TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta strojní

Katedra textilních a oděvních strojů Studijní rok: 2005/2006

studijní program: B 2341 Strojírenství obor: 2301R022 Stroje a za řízení zaměření: Stavba strojů

„Analýza mechanismů řízení hustoty pleteniny maloprůměrového pletacího stroje“

„Analysis of mechanisms which engineer the density of knitwork in a small-diameter knitting machine“

Štěpánka Kulichová

KTS – B 003

Vedoucí bakalářské práce: Doc. Ing. Jiří Mrázek, CSc.

Konzultant bakalářské práce: Ing. Martin Bílek, Ph.D.

Počet stran: 39 Počet příloh: 2 Počet obrázků: 29 Počet výkresů: 4

Tato práce za zabývá rozborem kulisového mechanismu řízení hustoty pleteniny.

Cílem této práce je vypočítat kinetostatickou metodou velikost hnacího momentu a navrhnutí nejvhodnějšího motoru, který bude schopen tento mechanismus pohánět.

Vstupní parametry byli získáni z měření dráhy daného mechanismu. Jedná se o mechanismus, který se nachází na pletacím stroji EDIS 4.2C.

„Analysis of mechanisms which engineer the density of knitwork in a small- diameter knitting machine“

Annotation:

This thesis deals with the analysis of the sliding-block mechanism which engineers the density of knitwork. The aim is to figure out the extent of the driving moment using the kinetic-static method and to propose the most appropriate motor that will be able to power this mechanism. I have gained the input parameters by measuring the mentioned mechanism`s travel. Such mechanism can be found in a knitting machine EDIS 4.2C.

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 bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma 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.

Bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

Datum:

Podpis:

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 expenses invested in the creation of my thesis to the full amount.

I compiled the thesis on my own with the use of the acknowledged sources and on the basis of consultation with the head of the thesis and a consultant.

Date:

Signature:

Touto cestou bych chtěla poděkovat Doc. Ing. Jiřímu Mrázkovi, CSc. a Ing. Martinovi Bílkovi, Ph.D. za vedení této bakalářské práce, odborné rady a připomínky. Dále bych chtěla poděkovat Vladimírovi Michnovi za pomoc a za čas při měření dráhy mechanismu řízení hustoty pleteniny.

Největší dík patří mým rodičům, kteří mě během celého studia podporovali.

OBSAH

1 ÚVOD ... 6

2 TEORETICKÁ ČÁST ... 6

2.1 PLETAŘSKÉ STROJE... 6

2.1.1 Popis stroje EDIS 4.2C ... 7

2.2 VÝROBA PLETENINY... 8

2.2.1 Jehla... 8

2.2.2 Platina... 9

2.2.3 Zámek... 9

2.2.4 Tvorba očka na jazýčkové jehle: ... 10

2.2.5 Vytváření řádku... 11

3 HUSTOTA PLETENINY ... 12

3.1 VYSVĚTLENÍ POJMU „HUSTOTA PLETENINY“ ... 12

3.2 ŘÍZENÍ HUSTOTY PLETENINY... 14

3.2.1 Mechanismy ... 14

3.2.2 Zařízení pro změnu hustoty ... 18

4 MĚŘENÍ DRÁHY MECHANISMU ŘÍZENÍ HUSTOTY PLETENINY... 20

4.1 ÚKOL... 20

4.2 SPECIFIKACE POUŽITÝCH NÁSTROJŮ... 20

4.2.1 Blokové schéma měření... 20

4.3 POSTUP MĚŘENÍ... 21

4.3.1 Výpočet odporu ... 21

4.4 NAMĚŘENÉ HODNOTY... 22

4.5 ZPRACOVÁNÍ HODNOT... 22

4.5.1 Výsledné grafy... 22

4.6 ZÁVĚR... 24

5 ROZBOR MECHANISMU ŘÍZENÍ HUSTOTY KULISOVÝM MECHANISMEM... 25

5.1 ÚKOL... 25

5.1.1 Známé hodnoty... 25

5.2 UVOLNĚNÍ A ROVNICE JEDNOTLIVÝCH ČÁSTÍ MECHANISMU... 26

5.2.1 Těleso 3 ... 26

5.2.2 Těleso 2 ... 27

5.2.3 Těleso 5 ... 28

5.3 SHRNUTÍ... 29

5.4 POSTUP VÝPOČTU... 29

5.4.1 Výpočet délky l₃... 29

5.4.2 Výpočet ϕ₂... 30

5.5 VÝSLEDNÉ GRAFY... 32

5.6 VÝPOČET FREKVENCE... 33

6 ZÁVĚR... 33

7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ... 34

8 PŘÍLOHY ... 35

8.1 NABÍZENÉ MOTORY... 35

8.2 GRAFY MĚŘENÍ DRÁHY MECHANISMU ŘÍZENÍ HUSTOTY PLETENINY... 37

Seznam obrázků

obr. 2.1 Pletenina osnovní... 6

obr. 2.2 Pletenina zátažná ... 6

obr. 2.3 Schéma okrouhlého pletacího stroje... 7

obr. 2.4 Pletací stroj EDIS 4.2C... 8

obr. 2.5 Jehla... 8

obr. 2.6 Platina ... 9

obr. 2.7 Zámek na plochém stroji ... 9

obr. 2.8 Zámky... 10

obr. 2.9 Pohyb jehel v lůžku ... 11

obr. 2.10 Tvorba oček na jazýčkové jehle ... 12

obr. 3.1 Pletenina ... 13

obr. 3.2 Zařízení pro změnu hustoty ... 15

obr. 3.3 Pohyb zatahovacích zámků odvozený od vačky ... 16

obr. 3.4 Pohyb zatahovacích zámků odvozený od vačky – zajištění výchozí polohy .... 17

