Fakulta strojní
Katedra textilních a jednoúčelových strojů Studijní rok:2007/2008
Studijní program: M 2301 Strojní inženýrství
Obor: 2302 T010 Konstrukce strojů a zařízení Zaměření: Textilní stroje
Analýza a optimalizace dynamického chování šicího stroje DECO 2000
The analysis and optimalization of the dynamic behaviour sewing machinery DECO 2000
Bc. Karel Pejchar
KTS – M246
Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Jaroslav Beran, Csc.
Konzultant diplomové práce: Ing. Martin Konečný, Ph.D.
Počet stran: 80 Počet příloh: 6
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Anotace:
Tato diplomová práce se zabývá popsáním hlavních mechanismů šicích strojů. Dále bylo experimentálními metodami zjišťováno chování šicího stroje DECO 2000 firmy AMF REECE. Bylo zjištěno rozložení intenzity zvuku v okolí stroje a měřeno zrychlení vybraných komponent. Byl analyzován vybraný mechanismus s cílem snížit vibrace a hluk stroje. Byla provedena analýza vačky jehelního mechanismu. Proběhla úprava rozložení hmoty s cílem snížit nevyváženost vačky a upravila se její zdvihová závislost.
Původní sinusová vačka se nahradila vačkou bezrázovou. Výsledky byly ověřeny pouze teoreticky.
Anotation
This diploma work is engaged in description of main mechanisms sewing machines.
After the behaviour sewing machinery DECO 2000 of company AMF REECE was found. It was found distribution of intensity sound round machinery and it was measured acceleration of choice component. Choice mechanism was analyzed with the goal to reduce vibration and noise. It was done analysis cam of needle mechanism.
Modification of design was done for reduce evenness of cam and it was adjusted lift dependence. Original sinusoidal cam was replaced by reflexless cam. Results were tested only in theory.
_____________________________________________________________________________________
Prohlášení
Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
Datum:
_____________________________________________________________________________________
Declaration
I have been notified of the fact that Copyright Act No. 121/2000 Coll. applies to my thesis in full, in particular Section 60, School Work
I am fully aware that the Technical University of Liberec is not interfering in my copyright by using my thesis for the internal purposes of TUL.
If I use my thesis or grant a licence for its use, I am aware of the fact that I must inform TUL of this fact; in this case TUL has the right to seek that I pay the expense invested in the creation of my thesis to the full amount.
I compiled the thesis on my own with the use of the acknowledges sources and on the basis of consultation with the head of the thesis and a consultant.
Date:
Signature:
_____________________________________________________________________________________
Poděkování:
Touto cestou bych chtěl poděkovat Doc. Ing. Jaroslavu Beranovi, Csc. za čas, trpělivost a ochotu strávenou nad konzultacemi mé diplomové práce. Dále bych chtěl poděkovat Ing. Martinu Konečnému, Ph.D. za pomoc při sestavení výpočtového modelu.
Největší dík patří mým rodičům, kteří mě během celého studia podporovali a bez jejichž pomoci bych nemohl studium absolvovat.
_____________________________________________________________________________________
Seznam použitých symbolů:
Označení Název Jednotky
F celková síla pružin [N]
F11, F15 síla jednotlivých pružin [N]
k tuhost pružin [N/mm]
x posuv [mm]
mn hmotnost nevývahy [kg]
l excentricita [mm]
ψ úhel natočení vačky [rad], [°]
ω úhlové zrychlení [rad/s], [°/s]
γ úhlové natočení vačky [rad], [°]
y zdvih [mm]
v rychlost [mm/s]
a zrychlení [mm/s2]
h výška zdvihu [mm]
α konečný úhel natočení vačky [rad], [°]
Cn konstanty polynomické vačky [-]
Ω úhlová rychlost dvouramenné páky [rad/s], [°/s]
ε úhlové zrychlení dvouramenné páky [rad/s2], [°/s2]
δ ráz (impulz) [rad/s3], [°/s3]
g gravitační zrychlení [mm/s2]
_____________________________________________________________________________________
Obsah
1. Úvod ... - 9 -
2. Rešerše hlavních mechanismů šicí strojů ... - 9 -
2.1. Rozdělení šicích strojů ... - 9 -
2.2. Používané mechanismy šicích strojů ... - 14 -
2.2.1. Mechanismy hlavního pohybu jehly ... - 14 -
2.2.2. Mechanismy doplňujícího pohybu ... - 16 -
2.2.3. Mechanismy podávání šicího materiálu ... - 17 -
2.2.4. Mechanismy pro podávání šitého materiálu ... - 18 -
2.2.4.1. Mechanismus pro podávání šitého materiálu se spodním podáváním ... - 19 -
2.2.4.2. Mechanismus šicích strojů s vrchním podáváním ... - 19 -
2.2.4.3. Mechanismus šicích strojů se spodním a jehlovým podáváním ... - 20 -
2.3. Mechanismy stehotvorného ústrojí ... - 21 -
2.3.1. Člunkový zachytávač pro vázaný steh ... - 21 -
2.3.2. Kývavé a volné chytače pro vázaný steh ... - 21 -
2.3.3. Rotační chytače ... - 22 -
3. Popis šicího stroje DECO 2000 ... - 24 -
3.1. Technické podmínky stroje DECO 2000 ... - 25 -
4. Experimentální analýza chování šicího stroje ... - 27 -
4.1. Úvod do experimentální analýzy ... - 27 -
4.2. Mapování zvukového pole v blízkosti šicího stroje ... - 27 -
4.2.1. Použitá aparatura ... - 27 -
4.2.2. Popis měření... - 28 -
4.2.3. Výsledky měření a vyhodnocení ... - 28 -
4.3. Měření a vyhodnocení zrychlení vybraného mechanismu ... - 32 -
4.3.1. Použitá aparatura ... - 32 -
4.3.2. Popis měření... - 32 -
4.3.3. Výsledky měření a vyhodnocení ... - 33 -
5. Dynamická analýza chování vybraného mechanismu šicího stroje. ... - 39 -
_____________________________________________________________________________________
5.3.1. Hmotnostní parametry stávající vačky ... - 44 -
5.3.2. Analýza zdvihové závislosti ... - 47 -
5.4. Popis sestavení výpočtového modelu jehelního mechanismu ... - 49 -
5.5. Kinematické a dynamické chování jehelního mechanismu ... - 51 -
5.6. Citlivostní analýza přesnosti uložení kinematické dvojice vačka – rolnička - 60 - 6. Optimalizace jehelního mechanismu ... - 62 -
6.1. Vyvážení vačky ... - 62 -
6.1.1. Postup výpočtu ... - 62 -
6.1.2. Citlivostní analýza ... - 63 -
6.1.3. Optimalizace vačky a její výsledky ... - 65 -
6.2. Optimalizace zdvihové závislosti ... - 67 -
6.2.1. Určení vstupních hodnot pro syntézu bezrázové vačky ... - 67 -
6.2.2. Sestavení rovnic pro řešení bezrázové vačky a jejich řešení ... - 69 -
6.2.2.1. Bezrázová vačka pro oblast I ... - 70 -
6.2.2.2. Bezrázová vačka pro oblast II ... - 71 -
6.2.3. Vyhodnocení nově navržené zdvihové závislosti a její úprava ... - 73 -
7. Závěr ... - 77 -
8. Použitá literatura ... - 79 -
9. Seznam příloh ... - 80 -
_____________________________________________________________________________________
1. Úvod
Snaha mechanizovat proces šití a tím i oděvní výrobu se začíná projevovat výrazněji od 50. let 18. století a už v roce 1845 byl vynalezen první šicí stroj využitelný pro hromadnou výrobu Eliášem Howem. Stroj prováděl dvounitný vázaný steh, využíval Kremsovu jehlu a lodičkový člunkový podávací systém. Základním výrobním prostředkem dnešních konfekčních dílen je spolehlivý výkonný průmyslový šicí stroj, který má různé provedení a konstrukci.
