Экспериментальные исследования механизма иглы швейных машин с упругими элементами



Известно, что одной из технических задач по совершенствованию конструкций швейных машин является изыскание путей применения упругих материалов (элементов) в узлах, механизмах, устройствах швейных машин, способствующих надежной работе при длительной эксплуатации.

Универсальная швейная машина состоит из следующих механизмов: механизма иглы, в котором игловодитель является ведущим звеном, механизма нитепритягивателя, механизма челнока и механизма перемещения материала, которые приводятся в движение непосредственно главным валом машины.

С целью повышения надежности и долговечности машины и снижения динамических нагрузок на механизм иглы, смонтирован упругий элемент, который изображен на рисунке 1.

Механизм работает следующим образом: при вращении главного вала 1, кривошипа 2 и его пальца 3, вращательное движение с помощью шатуна 4 преобразуется в поступательное движения игловодителя 7.

Игловодитель 7, совершая холостой ход, прижимает пружину 10, которая накапливает определенную часть энергии за счет преобразования её, а потом возвращает накапливаемую энергию на рабочий ход механизма. Ход прижима пружины равен рабочему ходу игловодителя, это способствует равносильному распределению накапливаемой энергии. Давление пружины 10 регулируется винтом 12.

Цель исследования — пути повышения производительности машины и снижение динамических нагрузки в кинематических парах механизма иглы. Для проведения экспериментального исследования нами разработана новая конструкция механизма иглы с упругими элементами с различными жесткостями.

Эксперименты, проведенные на серийных швейных машинах, оснащенных новым механизмом иглы, имеющим упругий элемент, дали положительные результаты по проведению ряда технологических операций.

Для получения достоверных результатов в широком диапазоне нами проведен ряд экспериментальных исследований на швейном призводстве ООО “Накшбандий” города Бухара. Для обработки полученных результатов экспериментов применён метод математического планирования эксперимента.

Рис 1. Совершенствованная конструктивная механизма иглы с упругими элементами: 1–вал; 2–кривошип; 3–палец; 4–шатун; 5–поводка; 6–ползун; 7–игловодитель; 8, 9–втулка; 10–пружина; 11–винт; 12–паз

Для критериев оптимизации технологических параметров, из которых одним из основных является производительность швейной машины, принят фактор ; – производительность швейной машины (сшиваемый материал, метр/мин или стежок/мин.).

В результате проведенных предварительных опытов определены следующие основные факторы и уровни их варьирования, оказывающие влияние на технологический процесс шитья (табл. 1).

Таблица 1

Основные факторы иуровни их варьирования

Фактор	Уровень варьирования			Интервал варьирования
	– 1	0	+ 1
Х1 — скорость вращения главного вала машины, мин-1	3500	4000	4500	500
Х2 — жесткость упругих элементов (пружины), Н/мм	24	36	48	12
Х3 — толщина сшиваемого материала, мм	3,5	4,0	4,5	0,5

К числу факторов, влияющих на технологический процесс, относится скорость вращения главного вала швейной машины. Увеличение скорости главного вала швейной машины приводит к увеличению динамических нагрузок механизмов и вибрации самого корпуса машины. Максимальная частота вращения главного вала швейной машины 1022 кл. принято 4000 об/мин. Уменьшение частоты вращения вала экспериментальной швейной машины ниже 3500 об/мин не позволяет достигаемых результатов. Таким образом, одним из основных факторов эксперимента принято Х₁ — «производительность» машины. Интервал варьирования равен 500 об/мин. При этом нижний уровень окажется равным 3500 об/мин, верхний — 4500 об/мин.

Для проведения экспериментов выбраны упругие элементы в трех вариантов жесткости. В ходе предварительных однофакторных экспериментов механизмы иглы с упругими элементами с жесткостью 36 Н/мм, показали сравнительно лучшие результаты по производительности. С этой точки зрения, за основной уровень фактора Х₂ принимаем упругий элемент с жесткостью 36 Н/мм, за нижний уровень этого фактора — упругий элемент с жесткостью 24 Н/мм, за верхний уровень принимаем упругий элемент с жесткостью 48 Н/мм. Фактор «Х₃» — толщина сшиваемого материала.

Проведённые нами предварительные эксперименты свидетельствуют о том, что с увеличением толщины материала производительность машины снижается. Поэтому за верхний уровень фактора «Х₃» мы принимаем толщину материала 4,5 мм, за нижний уровень 3,5 мм. Следует отметить, что с увеличением толщины материала увеличиваются динамическая нагрузка механизмов и вибрация машины.

Математическое описание объекта исследования рассматриваем как линейную модель, так как она используется при расчете движения в области оптимума методом крутого восхождения. Пригодность модели проверяем при статистическом анализе результатов эксперимента.