obr. 3.5 Ovládání hustoty pleteniny pomocí pohybového šroubu a krokového motoru. 18 obr. 3.6 Stávající stav řízení hustoty... 19

obr. 4.1 Blokové schéma... 20

obr. 4.2 Výpočet odporu ... 21

obr. 4.3 Aproximace z naměřené křivky dráhy ... 22

obr. 4.4 Dráha mechanismu řízení hustoty pleteniny ... 23

obr. 4.5 Rychlost mechanismu řízení hustoty pleteniny... 23

obr. 4.6 Zrychlení mechanismu řízení hustoty pleteniny... 24

obr. 5.1 Mechanismus řízení hustoty ... 25

obr. 5.2 Těleso 3 ... 26

obr. 5.3 Těleso 2 ... 27

obr. 5.4 Těleso 5 ... 28

obr. 5.5 Mechanismus ... 29

obr. 5.6 Průběh hnacího momentu ... 32

obr. 5.7 Průběhy reakčních sil ... 32

obr. 8.1 HY 200 1717 0100 BC04 ... 35

obr. 8.2 HY 200 1718 0090 BX04... 35

obr. 8.3 HY 200 1718 0230 BX 04... 36

obr. 8.4 HY 200 2226 0470 AX 08... 36

obr. 8.5 Měření 1... 37

obr. 8.6 Měření 2... 37

obr. 8.7 Měření 3... 38

obr. 8.8 Měření 4... 38

obr. 8.9 Měření 5... 39

obr. 8.10 Měření 6... 39

Seznam použitých symbolů

označení název

R reakce od uložení G gravitační síla

N_xy normálová síla; x = číslo tělesa, z kterého síla působí, y = číslo tělesa na které síla působí

T_xy tečná síla; x = číslo tělesa, z kterého síla působí, y = číslo tělesa na které síla působí

fxy

třecí součinitel, z tabulek podle materiálu (ocel na ocel)

f = 0,1; x = číslo tělesa, z kterého síla působí, y = číslo tělesa na které síla působí

T tečná setrvačná síla O odstředivá síla MD deviační moment MH hnací moment

ϕ polohový úhel ω úhlová rychlost

α úhlové zrychlení

D dynamická síla (D´Alembertův princip) y dráha daného tělesa

v rychlost daného tělesa a zrychlení daného tělesa

y₀ předpětí pružiny, dáno 10[mm]

c tuhost pružiny

Fp síla od pružiny, dáno 20[N]

1 Úvod

Výhodami dnešní pletařské technologie je vysoká produkčnost některých typů strojů, vzorovací možnosti a tvarování pleteniny. Dále pak schopnost zpracovávat téměř celou škálu textilních materiálů a výrobků pro speciální účely (medicínské, technické) i materiály netextilní (sklo, uhlík apod.). Proto je mnoho typů strojů, které tyto materiály zpracovávají.

Mechanismus řízení hustoty pleteniny je elektro-mechanický převodník pro nastavení polohy zatahovacího zámku pletacího stroje. Výšková poloha zatahovacího zámku určuje velikost zátahu jehly, tzn. délku vytvořeného očka pleteniny (hustotu).

V jednom směru je zámek posouván nuceně působením páky a síly od jehel, v opačném směru je vracen působením pružin.

2 Teoretická část

2.1 Pletařské stroje

Pletařské stroje mají specifickou techniku provázání nití pro vznik textilie zvané pletenina. Nitě jsou vzájemně spojeny pomocí zátažných či osnovních vazeb, pomocí kliček, smyček, oček apod. Význačnou vlastností pleteniny je její tažnost a objemnost.

Její využití je nezastupitelné v oblasti svrchního ošacení, prádla, punčochových výrobků, záclon, potahových a technických textilií.

Pletařské stroje lze v podstatě rozdělit na stroje zátažné a osnovní. Při výrobě zátažných pletenin lze řádek vytvořit z jedné nitě, u osnovních je řádek tvořen soustavou nití (osnovou).

obr. 2.1 Pletenina osnovní obr. 2.2 Pletenina zátažná

Podle tvaru lůžek rozdělujeme zátažné stroje na ploché pletací stroje a okrouhlé pletací stroje. U plochých jsou jehly uspořádány vedle sebe v plochém lůžku, u okrouhlých do kruhu na obvodu talíře nebo válce. Zdvih jehel je odvozen od zámků (klínů). Pro vzorování jsou jehly voleny do činnosti zámků mechanicky nebo dnes elektronicky s četností až 1000 Hz, tj. při průchodu 1000 jehel za vteřinu pod vodičem.

1 – předlohová cívka, 2 – kontrolní zařízení, 3 – napínače, 4 – vodič, 5 – jehly v talíři (věnci), 6 – jehly ve válci, 7 – pletenina, 8 – rozpínací ústrojí, 9, 10 – odtahové válce

obr. 2.3 Schéma okrouhlého pletacího stroje

2.1.1 Popis stroje EDIS 4.2C

Je to jednoválcový čtyřsystémový maloprůměrový plně elektronický pletací stroj s individuální elektromagnetickou volbou jehel pro výrobu standardního, luxusního (vzorovaného) a podpůrného punčochového zboží, úpletů polobody z klasických a elastických materiálů. Zatahovací zámky jsou ovládány krokovými motory nezávisle v každém systému.