Šicí stroj od svého počátku uchovává základní myšlenku, a to spojení dvou anebo více vrstev materiálu šitím. Funkce šicího stroje spočívá v provázání základního spojovaného materiálu materiálem spojovacím určitým stehem a jeho následné opakování tvoří vzájemné spojení materiálu. Dnešní šicí stroj slouží od běžného používaného výrobního nástroje pro osobní potřebu až po velkosériovou výrobu. Tento fakt přinutil výrobce šicích strojů značně rozšířit škálu druhů vyráběných šicích strojů a to od domácích strojů pro univerzální použití až po stroje vysoce jednoúčelové průmyslové.
Dnešním trendem vývoje šicích strojů je snižování šicích časů v šicím procesu a zvyšování produktivity tohoto procesu. Dalším parametrem dnes vyráběných šicích strojů je například tichý chod, minimální chvění, dlouhá životnost použitých
mechanismů a snadná obsluha stroje. [1]
Podstatou této diplomové práce je teoretické zpracování hlavních mechanismů šicích strojů, dále pak analyzovat stroj DECO 2000 pomocí experimentálních metod.
Poté bude vybrán mechanismus, jenž bude analyzován teoreticky. Cílem této práce bude snížení vibrací a hluku.
2. Rešerše hlavních mechanismů šicí strojů
2.1. Rozdělení šicích strojů A. Všeobecné rozdělení A.1 podle účelu použití
• šicí stroje pro domácnost
_____________________________________________________________________________________
• lehké šicí stroje
• střední šicí stroje
• těžké šicí stroje A.3 podle vykonávané operace
• sešívací, obrubovací, lemovací
• tužící, zapošívací
• vyšívací, ažurovací, tamburovací
• obnitkovací
• podrážecí, stehovací
• na obšívání knoflíkových dírek
• na přišívání prvků
• na tvarové šití A.4 podle použití v odvětví
• průmyslové šicí stroje na šití prádla
• průmyslové šicí stroje na svrchní oděvy
• průmyslové šicí stroje obuvnické
• průmyslové šicí stroje rukavičkářské
• průmyslové šicí stroje kloboučnické
B. technické rozdělení
B.1 podle umístění hlavy stroje na pracovní desce stolu
(hlava šicího stroje dle ČSN 81 7021 je základní deska a rameno šicího stroje)
• umístění boční (hlavní hřídel šicího stroje je rovnoběžný s delší hranou stolu)
• umístění čelní (hlavní hřídel šicího stroje je kolmý na delší hranu stolu) B.2 podle tvaru spodního ramene a nákladové desky
• ploché průmyslové šicí stroje (obr. 2.1-1)
• sloupové průmyslové šicí stroje (obr. 2.1-2)
• se spodním ramenem přímým (obr. 2.1-3)
• se spodním ramenem lomeným (obr. 2.1-4)
• skříňové (obr. 2.1-5)
• zvláštního tvaru (obr. 2.1-6)
_____________________________________________________________________________________
Obr. 2.1-1 Obr. 2.1-2
Obr. 2.1-3 Obr. 2.1-4
Obr. 2.1-5 Obr. 2.1-6
B.3 podle úrovně hlavy šicího stroje
• na úrovni desky stolu (obr. 2.1-7)
• vyvýšené (obr. 2.1-8)
• zapuštěné (obr. 2.1-9)
_____________________________________________________________________________________
Obr. 2.1-7 Obr. 2.1-8 Obr. 2.1-9
B.3 podle prováděného druhu stehu
• průmyslové šicí stroje s jednonitným řetízkovým stehem
• průmyslové šicí stroje se stehem ručním
• průmyslové šicí stroje s dvounitným a vícenitným vázaným stehem
• průmyslové šicí stroje s vícenitným řetízkovým stehem
• průmyslové šicí stroje s obnitkovacím stehem
• průmyslové šicí stroje s krycím stehem
• průmyslové šicí stroje s jednonitným vázaným stehem
• průmyslové šicí stroje se zajišťovacími stehy B.4 podle počtu jehel
• jednojehlové
• dvou a vícejehlové B.5 podle počtu nití
• jednonitné
• dvounitné a vícenitné B.6 podle délky vyložení ramene
• průmyslové šicí stroje s krátkým ramenem
• průmyslové šicí stroje s normálním ramenem (l =1- 275mm) (obr. 2.1-10)
• průmyslové šicí stroje s prodlouženým ramenem (l = 1-1000mm) (obr. 2.1-11)
_____________________________________________________________________________________
Obr. 2.1-10 Obr. 2.1-11
B.7 podle sklonu ramene
• kolmé (obr. 2.1-12)
• šikmé (obr. 2.1-13)
Obr. 2.1-12 Obr. 2.1-13
B. 8 s přihlédnutím k umístění těžiště stroje z hlediska obsluhy
• v provedení pravém (obr. 2.1-14)
• v provedení levém (obr. 2.1-15)
Obr. 2.1-14 Obr. 2.1-15
B. 9 podle počtu otáček
_____________________________________________________________________________________
B. 10 podle stupně automatizace
• bez automatizačních prvků
• s automatizačními prvky [9]
2.2. Používané mechanismy šicích strojů
Každý domácí šicí stroj klasického provedení se skládá z těchto základních částí:
• ústrojí pohybu jehly
• ústrojí podávání šicího materiálu
• ústrojí pro podávání šitého materiálu
• ústrojí pro zachytávání smyčky
• přítlačné ústrojí
• ústrojí pro pohon stroje [10]
2.2.1. Mechanismy hlavního pohybu jehly
Mechanismy určené pro pohyb jehly musí splňovat všechny požadavky, které jsou zapotřebí pro správnou tvorbu stehu. Jehlový mechanismus je ve většině případů svázán s ostatními mechanismy a ústrojími šicího stroje, které se na tvorbě stehu podílejí. Šicí jehla propichuje šitý materiál a při zpětném pohybu jehly se tvoří očko, které zachytává stehotvorné ústrojí. Jehla koná přímočarý vratný pohyb buď po přímkové nebo obloukové dráze, tomuto pohybu říkáme hlavní pohyb. Pro další druhy stehu může jehla konat další doplňující pohyby. Přímočarý vratný pohyb jehly může být realizován pomocí různých způsobů řešení mechanismu. Jedním z nich je mechanismus s dvouramennou pákou obr. 2.2.1-1 (poz. 5), která má otočný bod uložen v kulovém čepu (poz. 6) uloženého k rámu stroje. Pohyb na páku je přenášen pomocí ojnice (poz.
