Существующий уровень развития техники и технологий легкой промышленности предлагает использование машин, механизмов и рабочих органов, которые совершают возвратно-поступательные, качательные или сложные комбинированные движения. Такие механизмы используются как в машинах периодического, так и непрерывного действия, как правило, машины, содержащие такие механизмы, являются виброактивными и требуют применения виброизоляторов.
Динамические нагрузки в машине приводят к снижению срока службы кинематических пар, соединяющих звенья механизмов, к частым их разладам, снижению объема вырабатываемой продукции, что иногда делает экономически нецелесообразным повышение скорости. Однако, если найти путь к снижению инерционных нагрузок в кинематических парах механизмов, то появляется возможность дальнейшего, а иногда, значительного увеличения скоростных режимов работы механизма при сохранении или даже снижении эксплуатационных расходов.
Создавая новую иглу или выбирая ее для вновь создаваемой машины из числа имеющихся, необходимо представить себе во всех деталях процесс образования стежка и изучить условия, при которых он будет протекать. В отдельных случаях, для выбора нужной иглы приходится, в соответствии с заданными условиями, проводить предварительно серию экспериментов. Поэтому, желательно, чтобы игла была наименьшей длины, ее прочность была большей и реже происходила бы поломка иглы, но при этом нужно учитывать величину ее рабочего хода. Чем он больше, тем длиннее должна быть игла. Рабочий ход ее зависит в челночной машине, в основном, от максимальной толщины сшиваемых материалов, толщины игольной пластины, расстояния между игольной пластиной и носиком челнока, величины, на которую ушко иглы должно опускаться ниже траектории носика челнока. Поскольку величина опускания иглы зависит от ряда условий (упругости нитки, веса и крутки, длины петли, соответствия между шириной ушка иглы и диаметром нитки и др.), то должна быть предусмотрена возможность соответствующего изменения величины рабочего хода иглы (например, в пределах 1
2 мм). Величина рабочего хода иглы зависит также и от длины ее острия. При большей длине острия угол заточки меньше и следовательно, меньше повреждаемость нитей ткани при проколе, но при этом следует учитывать расположение шпульки внутри челнока, и не будет ли острие иглы касаться ее. Кроме того, нельзя забывать и о возрастании напряжений в игле с увеличением ее длины.
Игла, в существующей швейной машине двухниточного цепного стежка выполняет: прокол швейных материалов, проведение через них петли верхней нити, заправленной в ушко иглы, образование петли-напуска верхней нити при обратном ходе иглы, предварительное затягивание петли верхней нити, прокол ниточного треугольника. Челноки применяются в швейных машинах, образующих преимущественно двухниточные (иногда однониточные, трехниточные) челночные переплетения нитей, а петлители — одно-, двух-, трехниточные и более сложные цепные переплетения. Строчки с челночными переплетениями практически не распускаются и требуют наименьшего количества нитей. Однако, при их выполнении игольные (верхние) нити сильно изнашиваются, вследствие чего повышается обрывность нити и ухудшается качество изделия; кроме того, эти строчки не всегда обладают достаточной податливостью при деформации. Строчки с цепными переплетениями характеризуются большей податливостью, меньшим износом и обрывностью нити, но требуют большего качества нити. К группе механизмов петлителей, в существующих швейных машинах цепного стежка, относятся также механизмы ширителей.
Для решения этих задач проведен анализ исследований конструкций швейных машин, а также существующих конструкций механизмов иглы универсальных швейных машин, разработана новая конструкция механизма иглы с упругим накопителем энергии, позволяющуя снизить динамические нагрузки в кинематических парах. Применение различных приспособлений, а также совершенствование отдельных рабочих агрегатов позволило увеличить коэффициент использования машин и их скоростные режимы.
По результатам исследований планированы производственные испытания швейной машины с рекомендованным механизмом иглы и обосновать его технико-экономическое показатели.
Одним из главных препятствий повышения скоростных режимов и, следовательно, производительности швейных машин является технически достигнутый уровень скоростных режимов механизма иглы. Дальнейшее повышение скоростного режима механизма при существующем конструктивном исполнении экономически нецелесообразно из-за частого выхода из строя механизма вследствие чрезмерного повышения инерционных нагрузок.