Je určen pro výrobu punčochových kalhot, punčoch, podkolenek a ponožek s dvojitým převěšeným lemem.

Tento stroj se nachází v laboratoři katedry textilních strojů na TU v Liberci.

obr. 2.4 Pletací stroj EDIS 4.2C

2.2 Výroba pleteniny

2.2.1 Jehla

Základní tvar jehly je znázorněn na obr. 2.5. Podle způsobu výroby se rozlišují jehly tažené z drátu nebo ražené z ocelového plechu, vyrábějí se na speciálních automatech.

Jejich velikosti a tvary jsou velmi rozmanité, přizpůsobené typům strojů a vyráběným pleteninám. Kromě běžných typů jehel existuje celá řada jehel speciálních.

Konec jazýčku jehly má tvar lžičky, aby dobře přiléhal na háček. Na kolínko působí zámky, které uvádějí jehlu do pohybu podél drážky válce.

1 – hlava jehly s háčkem; 2 – jazýček; 3 – stvol; 4 – kolénko; 5 – čep (prolis) obr. 2.5 Jehla

2.2.2 Platina

Platiny napomáhají vytváření oček na pletařských jehlách. Jejich názvy jsou odvozeny od funkce, kterou vykonávají – např. ovládací, zatahovací, odhazovací, vyrovnávací, vzorovací, atd. Na obr. 2.6 je znázorněna odhazovací platina.

1 – nos, 2 – hrdlo, 3 – zobák, 4 – kolénko obr. 2.6 Platina

2.2.3 Zámek

Zámky (vačky) jsou seskupeny tak, že vytvářejí zámkovou dráhu, ve které se pohybují kolénka jehel. Na jehlách se tak vytvářejí očka. Pohyb jehel zajišťují zámky uložené na saních, které se pohybují při pletení nad jehelním lůžkem. Nastavením zámků je možné vytvořit různé zámkové dráhy.

Seskupení zámků schopné vytvořit jeden řádek pleteniny se nazývá zámkový systém.

Běžný tvar zámků plochého pletacího stroje je znázorněn na obr. 2.7. Tyto zámky jsou osově symetrické a mají následující části: dva stahovače (3), můstek (4) mezi stahovači a jeden zvedač, který může být dělený na část chytovou(1) a uzavírací (2).

1 – chytová část zvedače, 2 – uzavírací část zvedače, 3 – stahovače; 4 – můstek;

5 – dráha jehel, 6 – směr pohybu zámků (saní) obr. 2.7 Zámek na plochém stroji

Pohyb jehel vzhůru zajišťují zvedače. Chytový zámek (1) zvedá jehly do chytové polohy a uzavírací (2) do nejvyšší polohy (obr. 2.8 a, b). Pohyb dolů provádějí stahovače (3). Jejich poloha je seřiditelná, což umožňuje měnit hloubku zatahování a tím i hustotu pleteniny. Protizámek (4) uzavírá dráhu pod stahovačem, což zlepšuje stejnoměrnost pleteniny, neboť se nemůže negativně uplatnit setrvačnost jehly. Příklad otevřené dráhy se zvedačem vcelku je na obr. 2.8 c.

U okrouhlých strojů stačí jednosměrná dráha (obr. 2.8 a, c), ploché stroje pracují obousměrně (obr. 2.8 b).

1 – chytová část zámku, 2 – uzavírací zámek, 3 – stahovač, 4 – protizámek obr. 2.8 Zámky

2.2.4 Tvorba očka na jazýčkové jehle:

Jak je vidět na obr. 2.9, jehly vycházejí ze základní polohy (1), jejich kolénka se pohybují po hraně zvedače do první chytové polohy (2) – staré očko odklápí jazýček jehly a zůstává na něm.

V případě vypnutí uzavírací části zvedače se kolénka pohybují po hraně základní části zvedače do druhé chytové polohy, kdy se naklade nová nit a při dalším postupu jehly vznikne chytová klička. Zvedače jsou nastavitelné do několika poloh a podle zvolené polohy zachytí jen kolénka určité výšky.

Při zařazení špičky zvedače tj. po dalším stoupání se jehly dostávají do nejvyšší, uzavírací polohy (3), kdy stará očka klesají až na stvol jehly pod jazýček.

Z nejvyšší polohy jsou jehly stahovány stahovačem do druhé chytové polohy, kde zároveň dochází ke kladení nové nitě vodičem. Jehly jsou dále stahovány a staré očko překlápí jazýček jehly a dochází k tzv. nanášení (4).

Jehly dále klesají pod úroveň odhozové roviny, staré očko sklouzává přes hlavu jehly, dochází k odhozu. Pak již podle seřízení stahovače se zatahuje (5) délka nově vzniklých oček a tak se reguluje hustota pleteniny. Při zpětném pohybu saní se zámky probíhá vytváření nových oček z druhé strany stejným způsobem.