7) z výstředníku zalomeného hřídele (poz. 8), na kterou je připojen zdroj pohybu.
Unášeč (poz. 3) jehlové tyče (poz. 2) je veden pomocí kluzných pouzder (poz. 9) a přenesení pohybu dvouramenné páky na jehlovou tyč je realizován pomocí malé ojnice
(poz. 4). [1]
_____________________________________________________________________________________
Obr. 2.2.1-2 Schéma mechanismu s dvouramennou pákou
Dalším způsoben realizace daného pohybu je mechanismus s kývavým hřídelem obr. 2.2.1-3. Kývavý hřídel (poz. 1) je uložen v horní části ramene stroje a je na obou koncích ukončen pákami (poz. 3 a 5). Pohyb pravé páky je dán z výstředníku hlavního hřídele (poz. 4) přes ojnici (poz. 2). Na unášeči jehelní tyče (poz. 8) přenáší pohyb levá páka (poz. 5) přes malou ojnici (poz. 6). [1]
_____________________________________________________________________________________
Klikový mechanizmus na obrázku 2.2.1-3 je jedním z nejčastějších řešení. Jedná se o centrický mechanismus, kde se hlavní hřídel (poz. 1) otáčí konstantními otáčkami.
Pohyb jehelní tyče (poz. 7) je realizován přes kliku (poz. 3) a ojnici (poz. 4). Jehelní tyč je vedena v pouzdrech (poz. 8). Pro snížení hlučnosti a vibrací je ojnice vedena pomocí
kamene (poz. 10) ve vedení (poz. 9). [1]
Obr. 2.2.1-5 Mechanismu s centrickým klikovým mechanismem
2.2.2. Mechanismy doplňujícího pohybu
Jehla může konat nejen přímočarý vratný pohyb ve vertikálním směru, ale navíc je žádoucí, aby se vykývla ve směru šití, čímž umožní kvalitnější podávání obou vrstev materiálu. Toto podávání nazýváme jehlovým podáváním. Jedním ze způsobů uspořádání mechanismu s výkyvem jehly je uvedeno na obrázku 2.2.2-1. Jehlová tyč (poz. 1) je uložena v držáku jehelní tyče (poz. 2), který se vykyvuje kolem jehelní tyče.
Tento doplňkový pohyb je vyvozen pomocí hřídele jehlového podávání (poz. 8), na kterém je upevněna klika (poz. 7) s kamenem (poz. 5), který je veden v drážce (poz. 4).
[1]
_____________________________________________________________________________________
Obr. 2.2.2-1 Mechanismus výkyvu jehly
2.2.3. Mechanismy podávání šicího materiálu
Účelem těchto mechanismů je přivádění nitě k místu, kde se zpracovává. Při šití uvolňuje a napíná nit. Práce niťového mechanismu je závislá na druhu prováděného stehu. Na jeho správné funkci je závislá kvalita stehu a jeho správné utažení. Hlavní charakteristikou tohoto mechanismu je pohyb očka niťové páky, které sleduje předepsanou trajektorii. Nejčastěji používaným mechanismem u šicích strojů je mechanismus niťové páky jako rameno kloubového mechanismu. Tyto mechanismy jsou technologicky výrobně jednoduché a nenáročné na údržbu. Jedním z těchto druhů mechanismů pro podávání šicího materiálu je znázorněn na obrázku 2.2.3-1. Dráha pohybu niťového očka je uzpůsobena potřebám niti chapače. U tohoto mechanismu je na hlavním hřídeli (poz. 1) stroje upevněna hlava kliky (poz. 2), v nichž je pevně uložen čep (poz. 3), na němž je uloženo kuličkové ložisko a niťová páka (poz. 5) s horním okem (poz. 6) a jehelní tyčí (poz. 8). Druhé oko (poz. 9) niťové páky (poz. 5) je rovněž opatřeno ložiskem a uloženo na čepu (poz. 11) zvedací páky (poz. 12), která je se svým
_____________________________________________________________________________________
Obr. 2.2.3-1 Mechanismus pro podávání šicího materiálu
U starší konstrukce šicích strojů byly používány mechanismy pro podávání šicího materálu např.: vačkové mechanismy a jehelní tyč jako podavač šicího materálu.
2.2.4. Mechanismy pro podávání šitého materiálu
Pro vytvoření stehu je nutné posunout šitý materiál ve směru šití o určitou vzdálenost – tuto vzdálenost nazýváme délkou stehu. Pro posunutí šitého materiálu se používají mechanismy různých konstrukcí, které jsou závislé na konkrétním použití stroje. Princip funkce jednoho klasického ponorného zoubkového podavače je znázorněn na následujícím obrázku 2.2.4-1.
Obrázek 2.2.4-1 Zoubkový podavač
V první fázi (a) dochází k přítlaku šitého materiálu na odpruženou patku vlivem zdvihu zoubkového podavače. V druhé fázi (b) dochází k posuvu šitého materiálu ve
_____________________________________________________________________________________
směru šití, ve fázi (c) se zoubkový podavač vrací do původní výšky svého vynoření pod desku a v poslední fázi (d) se podavač vrací do výchozí polohy. Trajektorie takového podavače má obdélníkový tvar, ale v praxi tento průběh je jen těžko dosažitelný, proto
se používá spíše průběh elipsovitý. [1]
2.2.4.1.Mechanismus pro podávání šitého materiálu se spodním podáváním
Jedná se o nejrozšířenější podávání pro ploché šicí stroje. Základní představu jednoho ze způsobů tohoto druhu podávání je uveden na obrázku 2.2.4.1-1. Tento mechanismus se skládá ze tří částí a to z mechanismu podavače, mechanismu udávajícímu pohyb podavače a zařízení regulující pohyb podavače ve směru šití, tedy délku stehu. Natočení hřídele (poz. 5 a poz. 3) jsou svázány a vytvářejí kývavý pohyb, čímž podavač (poz. 6) vytváří elipsovitou obálku. Nevýhodou tohoto mechanismu je kluzné uložení mezi pákou (poz.4) a držákem podavače (poz. 2), kdy v tomto uložení může vzniknout vůle, která způsobí vznik nežádoucích vibrací a hluku a také nepřesnost mechanismu. Další typy se liší drobnými konstrukčními úpravami , jako například podávací mechanismus se spojovací ojničkou nad zdvihací pákou a pod zdvihací pákou.
[1]
Obr. 2.2.4.1-1 Podávací mechanismu s vidlicí
2.2.4.2.Mechanismus šicích strojů s vrchním podáváním
Tyto podavače jsou méně častější než předchozí podavače se spodním podáváním.
