Разработка параметров пулерных механизмов швейных машин. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.10 – машины лёгкой промышленности, Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2003.

Диссертация посвящена вопросам определения и исследования параметров пулерных механизмов, которыми оснащают швейные машины общего назначения с целью повышения качества обработки полуфабрикатов, содержащих синтетические волокна.

Поставленная задача решалась поэтапно в соответствии с разработанной методикой исследований. Вначале был проанализирован опыт разработки существующих движителей, рабочий орган которых подобен рабочему органу пулерного механизма. На основе анализа особенностей технологического процесса обработки полуфабрикатов на швейной машине общего назначения определены основные технологические требования к работе пулерных механизмов.

Для определения параметров пулерных механизмов были разработаны физическая и математическая модели взаимодействия рабочего органа пулерного механизма с обрабатываемым полуфабрикатом с учётом механических свойств последнего. Определён технологический параметр пулерного механизма тянущее усилие его рабочего органа и параметры работоспособности: условие проскальзывания рабочего органа по поверхности полуфабриката, условие захвата рабочим органом края полуфабриката в начале выполнения технологической операции. Адекватность полученной математической модели была подтверждена экспериментально.

Следующий этап заключался в исследовании работы пулерного механизма, для чего была создана экспериментальная установка пулерного механизма на базе швейной машины общего назначения.

Экспериментально, путём сравнения работы швейной машины, оснащённой пулерным механизмом, и швейной машины общего назначения, было определено, что использование пулерного механизма существенно улучшает такие показатели качества обработки полуфабрикатов на швейной машине как регулярность длины стежка и относительное изменение длины полуфабриката. Показатели стабильности прямострочности и посадки нижнего слоя пакета материалов хотя и улучшаются, но существенно не отличаются от аналогичных показателей при сшивании без использования пулера.

Также определена целесообразность использования пулерного механизма для тонких и средних тканей, содержащих синтетические волокна. Были определены регрессионные выражения, характеризующие зависимость величины регулярности длины стежка и относительного изменения длины полуфабриката от показателей работы пулерного механизма швейной машины.

Для полученных результатов были применены оптимизационные процедуры. Поскольку качество работы швейной машины, оснащённой пулерным механизмом, оценивалось одновременно показателями регулярности длины стежка и относительного изменения длины полуфабриката, оптимизационная задача решалась как компромиссная, состоящая из нескольких этапов. Вначале с использованием метода наискорейшего спуска были определены экстремумы целевых функций, что дало возможность определить длину компромиссной зоны, определяемой интервалом между экстремумами исследуемых целевых функций. На основании принятого компромисса была определена функция обобщающего критерия качества обработки полуфабрикатов, после чего с использованием метода золотого сечения были определены экстремальные значения функций обобщающего критерия и соответствующие им оптимальные значения исследуемых целевых функций, а также их аргументы, представляющие собой оптимальные значения параметров пулерного механизма.

Предложены варианты структурных схем пулерного механизма и проведён их сравнительный анализ.

Основные технические разработки проверены в научных лабораториях с целью оценки их работоспособности и эффективности.

Ключевые слова: швейная машина, пулерный механизм, математическая модель, оптимизация.

Mostipan A.M. The development of sewing machines puller mechanisms parameters. – Manuscript.

The dissertation for obtaining candidate of technical science degree on speciality 05.05.10 – light industry machines. – Kiev National University of Technologies and Design, Kiev, 2003.

The dissertation is devoted to questions dealing with definition and investigation of parameters of puller mechanisms in addition to common using sewing machines to increase processing quality of semi–finished products having synthetic fibre.

Puller mechanism parameters of technology and ability to work are defined. The expedient using of puller mechanism for processing of separate fabrics is put up. The size of puller mechanism parameters conformable to optimal fabric processing quality is obtained by optimization procedures. Variants of puller mechanism structure schemes are suggested and comparative analysis of it is carried out.

Main technical exploitations are tested in scientific laboratories to give estimation of capacity for work and efficacy.

Key words: sewing machine, puller mechanism, mathematical model, optimisation.