Неизвестную функцию отклика аппроксимируем пополам первой степени, коэффициенты, которого оцениваем по результатам эксперимента:

. (4.2)

При построении линейной модели находим численные значения и линейные коэффициенты уравнения регрессии

В соответствии с матрицей планирования проведено 8 опытов в трехкратной поверхности (табл. 2).

После проведения определены численные значения линейных коэффициентов уравнения регрессии [2]. В качестве критерия оптимизации принимаем:

— производительность швейной машины (сшивание материала, метр/мин).

Таблица 2

№опыта	Х0	Х1	Х2	Х3	Х1Х2	Х1Х3	Х2Х3	Х1Х2Х3
1	+	+	–	–	+	–	–	+	7,63
2	+	–	–	–	–	+	–	–	8,6
3	+	+	+	–	–	–	+	–	6,83
4	+	–	+	–	+	+	+	+	8,6
5	+	+	–	+	+	+	+	–	7,0
6	+	–	–	+	–	–	+	+	9,6
7	+	+	+	+	–	+	–	+	8,06
8	+	–	+	+	+	–	–	–	9,1

Матрица планирования полного факторного эксперимента (ПФЭ) и результаты опытов представлены в табл. 3.

Таблица 3

Точки плана	Х1	Х2	Х3	Y1	Y2	Y3		S2y
1	–	–	–	7,6	8,1	7,2	7,63	0,4	6,79	0,70
2	+	–	–	8,2	8,6	9,0	8,6	0,32	8,37	0,05
3	–	+	–	7,1	6,9	6,5	6,83	0,20	7,45	0,36
4	+	+	–	8,7	9,1	8,2	8,6	0,42	9,03	0,18
5	–	–	+	6,7	6,9	7,4	7,0	0,17	7,31	0,09
6	+	–	+	9,8	9,4	9,6	9,6	0,2	8,89	0,50
7	–	+	+	8,1	7,8	8,3	8,06	0,12	7,97	0,08
8	+	+	+	9,3	9,1	8,9	9,1	0,08	9,55	0,20
Сумма							65,42	1,91	65,36	2,16
Среднее							8,17	0,238

Линейные коэффициенты рассчитываются по формуле:

(1.3)

где: b_i — коэффициент регрессии;

Х_iu — значение фактора в u — N опыте;

Y_u — среднее арифметическое значение опытов;

N — число опытов в матрице.

Таблица 4

Расчетные значения коэффициентов регрессии

	b0	b1	b2	b3	b12	b13	b23	b123
	8,17	0,79	0,33	0,26	-0,02	-0,11	-0,17	0,29

= 8.17 + 0.79 Х₁ + 0.33 Х₂ + 0.26 Х_3–0.02 Х₁ Х_2–0.11 Х₁ Х₃ –

— 0.17 Х₂Х₃ + 0.29 Х₁ Х₂ Х₃ (4.4)

Полученное уравнение проверим на адекватность модели и значимость коэффициентов регрессии по критериям Стьюдента и Фишера.

Значения S²_i, вычисленные для всех точек плана матрицы и проверка однородности дисперсий для рассматриваемых параметров оптимизации сведены в табл. 5.

Таблица 5

		GP	GКР	GP— GКР	Результаты проверки
1,91	0,42	0,22	0,396	-0,17	Дисперсия однородна

По данным табл. 6, расчетное значение критерия Кохрена меньше табличного значения G_P< G_КР, поэтому дисперсия считается однородной, а процесс воспроизводимым.

Значения вычисленное для всех точек плана матрицы и результаты проверки адекватности модели для изучаемых параметров оптимизаций сведены в табл. 4, а значение ti, вычисленное для всех точек плана матрицы и проверка значимости коэффициентов регрессии bi для исследуемых параметров оптимизаций — в табл. 6.

Полученная математическая модель исследуемых параметров, с учетом значимых коэффициентов, который имеет вид:

=8.17+0.79Х1+0.33Х2+0.26Х3+0.29Х1Х2Х3 (1.11)

Точную оценку уравнения на адекватность проверяли с помощью критерия Фишера [3].

Расчетное значение критерия Фишера

Таблица 7

		Fр	Fкр	Fр -Fкр	Результаты проверки
1,62	0,81	2	3,01	-1,01	Модель адекватна

На основании проведенных экспериментов, можно сделать вывод: высокая производительность швейной машины достигается при частоте вращения главного вала 4500 об/мин при установке упругого элемента жесткостью 12,5 Н/мм, при сшивания швейных материалов толщиной 4,5 мм.

Литература:

1. Рахмонов И. М. Разработка и обоснование параметров механизма иглы с упругим элементом универсальных швейных машин. Дисс. Соискание ученой степени. Канд. техн. наук. Ташкент, 2008. — 49–59 с.
2. Тихомиров В. Б. Планирование и анализ эксперимента. — М.: Легкая индустрия, 1974.
3. Савостицкий А. В. и др. Технология швейных изделий. — М.: Легкая индустрия, 1971. — 588 с.