Jedním takovým mechanismem je podávání s přítlačnou patkou zobrazen na obrázku
_____________________________________________________________________________________
vertikálním směru. Uhlová páka vykonává kývavý pohyb, kde je konec této páky
spojený s přítlačnou pružinou. [1]
Obr. 2.2.4.2-1 Mechanismus pro vrchní podávání
2.2.4.3.Mechanismus šicích strojů se spodním a jehlovým podáváním Mechanismy se spodním a jehlovým podáváním zvyšují spolehlivost podávání a zkvalitňují ho. Jehla ve spodní poloze zapíchnutá v šitém materiálu nedovolí prokluzu nebo posuvu mezi jednotlivými vrstvami a současně napomáhá podavači s posuvem materiálu. Princip mechanismu typického pro tyto operace je znázorněn na obrázku 2.2.4.3-1. Natáčení jehelní tyče je realizováno pomocí držáku jehelní tyče, který se natáčí a pomocí regulačního zařízení pro regulaci délky výkyvu jehly ve směru podávání se mění délka stehu, resp. délka výkyvu. [1]
_____________________________________________________________________________________
Obrázek 2.2.4.3-1 Mechanismus spodního a jehlového podávání
2.3. Mechanismy stehotvorného ústrojí
Stehotvorné ústrojí slouží k zachycení smyčky vrchní šicí nitě a její provázání s nití spodní. Aby se vytvořil steh, musí se smyčka vrchní nitě nejdříve zachytit a pak zpracovat. Toto zpracování je různé podle volby stehu. [10]
2.3.1. Člunkový zachytávač pro vázaný steh
Člunkové zachytávače smyčky patří k jedním z nejstarších principů. Člunkové zachytávače dělíme podle toho, jestli konají přímočarý pohyb, či jestli konají pohyb po obloukové dráze, dále podle provedení na otevřené nebo uzavřené. [10]
2.3.2. Kývavé a volné chytače pro vázaný steh
Kývavé horizontální chytače jsou nejběžnějším představitelem chytačů s centrickou cívkou. Chapače tohoto druhu jsou poháněny unášečem ve tvaru dvojramenné páky
_____________________________________________________________________________________
a - hrot chapače zachytil smyčku jehlové nitě
b- smyčka se rozšiřuje a tahaná skrz těleso chapače a přes pouzdro s cívkou
c - smyčka se přesmykla přes pouzdro s cívkou a dochází ke změně pohybu chapače d - smyčka se zkracuje a opouští pouzdro s cívkou, aby se utáhla [10]
[
Obrázek 2.3.2-1 Kývavá podavač
2.3.3. Rotační chytače
Rotační chytače vystřídali chytače kývavé. Konstrukce tohoto chytače je podobná předchozímu provedení, ale jeho funkce má lepší předpoklady ke zvyšování otáček stroje vlivem charakteru rotačního pohybu. Konstrukce tohoto provedení může byt jak horizontální tak vertikální. Princip činnosti tohoto druhu chytače je uveden na obrázku 2.3.3-1. Na obrázku je znázorněno šest fází nutných pro tvorbu vázaného stehu.
V první fázi (obr. 2.3.3-1-a) se jehla zabodne do šitého materiálu, hrot chapače je před dolní polohou, niťová páka klesá dolu a podavač materiálu dokončuje posuv a klesá dolu. Ve druhé fázi (obr. 2.3.3-1-b) jehla dosahuje dolní úvrati, hrot chapače se přibližuje k jehle, niťová páka klesá dolu a uvolňuje nit a podavač materiálu dokončil pohyb směrem dolu. Ve třetí fázi (obr. 2.3.3-1-c) se jehla začíná vracet do horní polohy, hrot chapače zachytává smyčku nitě, niťová páka se pohybuje směrem nahoru a podavač se pohybuje vodorovně pod stehovou deskou. Ve čtvrté fázi (obr. 2.3.3-1-d) se
_____________________________________________________________________________________
jehla stále pohybuje směrem nahoru, chapač přehazuje kličku vrchní nitě přes cívku spodní nitě, niťová páka se začíná pohybovat směrem nahoru a podavač se začíná pohybovat směrem nad stehovou destičku. V páté fázi (obr. 2.3.3-1-e) ukončila jehla pohyb směrem nahoru, chapač je v poloze před dokončením pohybu doprava, niťová páka se pohybuje nahoru, aby vytáhla niť z chapače a podavač je nad stehovou destičkou. V poslední šesté fázi (obr. 2.3.3-1-f) se jehla začíná pohybovat směrem dolu, hrot chapače se začíná vracet, niťová páka je ve své nejvyšší poloze, podavač materiálu začíná posouvat šitý materiál a vyrovnávací pružina napětí napne nit. [9]
_____________________________________________________________________________________
3. Popis šicího stroje DECO 2000
Stroj DECO 2000 je vyráběn firmou AMF Reece, která tento stroj vyvinula v USA.
Dekorativní šicí stroj DECO 2000 byl vyvinut tak, aby v maximální možné míře nahrazoval vzhled ručního šití a umožňoval velký výběr stehů.
Obrázek 3-1 Stroj DECO 2000
Základní představa o stroji je zřejmá z obrázku 3-1. Rám stroje je svařenec skládající se z různých profilovaných plechů. K rámu je připevněna vlastní konstrukce stroje včetně pohonu. Na horní části rámu je uložena pracovní deska stroje. Systém, který umožňuje imitovat ruční steh, se nazývána plovoucí jehla. Jedná se o dvojitou jehlu se středovým okem, kterým prochází šicí materiál a tato jehla prochází přes šitý materiál z jedné jehelní tyče do druhé. Tímto způsobem vzniká steh s dokonalou pevností vyšší kvalitou a větší produktivitou než je tomu u ručního šití. Kvalita šitého díla je dosažena u všech standardních typů látek a to díky této přechodové jehle Na následujícím obrázku 3–2.a je vidět dvojitá jehla a její uchycení v jehelní tyči. Na
_____________________________________________________________________________________
obrázku 3-2.b je vidět jehelní tyč v dolní úvrati. Tato samá jehelní tyč se nalézá i pod pracovní deskou stolu a je zrcadlově otočená oproti této horní jehelní tyčí.
Obrázek 3-2.a Jehlová tyč Obrázek 3-2.b Jehlová tyč
Šicí stroj DECO 2000 je ovládán mikroprocesorem s grafickým dotykovým displejem. Dotykový displej umožňuje obsluze snadné a rychlé nastavení požadovaných parametrů, zejména nastavení požadovaného stylu stehu a rychlost šití. Další možností je i prohození hodnot horního a spodního stehu pomocí reverzního tlačítka umístěného na pracovní desce. Maximální rychlost šití je 500 stehů za minutu, což je cca 10x produktivnější než u ručního šití. Další výhodou tohoto stroje je možnost přesného polohování jehly. Operátor tedy může s jistotou začít proces šití od začátku a může rovněž polohovat jehlu v horní nebo dolní poloze pro navlékání nitě.