1 – jehly v základní poloze; 2 – jehly v první chytové poloze; 3 – jehly v uzavírací poloze, 4 – jehly při nanášení; 5 –zatahovací poloha jehel

obr. 2.9 Pohyb jehel v lůžku

2.2.5 Vytváření řádku

Především je nutné si uvědomit, že pohyb jazýčkových jehel způsobují zámky, které tlačí na kolénka jehel, ta se pak pohybují v zámkové dráze, tzn. jehly jsou vysouvány nebo stahovány do určité pracovní polohy a tak vytvářejí očka. Pro vytvoření názorné představy o tvorbě očka na jazýčkové jehle zátažného stroje slouží obr. 2.10.

obr. 2.10 Tvorba oček na jazýčkové jehle

3 Hustota pleteniny

3.1 Vysvětlení pojmu „hustota pleteniny“

Pleteniny jsou plošné textilie, vyrobené z jedné nebo více soustav nití, které jsou vzájemně propojeny pletařskou technikou.

Parametry, které definují pleteninu, jsou následující:

- materiálové složení použitých přízí - plošná měrná hmotnost

- tloušťka

- hustota a spletení - vazba

U běžných typů zátažných pletenin jsou tedy významné následující vlastnosti, důležité pro spotřebitele (tzn. užitné vlastnosti):

• tažnost (po řádku, sloupku)

• pružnost

• mačkavost

• splývavost

• stáčivost

• zátrhavost

• paratelnost

• pevnost ve švu

• prodyšnost

• tepelně izolační schopnost

• savost

• náročnost údržby a další

Osnovní pleteniny jsou často vyráběny z chemického hedvábí, např. záclonové výrobky, krajky, tyly, prádloviny, podšívkoviny. Tyto výrobky mají odlišné charakteristické vlastnosti díky použitému materiálu i díky odlišné struktuře, např. nižší tažnost, pružnost, apod.

Punčocha má rozdílnou hustotu úpletu ve svých částech. Rozdílná hustota je ovlivněna použitým materiálem i funkcí punčochy v jednotlivých částech, protože podle tělesných rozměrů nejde šířkové rozdíly vyrovnat pouze elasticitou pleteniny.

Potřebnou šířku sedové části punčochových kalhot a požadavek, aby výrobek těsně přiléhal přes kotník, je možno splnit pouze tehdy, jestliže regulujeme odpovídajícím způsobem velikost oček, tj. hustotu pleteniny. Hustota pleteniny je dána délkou zataženého očka. Čím je větší délka zatažení, tím větší se vytvoří očko a tím menší bude výsledná hustota pleteniny. Zjednodušeně se hustotou rozumí počet oček v určité části pleteniny.

Je chybou si myslet, že čím je pletenina hustší, tím je lepší. Především u punčoch to neplatí. Punčochy se musí dát snadno natáhnout na nohu a tím pádem roztáhnout a přizpůsobit se tělesným rozměrům člověka. Tato vlastnost je lepší u řidších punčoch, ale naproti tomu mají horší vzhled a pružnost než punčochy hustší.

obr. 3.1 Pletenina

Hustota pleteniny se dá vyjádřit několika způsoby:

- počtem oček v pletenině tvaru čtverce o straně 10 cm - délkou příze v očku

- počtem sloupků a řádků na 10 cm: vyjadřuje se zlomkem např. 98/125 – čitatel udává počet sloupků a jmenovatel počet řádků

Hustota je jednou z významných vlastností, které charakterizují pleteninu. Ovlivňuje další významné vlastnosti pleteniny jako je tažnost, pružnost, estetické vlastnosti apod.

3.2 Řízení hustoty pleteniny

Hustotu pleteniny ovlivňuje především délka zatažení očka. Různé délky zatahování se dosáhne zvětšením nebo zmenšením vzdálenosti háčku jehly od roviny odhazovacích platin. Čím je větší tato vzdálenost, tím je délka příze v očku větší a tím řidší je úplet a naopak.

Základní možností změny hustoty pleteniny je tedy změna délky příze v očku. Této změny lze dosáhnou:

- změnou napětí příze - změnou velikosti odtahu - změnou velikosti zatažení očka

Nejvyužívanějším systémem pro změnu velikosti délky příze v očku (změnu hustoty) je změna velikosti zatažení očka. Tuto změnu můžeme provést dvěma základními způsoby:

- změna polohy odhazovacích rovin - změna polohy zatahovacích zámků 3.2.1 Mechanismy

3.2.1.1 Změna polohy odhazovacích rovin

Změna vzdálenosti háčku jehly od roviny odhazovacích platin se děje vertikálním pohybem jehelního válce. Současně s jehelním válcem se pohybují i odhazovací platiny uložené v platinovém kruhu. Protože pracovní zámky jsou pevné a stahují tedy jehly stále stejně hluboko, mění sedélka zatahování příze výškovým postavením jehelního válce, který je řízen hustotovým válcem.

Výhody:

- jednoduchý způsob Nevýhody:

- pohyb značně velkých hmot

- velké vůle a zvýšené nepřesnosti z důvodu problematického uložení válce při posuvném pohybu, z toho plyne větší chybovost systému a nepřesnosti nastavení výšky zátahu jehel a tím vzniká rozdílná hustota pleteniny

- změnu hustoty nelze provádět na každém systému zvlášť

1 – hustotový válec, 2 – jehelní válec, 3 – talířový kruh, 4 – axiální ložisko, 5 – válečky, 6 – pružiny

obr. 3.2 Zařízení pro změnu hustoty 3.2.1.2 Změna polohy zatahovacích zámků

Tento způsob využívá změny polohy zatahovacích zámků vůči rovině odhazovací a tím dochází k různé délce zatažené příze v očku. Zatahovací zámky musí být uloženy posuvně ve vertikálním směru. Jejich pohyb je řízen řídícím systémem. Obvykle je pohyb zámků odvozen od vačky nebo krokového motoru.