Исходя из вышеизложенного возникает необходимость поиска путей снижения динамических нагрузок в кинематических парах механизма иглы с целью повышения скоростных режимов и соответственно производительности машины без снижения, а в некоторых случаях повышения надежности узлов механизма. Анализ существующих методов и способов для снижения динамических нагрузок в циклических механизмах показали, что наиболее эффективным в данном случае является применение упругих накопителей энергии.
Рис. 1. Схема механизма иглы универсальных и специальных швейных машин, где: 1-кривошип; 2-шатун; 3-ползун; 4-подшипник; 5-винт; 6-игла; 7-игловодитель
Механизмы иглы универсальных и большинства специальных швейных машин являются кривошипно-ползунными четырехзвенниками, получающими движение от главного вала машины. Кривошип 1 с противовесом m (рис. 1.), посаженный на главном валу, выполняет вращательное движение вокруг оси О; шатун 2, являющийся промежуточным звеном, обеспечивает возвратно-поступательное движение ползуна 3 со штоком игловодителя 7, работающим в двух направляющих — подшипниках скольжения 4. Поскольку во время работы механизма скорость возвратно-поступательно движущихся частей (ползун, шток и вместе с ним движущиеся части) в крайних положениях равно нулю, то при этом неизбежно возникновение максимальных значений инерционных нагрузок. А это, в свое время, приводит к ударным явлениям и преждевременному выходу из строя рабочих частей механизма.
С целью частичной или полной разгрузки кинематических пар от инерционных нагрузок возвратно-поступательно движущихся частей механизма в нем предлагается установить упругие накопители энергии. Накопители энергии имеют возможность накапливать излишки инерционных нагрузок и возвращать в систему, когда это необходимо.
Возможности конструктивной реализации применения накопителей энергии в механизме иглы швейной машины могут быть различные. При этом необходимо учитывать конструкцию головки швейной машины.
Учитывая особенности конструкции головки, возможности реализации и простоту конструкции, было предложено использовать два варианта упругих накопителей — пластинчатых и цилиндрических витых пружин. На рис. 2. указана принципиальная схема установки пластинчатого упругого элемента в механизме иглы швейной машины. На конец штока игловодителя 7 опирается консольно деформируемая за счет инерционных нагрузок движущихся частей механизма упругая пластина. В верхнем крайнем положении сила инерции достигает максимального значения, а сила упругости пластины частично или полностью разгружает механизм от инерционных сил. Накопленная сила упругости возвращается в механизм во время перемещения штока игловодителя с верхнего крайнего положения вниз, тем самым помогая приводу разгонять механизм. Поскольку, в нижнем крайнем положении механизму необходимо выполнять технологический процесс — пробивать прошиваемый материал, то сила инерции расходуется, именно, для выполнения этой работы. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет накапливать излишки инерционных нагрузок на протяжении половины цикла и возвращает их на протяжении другой половины цикла. Винт 10 позволяет регулировать величину предварительного натяга в зависимости от скоростного режима механизма для обеспечения безотрывной работы штока от пластины.
Рис. 2. Механизм иглы с пластичным упругим элементом, где: 1-кривошип; 2-шатун; 3-ползун; 4-втулка; 5,10-винт; 6-игла; 7-игловодитель; 8-пластинка; 9-шарик.
Однако, данная конструкция, несмотря на простоту и легкость при изготовлении не может быть применена в механизмах с большим ходом игловодителя из-за высокого напряжения в пластине.
С целью уменьшения сил сопротивлений движению механизма до уровня целесообразности применения упругих накопителей энергии было внесено изменение в конструкцию направляющих штока игловодителя. В частности, в направляющих низшая кинематическая пара была заменена высшей кинематической парой. Для этого с помощью специальных винтов 4 (рис. 3) в направляющие 7 вставлены шарикоподшипники 11, которые, контактируя со штоком игловодителя, способствуют перемещению последнего в направляющих 11 без больших сопротивлений.
Рис. 3. Механизм иглы с упругой связью с шарикоподшипниками, где: 1-кривошип; 2-шатун; 3-ползун; 4-напрявляющая; 5,10-винт; 6-игла; 7-игловодитель; 8-пружина; 9-гильза; 11-шарикоподшипники.