Aplikace: Okrajové šití - kabátů, sak a kapes
Standardní šití – sak, kabátů, dámských sak, límců, manžet na košilích a blůzkách
Dekorativní šití – všechny látkové svršky a kůže
3.1. Technické podmínky stroje DECO 2000
V následující tabulce 3.1-1 jsou obsaženy všechny důležité informace týkající se možností stroje, jeho výkonu, otáček, atd. Šicí stroj je v současné době provozován při režimu SPEED 380, tedy 190 ot/min vačky. Snahou výrobce stroje je zvýšit produktivitu a to přechod na režim SPEED 500, tedy 250 ot/min vačky. Stroj již při režimu SPEED 380 vykazuje podle vizuálního kontaktu značné vibrace a dle
_____________________________________________________________________________________
Tabulka 3.1-2 Technické parametry stroje DECO 2000
_____________________________________________________________________________________
4. Experimentální analýza chování šicího stroje
4.1. Úvod do experimentální analýzy
Šicí stroj je v současné době provozován v režimu SPEED 380. Snahou výrobce je stroj provozovat při režimu SPEED 500. Tohoto režim je možno dosáhnout bez dalších úprav stroje, ale celá konstrukce stroje vykazuje při tomto režimu značné vibrace a tedy i vysoké hladiny intenzity zvuku, které mohou být nepříjemné a dokonce i nebezpečné pro obsluhu stroje. Při režimu SPEED 500 dochází také k většímu opotřebení součástí stroje a tedy menší životnosti stroje. Experimentální analýzy mají za úkol stanovit hygienické zatížení stroje vzhledem k okolí a určit kritická místa stroje. účelu bylo provedeno měření intenzity zvuku a následného určení vážené hladiny hluku. Jako další bylo provedeno měření hodnot zrychlení jehelní tyče v závislosti na úhlu natočení hlavní vačky. Měřícími místy byla pevná část jehelní tyče a otevírač kleštin. Měření bylo provedeno jak na horní jehelní tyči, tak na dolní jehelní tyči.
4.2. Mapování zvukového pole v blízkosti šicího stroje
4.2.1. Použitá aparatura
Pro měření zvukového pole stroje byla použita aparatura firmy Brüel & Kjaer.
Názvy jednotlivých součástí měřící aparatury s doplňujícími informacemi jsou uvedeny v následující tabulce 4.2.1-1.
Aparatura Brüel & Kjaer
Měřidlo Výrobní číslo Platnost
ověření
Ověřovací
(kalibrační) list č. Třída přesnosti dvojkanálový
analyzátor 2148 1673636 1 - ČSN IEC 651
ČSN EN 60804 sonda intenzity
zvuku 3548 1662444
akustický kalibrátor
4230 1678794 20. 7. 2009 8012-KL-1260-07 1-ČSN EN 60942
_____________________________________________________________________________________
4.2.2. Popis měření
• Měřící aparatura byla nastavena na měření intenzity zvuku a justována pomocí kalibrační soupravy.
• Šicí stroj byl obklopen měřící sítí s dílčími plochami 100mm x 100mm. Svislá rovina ploch byla totožná s ohraňujícím kvádrem stroje. Vodorovná rovina plochy měřící kvádr uzavírá. Plochy byly vytyčeny vůdčí standardní pozici obsluhy na:
o Přední strana o Zadní strana o Levý bok o Pravý bok o Horní plocha
• Šicí stroj byl analyzován při pracovních režimech SPEED 380 a SPEED 500 v odkrytém stavu a při režimu SPEED 500 ve stavu zakrytovaném.
• Ve středu dílčích ploch sítě byla změřena hladina aktivní intenzity zvuku (složka vektoru ve směru zdroje) a hladina akustického tlaku.
• Pomocí softwaru byly v měřící síti stanoveny plochy se stálým rozpětím hladiny intenzity zvuku. Tyto plochy byly zobrazeny na pozadí fotografie měřeného objektu pro celkovou váženou hladinu hluku.
4.2.3. Výsledky měření a vyhodnocení
Na následujících grafech jsou uvedena typická spektra hladiny intenzity zvuku a hladiny akustického tlaku. Spektra byla stanovena na přední straně (v místě obsluhy) ve středu segmentu měřící plochy vytyčující polohu viditelné části stroje. Cílem je věrohodně stanovit působení hluku na obsluhu stroje.
_____________________________________________________________________________________
380 min-1 bez krytů
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k 4k 5k 6,3k 8k 10k Lin A
Frekvence 13-oct [ Hz ]
dB
Akustický tlak Intenzita zvuku Graf 4.2.3-1 Spektrum hladiny intenzity zvuku pro SPEED 380
500 min-1 bez krytů
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k 4k 5k 6,3k 8k 10k Lin A
Frekvence 1/3-oct [ Hz ]
dB
Akustický tlak Intenzita zvuku Graf 4.2.3-2 Spektrum hladiny intenzity zvuku pro SPEED 500 – bez krytů
_____________________________________________________________________________________
500 min-1 zakrytován
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k 4k 5k 6,3k 8k 10k Lin A
Frekvence 13-oct [ Hz ]
dB
Akustický tlak Intenzita zvuku
Graf 4.2.3-3 Spektrum hladiny intenzity zvuku pro SPEED 500 – se zakrytováním
Na grafu 4.2.3-3 je možné vidět dominantní amplitudu pro frekvenci f = 31,5Hz (pro zakrytovaný stroj), tato amplituda se projevuje i na grafu 4.2.3-1 a 4.2.3-2, ale je výrazná na frekvenci f = 40Hz (pro odkrytování). Bez ohledu na otáčku stroje je další výrazná amplituda při frekvenci f = 315Hz při odkrytovaném stavu. Zvýšenou hladinu má i frekvenční pásmo v okolí 1kHz pro režim SPEED 380 při a v rozsahu 1-2 kHz při nastavení SPEED 500. Rozdíl mezi hladinou intenzity zvuku a hladinou akustického tlaku je dán difúzností (odrazivostí) zvukového pole v laboratoři. Následující tabulka 4.2.3-1 ukazuje celkové vážené hladiny akustických výkonů stanovené na měřících plochách.
krytování
min-1 500 380 500
čelní 83,4 80,1 83,6
zadní 80,8 77,7 78,2
pravý bok 78,0 74,3 78,2
levý bok 76,8 73,4 75,7
horní 80,0 76,6 79,7
bez krytů
Tabulka 4.2.3-1 Vážené hladiny akustických výkonů
Z tabulky 4.2.3-1 plyne, že nejvyšší výkon je vyzařován z přední strany, tedy k obsluze stroje. Dále můžeme pozorovat, že použité zakrytování stroje zvyšuje hladinu akustického výkonu. Zakrytování je nutné pro bezpečnou práci na stroji, proto by bylo
_____________________________________________________________________________________
vhodné upravit konstrukci krytů, jejich tvar, materiálové složení a zvážit možnost použití zvukovo-izolačních materiálů.
Na následujícím obrázku 4.2.3-1 je vidět rozložení pole hladiny intenzity zvuku.
Tento obrázek znázorňuje stroj z přední strany při zakrytování pro SPEED 500.