3.2.1.2.1 Pohyb zatahovacích zámků odvozen od vačky

Princip je vidět na obr. 3.3 a obr. 3.4. Vždy před zahájením nového cyklu je nutné dotočit krokový motor do přesně stanovené výchozí polohy, od které program začíná počítat jednotlivé kroky pro nový cyklus.

Zastavení zde zajišťuje doraz (14), o který se zarazí ozub na hřídeli (15) a poloha se do systému zapíše jako výchozí.

Výhody:

- poměrně jednoduchý způsob

- změnu hustoty lze provádět na každém systému zvlášť - poměrně rychlá změna

- nedochází k pohybu tak značných hmot při porovnání se způsobem změny polohy odhazovacích rovin

Nevýhody:

- může docházet ke zpětným odrazům od dorazové hrany vačky při vyšších rychlostech krokového motoru, tím se stane, že výchozí poloha nebude vždy stejná a mohou nastat chyby v pletenině

- zařízení opatřené vačkou má k dispozici jen neúplnou jednu otáčku a tím poměrně malý počet kroků motoru

obr. 3.3 Pohyb zatahovacích zámků odvozený od vačky

1 – krokový motor, 2 – kostra stroje, 3 – šrouby, 4 – jehelní válec, 5 – vačkový hřídel, 6 – vačka, 7 – ložisko, 8 – hřídel, 9 – zatahovací zámek, 10 – pružina, 11, 12,

13 – šrouby sloužící k seřízení přesné polohy zatahovacího zámku, 14 – doraz, 15 – ozub na hřídeli

obr. 3.4 Pohyb zatahovacích zámků odvozený od vačky – zajištění výchozí polohy

3.2.1.2.2 Pohyb zatahovacích zámků odvozen od pohybového šroubu

Princip je podobný jako u pohybu zatahovacích zámků odvozených od vačky.

Převod z krokového motoru na zatahovací zámek je zajištěn pomocí převodu (hustotová páka (5)) a pomocí pohybového šroubu (2) a matice (3).

I zde musí být definována výchozí poloha pro nový cyklus krokového motoru.

Vyřešeno je to tak, že na matici a šroubu jsou vytvořeny dorazové hrany (31, 41) uspořádané pro vzájemný kontakt a tím se zajistí zastavení.

Výhody:

- možnost vysokého rozlišení polohy zatahovacího zámku díky převodu z pohybového šroubu na snímací matici

1 – krokový motor, 2 – šroub, 3 – snímací matice s ozubením 31, opatřené dorazovou hranou, 4 – kroužek s ozubením 41, opatřené dorazovou hranou,

5 – výkyvná páka 6 – seřizovací šroub

obr. 3.5 Ovládání hustoty pleteniny pomocí pohybového šroubu a krokového motoru

3.2.2 Zařízení pro změnu hustoty

3.2.2.1 Plynulá změna hustoty

Realizována je pohybem zatahovacích zámků ve vertikálním směru. Plynulou změnou velikosti zátahu očka se rozumí pohyb zatahovacího zámku ve vertikálním směru po elementárních krocích. Pohyb je realizován pomocí hustotové páky, krokového motoru a pohybového šroubu, který mění rotační pohyb na translační pohyb.

Princip popsán v kapitole 2.2.1.2.2

3.2.2.2 Skoková změna hustoty

Skokovou změnou velikosti zátahu očka se rozumí velmi rychlý pohyb (ideálně skokový) zatahovacího zámku ve vertikálním směru. Ve zvláštním režimu pletení totiž koná opakovaně velmi rychle změnu polohy.

3.2.2.3 Realizace plynulé a skokové změny hustoty Tato změna hustoty je uskutečněna na stroji EDIS 4.2C.

Lze samozřejmě uskutečnit obě změny zároveň pomocí přídavné páky na páce hustoty. Páka hustoty je ovládána krokovým motorem s pohybovou maticí a přídavná páka je ovládána pneumatickým válcem. Obě páky jsou ovládány nezávisle na sobě a tak může docházet plynule i ke skokové změně hustoty.

1 – krokový motor upevněný v neznázorněném rámu stroje, 2 – šroub hustoty, 3 – snímací pohybová matice s ozubením 31, 4 – stavitelný kroužek s ozubením 41,

5 – výkyvná páka hustoty, 6 – přídavná páka hustoty, 7 – pneumatický válec pro plynulou změnu hustoty, 8 – seřizovací šroub, 9 – stavěcí šroub, 10 – segment pro vymezení polohy seřizovacího šroubu, 11 – seřizovací šroub neznázorněného zámku,

12 – kulisové uložení páky hustoty ve snímací matici obr. 3.6 Stávající stav řízení hustoty

4 Měření dráhy mechanismu řízení hustoty pleteniny

4.1 Úkol

Naměřit dráhu mechanismu řízení hustoty pleteniny (ve výpočtu těleso 5) tak, abych tyto hodnoty mohla použít jako vstupní parametr při výpočtu.