После замены низших кинематических пар высшими, были определены величины коэффициентов 
и 
. Для нового варианта механизма величины коэффициентов и соответственно получились равными 1,2 и 0,3, что свидетельствует о конструктивности внесенных изменений.
Внесенные конструктивные изменения механизма делают его более удачным с точки зрения целесообразности применения в нем упругого накопителя энергии.
В связи с этим была предложена другая конструкция, схема которой изображена на pис. 4. В отличие от предыдущей конструкции, в этом варианте упругий накопитель энергии выполнен в виде цилиндрической витой пружины 8, установленной в специальном стакане 9; предварительная деформация пружины регулируется винтом 10. В этой конструкции почти не имеется ограничений величины хода иглы и напряжения витков пружины находятся в пределах допустимого. Как и в предыдущей конструкции, разгрузка кинематических пар механизма, в этом случае, происходит за счет деформации упругого элемента — витого цилиндрического элемента.
Рис. 4. Механизм иглы с упругой связью, где: 1-кривошип; 2-шатун; 3-ползун; 4-втулка; 5,10-винт; 6-игла; 7-игловодитель; 8-пружина; 9-гильза.
Безотрывность конструкции также обеспечивается с помощью винта 10 путем изменения предварительной деформации пружины в зависимости от скоростного режима.
Расчет механизма иглы с упругим накопителем энергии можно вести, используя динамическую модель, приведенную на рисунке 3.
Как уже было установлено, степень эффективности использования упругих накопителей энергии во многом зависит от величины сопротивления движению механизма. Поскольку в исследуемом механизме в большинстве кинематических пар и сочленениях используются подшипники скольжения, то необходимо определить величину коэффициента демпфирования или безразмерного коэффициента затухания .
Таким образом для повышения производительности и увеличения ассортимента высококачественных швейных изделий необходимо разработать и научно обосновать параметры механизма иглы с упругой связью.
Литература:
1. Олвакимов А. Г. Анализ пассивной связи пространственного шестизвенного механизма с вращательными парами // Изввестия высших учебных заведений. Машиностроение, 1970. -№ 2. — С.56–61.
2. Олимов К. Т. и др. Возможности снижения динамических нагрузок в циклических механизмах швейных машин при изготовлении на них национальных одежд типа «Чапон». — В кн.: Тез. докл. Узбекистон Республикаси халк хужалиги тармокларида ресурсларни ва энергияни тежаш муаммолари буйича илмий-амалий конференция. — Бухара, 1993.
3. Расулов М. М. и др. Определение коэффициента демпфирования механизма иглы швейных машин. — В кн.: Тез. докл. Научно практической конференции «Пахта тозалаш, тукимачилик ва енгил саноатларининг техника ва технологиясини такомиллаштириш». — ТИТЛП, Ташкент, 1996.
4. Рахмонов И. М. и др. Анализ работы механизма с накопителем энергии с силовым замыканием. — В кн.: Материалы Республиканской научно-практической конференции «Восточный костюм — источник творчества дизайнеров». — Ташкент, 1998
5. Рахмонов И. М. и др. Конструктивное решение по снижению сил сопротивлений циклических механизмов. — В кн.: Материалы научно-теоретической конференции «Истоклол-5". — Навои, 1996.
6. Рахмонов И. М. и др. Пути снижения коэффициента демпфирования механизма иглы швейной машины. — В кн.: Тез. докл. Научно-практической конференции «Пахта тозалаш, тукимачилик, ва енгил саноатларининг техника ва технологиясини такомиллаштириш». — ТИТЛП, Ташкент, 1996.
7. Рахмонов И. М. и др. Результаты исследований механизма иглы швейной машины с упругим накопителем энергии. — В кн.: «Пахта тозалаш, тукимачилик, енгил ва озик-овкат саноатларининг техника ва технология муаммолари» Республика илмий-назарий анжуманнинг илмий маколалар туплами. — Бухара, 1997.
8. Рахмонов И. М. и др. Экспериментальное определение частоты собственных колебаний головки швейных машин. — В кн.: «Пахта тозалаш, тукимачилик, енгил ва озик-овкат саноатларининг техника ва технология муаммолари». Республика илмий-назарий анжуманнинг илмий маколалар туплами. — Бухара, 1997.