Maximální hodnota hladiny intenzity zvuku je v rozsahu 89,5-90 dB. Umístění tohoto zdroje je v blízkosti uložení dvouramenné páky na rám. Tato dvouramenná páka přenáší kývavý pohyb generovaný vačkou na jehelní tyč přes kulisový mechanismus. Tento celý mechanismus bude dále podrobněji popsán v následujících kapitolách.
Obrázek 4.2.3 – 1 Rozložení hladiny intenzity zvuku – přední strana – SPEED 500 - zakrytované
Další obrázek zobrazuje rozložení pole hladiny intenzity zvuku na pravém boku pro zakrytovaný stav při režimu SPEED 500. Maximální hodnota intenzity zvuku je v rozsahu 85,5-86 dB. Umístění zdroje tohoto zvuku je v oblasti místa kontaktu rolničky dvouramenné páky s vačkou. Tento zdroj hluku může zapříčiňovat nevhodně navržená vačka mechanismu. Další možností můžou být vůle v uložení mezi vačkou a rolničkou dvouramenné páky. Vůle v uložení tohoto typu je nutná pro správnou funkci mechanismu, avšak vlivem opotřebení se může tato vůle zvětšovat a vnášet nežádoucí zdroje hluku a vibrací.
_____________________________________________________________________________________
Obrázek 4.2.3 – 2 Rozložení hladiny intenzity zvuku – pravý bok – SPEED 500 – zakrytované
Další znázornění rozložení zvukového pole je uvedeno v příloze č. 1.
4.3. Měření a vyhodnocení zrychlení vybraného mechanismu
4.3.1. Použitá aparatura
Pro snímání hodnot zrychlení bylo použito piezoelektrického čidla od firmy Brüel & Kjaer typu 4520 s integrovaným nábojovým zesilovačem, technické parametry tohoto snímače jsou uvedeny v příloze č.3. Pro zpracování naměřených hodnot byla použita ústředna firmy HBM s názvem MGCplus. Pro snímání úhlu natočení hlavního vačkového hřídele bylo použito inkrementálního rotačního snímače IRC 305 od firmy LARM a.s, Netolice, technické parametry snímače jsou uvedeny v příloze č.4.
4.3.2. Popis měření
Měření zrychlení bylo provedeno na mechanismu jehelní tyče. Rozmístění měřících míst je vidět na obrázku 4.3.2-1. Měření bylo provedeno pro režimy SPEED 380 a SPEED 500. Měřené místo bylo očištěno pomocí lihu, byl nanesen vosk na snímač zrychlení a snímač přilepen na místo určené pro snímání hodnot zrychlení. Na hlavní hřídel vačkového mechanismu udávající pohyb jehelní tyče bylo připevněno inkrementální čidlo snímající polohu natočení vačky. Celkem byli určeny 4 místa pro
_____________________________________________________________________________________
snímání hodnot zrychlení. 1.místem je otevírač kleštin vrchní jehelní tyče, 2. místem je objímka horní jehelní tyče, 3. místem je objímka spodní jehelní tyče a 4. místem je otevírač kleštin spodní jehelní tyče.
Obrázek 4.3.2-1 Rozmístění snímačů zrychlení
4.3.3. Výsledky měření a vyhodnocení
Naměřené průběhy zrychlení byly vyhodnoceny v závislosti na čase a v závislosti na pootočení vačky. Následně byly porovnány záznamy:
• Průběh zrychlení horního otevírače kleštin a jehelní tyče
• Průběh zrychlení horní a dolní jehelní tyče
• Průběh zrychlení dolního otevírače kleštin a jehelní tyče
• Průběh zrychlení horní a dolní jehelní tyče bez funkce otevírače kleštin
V následujících tabulkách 4.3.3-1 – 4.3.3-5 jsou uvedeny maximální a minimální hodnoty zrychlení pro jednotlivá místa měření v režimu SPEED 380 a SPEED 500.
_____________________________________________________________________________________
Měření místa 1 a 2 Zrychlení horního otevírače kleštin
(m.s-1)
Zrychlení horní jehelní tyče
(m.s-1) Minimální
hodnota SPEED 380 -4908,1 -3637,6
SPEED 500 -4832,7 -5530,3
Maximální hodnota
SPEED 380 6951,2 2039,5
SPEED 500 9589,3 3767,0
Tabulka 4.3.3-1 Měřící místa 1 a 2
Měření místa 2 a 3 Zrychlení dolní jehelní tyče
(m.s-2)
Zrychlení horní jehelní tyče
(m.s-2) Minimální
hodnota
SPEED 380 -1762,9 -4545,1
SPEED 500 -3305,6 -5322,7
Maximální
hodnota SPEED 380 1742,1 2863,1
SPEED 500 1965,0 3407,2
Tabulka 4.3.3-2 Měřící místa 2 a 3
Měření místa 3 a 4 Zrychlení dolního otevírače kleštin
(m.s-2)
Zrychlení dorní jehelní tyče
(m.s-2) Minimální
hodnota
SPEED 380 -2663,9 -2245,2
SPEED 500 -2938,0 -3563,7
Maximální
hodnota SPEED 380 2007,9 1119,4
SPEED 500 2707,3 2463,4
Tabulka 4.3.3-3 Měřící místa 3 a 4 Měření místa 2 a 3
Filtr 1000 Hz
Zrychlení dolní jehelní tyče (bez funkce otevírače kleštin)
(m.s-2)
Zrychlení horní jehelní tyče (bez funkce otevírače kleštin)
(m.s-2) Minimální
hodnota SPEED 380 -767,0 -1833,7
SPEED 500 -1510,7 -2288,7
Maximální
hodnota SPEED 380 500,0 2258,8
SPEED 500 757,7 2627,1
Tabulka 4.3.3-4 Měřící místa 2 a 3 – filtr 1000Hz
_____________________________________________________________________________________
Měření místa 2 a 3 Filtr 40 Hz
Zrychlení dolní jehelní tyče (bez funkce otevírače kleštin)
(m.s-1)
Zrychlení horní jehelní tyče (bez funkce otevírače kleštin)
(m.s-1) Minimální
hodnota SPEED 380 -243,0 -254,4
SPEED 500 -347,7 -386,2
Maximální hodnota
SPEED 380 193,9 208,1
SPEED 500 289,5 304,0
Tabulka 4.3.3-5 Měřící místa 2 a 3 – filtr 40Hz
Naměřené hodnoty v tabulce 4.3.3-4 a 4.3.3-5 byli filtrovány pomocí hornopropustního filtru, u kterého byli nastaveny hodnoty filtrace na 1000Hz a 40Hz.
Toto filtrování přineslo odstranění vysokofrekvenčních vlivů a tedy vyhlazení záznamu.