4.2 Specifikace použitých nástrojů

generátor pravoúhlých pulzů: Function Generator FG 8002 laboratorní zdroj: STATRON, typ 2229

blok řízení motorku: Metra Blansko, typ KRM 31 krokový motorek: OFFANENGO HY 200

čidlo polohy s převodníkem: SCHENCK, typ OD – 051 napáječ: REGMET, typ RZS 24

měřící karta: NATIONAL INSTRUMENTS, typ DAQCard – 1200 4.2.1 Blokové schéma měření

obr. 4.1 Blokové schéma

4.3 Postup měření

Nejdříve jsem se seznámila s mechanismem a způsobem, jak měřit dráhu. Bylo nutné, aby vstupní měřící veličina dosahovala maxima 5V. Proto jsme na převodník připojili odpory o celkové hodnotě 2 000 Ω. Hodnotu jsem získala výpočtem.

Zapojení bylo připraveno na měření. V PC byl program na zaznamenání hodnot, který jsme spustili a nastavili vzorkovací frekvenci 1 000 Hz.

Při měření záleželo na tom, kam se zámek bude pohybovat. Spínačem jsem regulovala pohyb zámků. Při pohybu dolů byl sepnut, při pohybu nahoru nikoliv.

Měření jsem provedla 6x. Zároveň jsem měnila frekvenci generátoru, která měla vliv na rychlost pohybu zámku.

4.3.1 Výpočet odporu

obr. 4.2 Výpočet odporu

odpor I R=U [Ω]

Vstupní odpor = =2500Ω 01

, 0

24

Rc Výstupní odpor = =500Ω

01 , 0

5 R2

Rc = R1 + R2 R1 = Rc – R2 R1 = 2000 Ω

MĚŘÍCÍ KARTA 0 ÷÷÷÷ 24 V

10m A

R₁

R₂

0 ÷÷÷÷ 5 V

4.4 Naměřené hodnoty

Z každého měření jsem získala sloupec hodnot. Jejich počet byl od 14 000 – 26 000 hodnot. Grafy jednotlivých měření jsou uvedeny v příloze.

4.5 Zpracování hodnot

Hodnoty jsem vložila do programu Excel a přiřadila jim hodnotu času. První hodnota byla 1/vzorkovací frekvence 1000 Hz, tj. 0,001 s a s každou další hodnotou se čas zvyšoval o 0,001 s.

Poté jsem z daných hodnot vykreslila grafy závislosti pohybu mechanismu řízení hustoty pleteniny na čase a vybrala část, která se mi zdála nejlepší pro zpracování – tu, která měla nejmenší šumy. Byla to část z druhého měření.

Hodnoty byly dále zpracovány v programu Matlab.

Z vybraného úseku naměřených hodnot jsem metodou nejmenších čtverců provedla aproximaci 7. řádu. Provedla jsem ji kvůli odstranění šumu z naměřených hodnot, obr.

4.3 Aproximace z naměřené křivky dráhy. Získaný polynom jsem 2x derivovala v čase a tím získala rychlost a zrychlení mechanismu řízení hustoty pleteniny.

4.5.1 Výsledné grafy

Aproximace z naměřené křivky dráhy

obr. 4.3 Aproximace z naměřené křivky dráhy [m]

[s]

Dráha mechanismu řízení hustoty pleteniny

obr. 4.4 Dráha mechanismu řízení hustoty pleteniny Rychlost mechanismu řízení hustoty pleteniny

obr. 4.5 Rychlost mechanismu řízení hustoty pleteniny [s]

[m]

[s]

[m/s]

Zrychlení mechanismu řízení hustoty pleteniny

obr. 4.6 Zrychlení mechanismu řízení hustoty pleteniny

4.6 Závěr

Získané hodnoty jsem použila jako vstupní parametry pro výpočet mechanismu řízení hustoty kulisovým mechanismem. Pro další výpočty byla použita každá 100.

hodnota.

[s]

[m/s²]

5 Rozbor mechanismu řízení hustoty kulisovým mechanismem

5.1 Úkol

Pomocí kinetostatické metody provést rozbor daného mechanismu. Hlavním cílem je zjistit M_h

( )

těleso 2 – excentr, těleso 3 – páka, těleso 5 – unašeč zámku

obr. 5.1 Mechanismus řízení hustoty

5.1.1 Známé hodnoty

5.1.1.1 Hodnoty z programu

Tyto hodnoty potřebné pro výpočet rovnic jsem získala pomocí softwaru Pro/ENGINEER.

- hmotnost tělesa: m3 = 7,575 [g], m2 = 12,44 [g]

- kvadratický moment: I3 = 2,155282 e-02, I2 = 3,5901822 e-04 [t*mm2]

- vzdálenosti těžiště: l = 4 [mm], s = 7 [mm]

těleso 3

ϕϕϕϕ2

ϕϕϕϕ3

těleso 5

těleso 2

5.1.1.2 Hodnoty z výkresů

Další hodnoty jsem získala z výkresové dokumentace. Z dílenských výkresu jednotlivých těles a sestav mechanismu. Viz. obr. 5.1 Mechanismus řízení hustoty a nebo obr. 5.5 Mechanismus

- délky k = 15 [mm], b = 7,5 [mm]