Při filtrování s hodnotou 40Hz dostáváme téměř teoretický průběh zrychlení jehelní tyče, který je generován od vačkového mechanismu přes dvouramennou páku a kulisový mechanismus. Z grafu 4.3.3-1 jsou patrná rázová zatížení jehelních tyčí. Tyto rázy jsou generovány vlivem funkce otevírače kleštin a jeho uvedením do provozu, dále vůlemi, které jsou obsaženy v celém kinematickém řetězci. Vůle v jednotlivých kinematických vazbách jsou potřebné pro správnou funkci celého mechanismu, pro jeho možnost smontovatelnosti a pro snížení třecích sil mezi jednotlivými plochami, ale přinášejí i značné rázové zatížení. Vůle jsou obsaženy zejména mezi vačkou a rolničkou dvouramenné páky, dále pak v uložení dvouramenné páky na rám, v kulisovém mechanismu mezi kamenem uloženém na dvouramenné páce a vedením kulisy připevněné na jehelní tyče. Dalším zdrojem rázového zatížení může být nevhodně navržená zdvihová závislost vačky. Tato možnost vzniku rázů bude popsána v dalších kapitolách. Na následujících dvou grafech 4.3.3-1 a 4.3.3.-2 je vidět značný rozdíl mezi hodnotami zrychlení horní jehelní tyče a kleštin . Tento rozdíl může být způsoben rozdílným seřízením horní a dolní jehelní tyče. Dalším důvodem může být působení gravitačního zrychlení, které je vzhledem k orientaci jehelních tyčí pootočen o 180°.
Maximální a minimální hodnoty zrychlení naměřené na stroji jsou mnohonásobně vyšší, než jsou teoretické hodnoty získané z dodaných dat geometrie, které budou dále prezentovány v další kapitole.
_____________________________________________________________________________________
Graf 4.3.3-1 Průběhu zrychlení pro SPEED 500 horní jehelní tyče a horního otevírače kleštin
-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360
zrychlení otvírač kleštin horní - SPEED 500zrychlení jehelní tyč horní - SPEED 500
_____________________________________________________________________________________
-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360
zrychlení otvírač kleštin dolní - SPEED 500zrychlení jehelní tyč dolní - SPEED 500
_____________________________________________________________________________________
Graf 4.3.3-2 Průběhu zrychlení pro SPEED 500 horní jehelní tyče pro různé filtry
Graf 4.3.3-3 představuje záznam zrychlení horní jehelní tyče s otevíračem kleštin s hornopropustním filtrem 1000Hz, pak bez otevírače kleštin s filtrem 1000Hz a
-750 -675 -600 -525 -450 -375 -300 -225 -150 -75 0 75 150 225 300 375 450 525 600 675 750
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360
zrychlení jehelní tyč horní - SPEED 500 (filtr 1000 Hz)zrychlení jehelní tyč horní bez otvírače - SPEED 500 (filtr 1000 Hz)zrychlení jehelní tyč horní bez otvírače - SPEED 500 (filtr 40Hz)
_____________________________________________________________________________________
40Hz. Záznam s filtrem 40Hz je velice podobný teoretickému průběhu, který je uveden v dalších kapitolách. Další záznamy zrychlení jsou uvedeny v příloze č. 2.
5. Dynamická analýza chování vybraného mechanismu šicího stroje.
5.1. Jehelní mechanismus
Pro dynamickou analýzu a optimalizaci byl vybrán jehelní mechanismus. Výběr tohoto mechanismu pro analýzu byl podmíněn předchozími měřeními, která poukazovala na tento uzel šicího stroje. Dle předchozích měření je zřejmé, že tento konstrukční uzel je značně dynamicky zatěžován, vykazuje značné rázové zatížení a vysoké hodnoty hluku. Tyto problémy budou dále analyzovány a v souladu s technologickými podmínkami šicího stroje řešeny. Jehelní mechanismus je zobrazen na obrázku 5.1-1. Mechanismus se skládá z rámu stroje (poz. 1) (namodelován pouze ilustrativně), na rám je fixována hřídel (poz. 9), na kterou je rotačně uložena dvouramenná páka (poz. 3) pomocí kluzných pouzder. Na jedné straně je dvouramenná páka osazena čepem, na který je uložena rolnička (poz. 4). Tato rolnička je na čep uložena s přechodným uložením. Rolnička je vedena pomocí drážky ve vačce (poz. 2).
Pohon této vačky je dám od asynchronního 3-fázového motoru o výkonu 0,37kW přes klínový řemen. Druhá strana dvouramenné páky je osazena kamenem, který je veden v kulise (poz. 6). Kulisa je fixována na jehelní tyč (poz. 7), která je vedena pomocí pouzder (poz. 5,8). Úlohou tohoto mechanismu v procesu šití na stroji DECO 2000 je zajistit pohyb jehelní tyče mezi horní polohou a dolní polohou. Tento pohyb je nutný pro správnou funkci šicího stroje, přesněji řečeno pro správný průběh předání jehly.
Tyto jehelní mechanismy jsou ve stroji obsaženy dva. Druhý mechanismus je umístěn pod horizontální pracovní deskou stroje, v její rovině probíhá proces šití. Tyto mechanismy jsou totožné s tím rozdílem, že mají společnou vačku. Šipky znázorňují směr a charakter pohybu. Na obrázku 5.1-1 je také zobrazen souřadný systém, ke kterému budou vztaženy hodnoty měřených veličin.
_____________________________________________________________________________________
Obrázek 5.1-1 Jehelní mechanismus stroje DECO 2000
5.2. Jehelní tyč
Jehelní tyč tohoto šicího stroje je vedena pomocí dvou kluzných ložisek, která jsou připevněna k rámu stroje. Jehelní tyč koná přímočarý vratný pohyb, který je odvozen od zdvihové závislosti hlavní vačky. Jehelní tyč je ta část mechanismu, která zprostředkovává předávání šicí jehly. Konstrukce jehelní tyče je koncipována tak, že při pohybu do dolní úvrati kleštiny otevírají a v dolní úvrati jsou připraveny uchopit jehlu, při pohybu směrem nahoru se kleštiny uzavírají, fixují jehlu a jehelní tyč se přesouvá do horní úvratě. Správnou funkci uchopení jehly zajišťují kleštiny v podobě dvou kuliček (obrázek 5.2-1 poz. 12), které se pro uchopení přiblíží k sobě a pro uvolnění jehly oddálí. Konstrukce jehelní tyče a její složení je vidět na obrázku 5.2-1
_____________________________________________________________________________________
Obrázek 5.2-1 Konstrukce jehelní tyče
Jehelní tyč je vedena ve dvou pouzdrech, pohyb jehelní je generován pomocí kulisy (poz. 7), která je fixovaná na díl jehelní tyče s pozicí 2. V této kulise se pohybuje kamen. Otevírač kleštin je sestaven z dílů opozicovaných čísly 1, 13, 4, 15, 6, 11, 3, 10, 17, 16. Základní poloha otevírače kleštin je odvozená od polohy drážek v dílech číslo 4, 1 a silovým působením pružin číslo 15 a 11.
Správnou funkci jehelní tyče zabezpečují tři pružiny s rozdílnými tuhostmi a délkami. Pružiny s pozicí 11, 15 pracují v paralelním zapojení a vlivem posuvu otevírače kleštin se mění i působící síla. Součástí jehelní tyče je ještě třetí pružina mezi díly s pozicí 5 a 13. S touto pružinou není dále počítáno. Základní parametry pružin poz. 11 a 15 jsou uvedeny v následující tabulce 5.2-1.
Tuhost[N/mm] Délka
pružiny[mm]
Délka po montáži[mm]
Působící síla[N]
Pružina poz. 11 0,899 89 71,9 F11 = 15,4
Pružina poz. 15 0,69 29,2 14,8 F15 = 9,9
Tabulka 5.2-1 Parametry pružin 11 a 15
Smysl působících sil od pružin je opačný a jejich výslednice se tedy odečítá. Výsledná
_____________________________________________________________________________________
Pro celkový průběh působící síly vyvozené od otevírače kleštin byla provedena tahová zkouška sestavy jehelní tyče a výsledky byly zpracovány do následujícího grafu 5.2-1. Způsob uchycení jehelní tyče je znázorněn na obrázku 5.2-2. Horní částe jehelní tyče byla upevněna do kleštin. Na spodní část jehelní tyče byl našroubován kokový váleček se závitem a otvorem, kterým procházel drát upevněn na spodním pojezdovém suportu trhacího stroje. Šipka znázorňuje směr posuvu.
Obrázek 5.2-2 Způsob uchycení jehelní tyče při tahové zkoušce
Společně s naměřenými hodnotami jsou v grafu obsaženy hodnoty teoretického průběhu, které byli nastaveny na numerický model jehelní tyče. Tyto teoretické hodnoty byly získány pomocí software Pro/Engineer Wildfire 3.0 v modulu Mechanism.
_____________________________________________________________________________________
Závislot působící síly na posuvu
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10
posuv[mm]
síla[N]
teoretický průběh naměřený průběh
Graf 5.2-1 Průběhy tuhosti pružin v jehelní tyči
Z grafu je vidět, že počáteční působící síle má hodnotu 5,5N, v oblasti posuvu otevírače kleštin o 5 mm dochází ke skokovému zvýšení působící síly o cca 7,5N.
Silové působení na konci tahové zkoušky je poznamenáno působením třetí pružiny, se kterou není v teoretickém modelu počítáno. Dále je z naměřeného průběhu vidět, že obě pružiny mají lineární závislost.
Jehelní tyč je vybavena pružným dorazem (obrázek 5.2-1 poz. 10), který je realizován pomocí pryžové podložky. Tuhost této podložky byla proměřena na tomtéž stroji jako tuhost jehelní tyče. Z grafu tuhosti pryžové podložky je vidět progresivní průběh. Modul Mechanism neumožňuje zadat tuhost pružiny jinak než lineárně, proto byli spočítány tři hodnoty tuhosti, mezi nimiž byla vybrána tuhost, se kterou je počítáno v modelu.
] [ 3 690 , 0 208
] [ 2 540 , 0 108
2 2 2
1 1 1
x N k F
x N k F
≅
≅
≅
≅
≅
≅
(2,3,4)
_____________________________________________________________________________________
Tuhost pryžové podložky
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6
posuv [mm]
síla [N]
Tabulka 5.2-2 Tuhost pryžové podložky
Pro numerický model mechanismu byla vybrána hodnota k = 700 N/mm.
5.3. Analýza stávající vačky
5.3.1. Hmotnostní parametry stávající vačky
Pro konstrukci stávající vačky byla použita výkresová dokumentace dodaná firmou. Na výkresové dokumentaci byly uvedeny všechny rozměry včetně zdvihové závislosti. Tvar vačky je uveden na obrázku 5.3.1-1.
k1
k2
k3
_____________________________________________________________________________________
Obrázek 5.3.1-1 Tvar stávající vačky
Po namodelování vačky a hmotnostní analýze bylo zjištěno, že těžiště vačky se neshoduje s osou rotace. Hmotnostní parametry stávající vačky jsou uvedeny v tabulce 5.3.1-1.
VOLUME= 1.0652704e+06 MM^3
SURFACE AREA= 2.4013143e+05 MM^2
DENSITY= 7.8270820e-09 TONNE/MM^3
MASS= 8.3379587e-03 TONNE
TĚŽISTĚ URČENÉ K SOUŘADNÉMU SYSTÉMU:CS1 (MM)
X Y Z -7.8716661e-01 -7.5507684e+00 -1.8148174e+01
MOMENTY SETRVAČNOSTI K JEDNOTLIVÝM OSÁM V SOUŘADNÉM SYSTÉMU CS1 INERTIA TENSOR:
Ixx = 6.0724851e+01 Ixy = -1.1835587e-01 Ixz = -6.1108153e-02 Iyx = -1.1835587e-01 Iyy = 5.9859652e+01 Iyz = -6.6883020e-01 Izy = -6.1108153e-02 Izy = -6.6883020e-01 Izz = 1.1404663e+02 Tabulka 5.3.1-1 Hmotnostní parametry stávající vačky
_____________________________________________________________________________________
ω 2
⋅
⋅
= m e
FO (5)
mn – hmotnost nevývahy [kg]
e – excentricita [m]
ω – uhlová rychlost [rad/s]
] [ 007592 ,
0 ) 10 55 , 7 ( ) 10 787 , 0
( 3 2 3 2
2
2 Y m
X
e = + = − ⋅ − + − ⋅ − =
Velikost odstředivé síly je počítána pro režimy SPEED 380 a SPEED 500, resp. Pro otáčky 190ot/min a 250ot/min.
] / [ 179 . 60 26
250 2
] / [ 896 , 60 19
190 2
500 380
s rad
s rad
⋅ =
= ⋅
⋅ =
= ⋅ ω π ω π
(6,7)
] [ 4 , 43 179 . 26 0,007592 8,337
] [ 1 , 25 19,896 0,007592
8,337
2 2 500
2 2 380
500 380
N e
m F
N e
m F
O O
=
⋅
⋅
=
⋅
⋅
=
=
⋅
⋅
=
⋅
⋅
=
ω
ω (8,9)
Vačka byla vložena do systému Pro/Engineer modulu Mechanism a byla provedena dynamická analýza pro režim SPEED 380 a SPEED 500. V této dynamické analýze je zanedbáno působení gravitační síly. Výsledek této analýzy je uveden v grafu 5.3.1-1.
Velikost radiální síly
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 natoceni vacky [deg]
radialni sila [N]
radiální síla - SPEED 500 radiální síla - SPEED 380
Graf 5.3.1-1 Působení odstředivé síly
Výsledky dynamické analýzy jsou shodné s vypočtenými hodnotami.
Optimalizace vyvážení vačky je uvedena v následující kapitole.
_____________________________________________________________________________________
5.3.2. Analýza zdvihové závislosti
Zdvihová závislost byla zadána pomocí tabulky hodnot 5.3.2-1, která byla součástí výkresové dokumentace.
Tabulka 5.3.2-1 Tabulka zdvihové závislosti dodané výrobcem stroje
Z tabulky 5.3.2-2 je vidět, že hodnoty jsou zadávány v polárních souřadnicích po uhlu 1° natočení vačky a poloměr středu osy drážky vačky je zadáván s přesností na dvě desetinná místa. Takto zadaná zdvihová závislost s takovouto přesností je zcela nevyhovující. S takovouto přesností nebylo možno drážku vačky pomocí systému