5.2 Uvolnění a rovnice jednotlivých částí mechanismu

obr. 5.2 Těleso 3

ROVNICE

0 sin

* cos

* cos

* sin

*

: _{3 3 3 3 32 3 32 3}

1 −^R +^T ϕ +^O ϕ +^T ϕ −^N ϕ =

x _AX (1)

0 sin

* cos

* sin

* cos

*

: _{3 53 3 3 3 32 3 32 3}

1 +^R −^G −^N −^T ϕ +^O ϕ +^N ϕ +^T ϕ =

y _AY (2)

0

*

* cos

*

* cos

*

*

:+M ₃ +G₃ l ₃ +N₅₃ b ₃ +N₃₂ l₂ +T₃₂ d =

A^r _D ϕ ϕ ⁽³⁾

g m

G₃ = ₃* (4)

3 3

3 ^m *^l*α

T = (5)

N₃₂ T32

ϕϕϕϕ3

N53

G3

těžiště T3

O3

RAY

bod A RAX

T₃ MD3

ωωω ω3

αααα3

y₃

x₃

2 3 3

3 ^m *^l*ω

O = ⁽⁶⁾

3 3 3 =Ι *α

MD (7)

32 32

32 f * N

T = (8)

dt d ₃

3

ω = ϕ (9)

dt d ₃

3

α = ω (10)

5.2.2 Těleso 2

obr. 5.3 Těleso 2 rovnice

(

)

cos

* sin

* cos

* cos

*

: _{2 2 23 2 23 2 2 2}

2 +O −T +N +T °− −R_BX =

x ϕ ϕ ϕ ϕ ⁽¹¹⁾

(

)

sin

* cos

* sin

* sin

*

: _{2 2 23 2 23 2 2 2 2}

2 +O −T −N +T °− +R −G =

y ϕ ϕ ϕ ϕ _BY ⁽¹²⁾

0

*

*

:+M +N₂₃ l₂ +M ₂ +G₂ s=

B _{H D}

r

(13)

2 2 2 2

2 ^m *^l *ω

O = (14)

G2

ω ω ω ω2, αααα2

těžiště T2

T23

N₂₃

bod B O2

T₂ Mh = ?

MD2

RBX

y2

x₂

RBY ϕϕϕϕ2

23 23

23 f * N

T = (15)

g m

G₂ = ₂* ⁽¹⁶⁾

2 2

2 ^m *^s*α

T = ⁽¹⁷⁾

2 2 2 =Ι *α

MD (18)

dt d ₂

2

ω = ϕ (19)

dt d ₂

2

α = ω (20)

5.2.3 Těleso 5

obr. 5.4 Těleso 5 rovnice

0

5 : x

0

: _{35 5 5}

5 +N −D −F −G =

y _p (21)

5 5

5 m *a

D = (22)

(

)

* y y

c

F_p = + (23)

5 5

5 m *g

G = (24)

Fp

N₃₅ D5

těžiště T5

y5

x5

G5

Fp

5.3 Shrnutí

Z uvolněných těles dostaneme 24 rovnic a 23 neznámých členů. Všechny neznámé musí být závislé na ϕ₂^.

5.4 Postup výpočtu

Jako vstupní parametry jsem použila získané hodnoty z měření dráhy mechanismu řízení hustoty pleteniny a výše uvedené rovnice jednotlivých těles. Vše jsem zpracovala v programu Matlab.

5.4.1 Výpočet délky l₃

Délka c je na tělese 3. Tato délka je proměnná, proto pro ni musíme odvodit vztah.

Ten bude opět závislý na ϕ₂. Délku c vypočítáme pomocí Pythagorovy věty z obr. 5.5.

Pythagorova věta pro náš obrázek je l₃ = j² +m² odvěsny ^j=^k+^l₂*cosϕ₂^, m=sinϕ2*l2

Takže výsledný vztah pro délku je

( ) (

)

2 2 2

3 k l *cos sin *l

l = + ϕ + ϕ

obr. 5.5 Mechanismus l₂

b

ϕϕϕϕ3

y5

k j

m l2

ϕϕϕϕ2

ϕϕϕϕ4

5.4.2 Výpočet ϕ₂

Dříve než jsem začala řešit reakce a síly na mechanismu v programu Matlab, vyřešila jsem úhly na mechanismu a provedla derivace. A protože vše je závislé na úhlu ϕ₂^, musela jsem úhel ϕ₂ vyjádřit.

Výpočet ϕ₂ vychází z rovnice ϕ₂ =ϕ₃ +ϕ₄.

Nejdříve potřebujeme úhel ϕ₃. Pro výpočet použijeme rovnici závislou na y₅, které známe. Následnou derivací získáme ω₃ ^a α3. Z obr. 5.5 vidíme, že platí vztah

b

y₅ =sinϕ₃* , z rovnice tedy vyplývá 



 



= 

b y₅

3 arcsin ϕ

2 2 5 5

3 3

1 b

y b y

−



 





=

=

&

& ω ϕ

3 5

2 2 5 3

2 5

2 2 5 5

3

3 *

1 1

y b

y b y

b y b y











 −











 +











 −



 





=

=

&

&

&

&

& α ϕ

Úhel ϕ₄ zavedeme jako pomocný úhel. Rovnici pro tento úhel získáme aplikací sinové věty na mechanismus, podle obr. 5.5 tedy platí vztah

2 5

4 *

sin l

k b

= y

ϕ ^.

Z toho tedy vyplývá 







= 

2 5 4 arcsin *

l k b ϕ y

2 2

2 2

2 5 5 2

4

* 1

*

l k b y l k b

y

−









= &

&

ϕ

3 5

2 2

2 2

2 5

3 2

3

3 2 5

2 2

2 2

2 5 5 2

4 *

* 1

*

* 1

* y

l k b y l k

b y

l k b y l

k

b y











 −











 +

−









= && &

&

&

ϕ

Výsledné ϕ₂ je tedy ve tvaru:





 + 



 



= 

2 5 5

2 arcsin arcsin * l

k b y b

ϕ y











 −







 +











 −



 





=

=

2 2

2 2

2 5

2 5

2 2 5 5

2 2

* 1

*

1

l k b y

l k b y

b y b

y& &

& ω ϕ

3 5

2 2

2 2

2 5

3 2

3

3 2 5

2 2

2 2

2 5 5 2

3 5

2 2 5 3

2 5

2 2 5 5

2

2 *

* 1

*

* 1

*

* 1

1

y l

k b y l k

b y

l k b y l

k b

y y

b y b y

b y b y











 −











 +

−







 +











 −











 +











 −



 





=

= && &

&

&

&

&

& α ϕ

Známé ϕ₂ jsem použila pro výpočet sil a reakci na tělesech mechanismu. K tomuto výpočtu jsem využila programu Matlab.

5.5 Výsledné grafy

obr. 5.6 Průběh hnacího momentu

obr. 5.7 Průběhy reakčních sil

5.6 Výpočet frekvence

Při měření dráhy mechanismu řízení hustoty pleteniny jsem použila motor s krokovým úhlem 1,8° a excentr (těleso 2) mohl vykonat pohyb v rozmezí 0° - 120°.

Z těchto parametrů je počet kroků motoru 66 kroků/s. 66,66kroku /s 8

, 1 120° =

.

Frekvence generátoru při měření dráhy byla f = 100Hz. Při určení frekvence navrhovaného motoru jsem využila parametry při skokové změně hustoty, které jsem znala. Jsou to zdvih je 0,4 mm a čas t = 0,006s. Já jsem naměřila zdvih 3,5 mm za čas 1,25 s (obr. 5.6). Přepočet byl proveden pomocí trojčlenky t t s

15 , 006 0

, 0 4 , 0

5 , 3

2

2 ⇒ =

= .

Zjistila jsem čas, za který byl vykonán zdvih 3,5 mm při skokové změně. Čas t2 je větší 25x než čas t₁.

Pro odečet hodnot na charakteristikách motorů musíme frekvenci generátoru f = 100 Hz vynásobit 25x, tj. 2 500 kroků/s.

6 Závěr

Provedla jsem měření dráhy mechanismu řízení hustoty pleteniny, které bylo zdrojem vstupních parametrů pro rozbor kulisového mechanismu řízení hustoty pleteniny, jenž se nachází na pletacím stroji EDIS 4.2C. K rozboru mechanismu jsem použila kinetostatickou (uvolňovací) metodu. Tímto výpočtem mechanismu řízení hustoty kulisovým mechanismem jsem získala velikost hnacího momentu M_h na excentru (tělese 2). Průběh je vidět na obr. 5.6. Maximální hnací moment M_h se blíží hodnotě 9,5 Nmm.

Z parametrů získaných při měření a parametrů známých jsem přepočetla frekvenci viz kapitola 5.6. Zjistila jsem, že frekvence hledaného motoru je 2 500 kroku/s při skokové změně.

Z nabízených charakteristik motorů, dle vypočtených parametrů a s přihlédnutím k zvýšení hodnot vzhledem k bezpečnosti jsem vybrala motor HY 200 1718 0090 BX04.

Tento motor nejvíce vyhovuje zjištěným parametrům. Velikost hnacího momentu pro určení motoru jsem brala 10 násobný. Charakteristika motoru je vidět na obr. 8.2

7 Seznam použité literatury

[1] Melichar, L.: Návrh mechanismu pro řízení hustoty pleteniny na stroji EDIS 4C, Diplomová práce, TUL 2000

[2] Dostálová, M., Křivánková, M., Základy textilní a oděvní výroby, TUL 2001 [3] Firemní výkresová dokumentace

8 Přílohy

8.1 Nabízené motory

obr. 8.1 HY 200 1717 0100 BC04

obr. 8.2 HY 200 1718 0090 BX04

obr. 8.3 HY 200 1718 0230 BX 04

obr. 8.4 HY 200 2226 0470 AX 08

8.2 Grafy měření dráhy mechanismu řízení hustoty pleteniny

obr. 8.5 Měření 1

frekvence generátoru 100 Hz

-4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16

[s]

[m]

obr. 8.6 Měření 2

frekvence na generátoru 120 Hz

-4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5

0 2 4 6 8 10 12 14

[s]

[m]

obr. 8.7 Měření 3

frekvence na generátoru 140 Hz

-4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5

0 5 10 15 20

[s]

[m]

obr. 8.8 Měření 4

frekvence na generátoru 160 Hz

-4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5

0 5 10 15 20 25

[s]

[m]

obr. 8.9 Měření 5

frekvence na generátoru 180 Hz

-4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1

0 5 10 15 20

[s]

[m]

obr. 8.10 Měření 6

frekvence na generátoru 200 Hz

-4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5

0 2 4 6 8 10 12

[s]

[m]