Оптимизация параметров процесса обрезки швейных ниток

Резание нитки в автоматизированных швейных машинах является необходимой составной частью технологического процесса. Механизмы обрезки включаются в цикл работы машины и их несрабатывание приводит к нарушению технологического процесса, снижению качества изделия, понижению производительности труда. Как показывает анализ существующих конструкций механизмов обрезки игольной и челночной нитки на швейных машинах в качестве инструментов используются лезвия с клиновой заточкой, работающие по принципу ножниц. Изучение литературы, посвященной резанию, показало, что процесс резания нитки лезвием недостаточно исследован, а проектированию механизмов обрезки ниток не уделялось должного внимания [1,2,3,4,5].

На качественную работу механизма обрезки ниток влияет достаточно большое число факторов. Основные из них: материал, из которого изготовлена нитка, линейная плотность нитки, натяжение ее в момент обрезки, количество перерезаемых ниток, геометрия инструмента механизма обрезки, материал ножей, термообработка ножей, чистота обработки лезвий, скорость смыкания ножей , сила прижатия ножей друг к другу.

Десятифакторный эксперимент достаточно сложен, поэтому на начальном этапе проведено ранжирование факторов с целью упрощения эксперимента.

Исходя из того, что конструкция лезвий ножей, материал и термообработка на сегодняшний день достаточно хорошо известна и у разных производителей мало чем отличаются друг от друга, решено эти параметры принять постоянными, а переменными принять факторы, относящиеся к свойствам ниток и параметры процесса обрезки ниток (сила прижатия ножей друг к другу, скорость смыкания ножей ,сила натяжения швейной нитки).

Для определения влияния факторов на процесс обрезки, изготовлен и смонтирован экспериментальный комплекс, включающий в себя экспериментальную установку, тензоусилитель и самописец.

Режущий инструмент в данной установке изготовлен из стали ХВГ и его геометрические параметры приняты постоянными [2].

Исследуемая величина – вероятность обрезки (P).

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Установка представляет собой плиту 1, на которой расположен неподвижный нож 2 и подвижный нож 3. Подвижный и неподвижный нож соединены винтом 4. На ножи наклеены тензодатчики. Движение подвижный нож получает от пружины 7 и жесткой вставки 8. Разведение ножей осуществляется вручную тягой 9. Спусковой механизм представляет собой рычаг 11 и кронштейн 10.

На плите неподвижно закреплена скоба 12. В отверстие скобы вставляется исследуемая нитка 12. Фиксацию нитки сверху осуществляет зажим 13.

Механизм имеет следующие регулировки:

• 1.    Сила прижатия ножей. Осуществляется винтом 4. Величина деформации лезвий ножей измеряется тензодатчиками.

• 2.    Скорость обрезки определяется величиной интервала процесса перемещении лезвия ножа из начальной точки в конечную на ленте самописца.

• 3.    Натяжение нитки. Регулируется с помощью изменения массы 15.

В ходе работы решались следующие задачи:

• 1.    Получение математических зависимостей физико-механических свойств процесса обрезки от параметров технологического процесса.

• 2.    Установление характера и степени влияния технологических параметров на вероятность обрезки швейных ниток.

• 3.    Разработка оптимальных технологических параметров процесса обрезки швейных ниток на полуавтоматах с МПУ.

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки

Построение матрицы планирования и проведение эксперимента

Объектом исследования выбраны швейные нитки наиболее востребованных торговых номеров Sulky 40 фирмы Gunold и Экстра 40 РУПП «Гронитекс». Исследованы свойства швейных ниток (установлена их точная линейная плотность), Sulky 40 фирмы Gunold (14,5текс х 2) и Экстра 40 РУПП «Гронитекс» (16,5 текс×3).

Для поиска оптимальных значений наиболее значимых параметров технологического процесса обрезки швейных ниток, обеспечивающих наилучшие показатели качества, использовали математические методы планирования и анализа эксперимента. Для этого проведен полный факторный эксперимент на три фактора [8,9].

Как известно, процесс обрезки ниток зависит от соотношения таких технологических параметров, как сила прижатия ножей друг к другу и скорости смыкания. Поэтому они приняты в качестве входных факторов эксперимента. Так же был добавлен параметр натяжения нитки:

• Х 1 – сила прижатия ножей друг к другу, Q 1 , н;

Х 2 – скорость смыкания ножей, V 1 , м/с,

Х 3 – сила натяжения швейной нитки, P , н.

Критерии оптимизации:

• У – вероятность обрезки нитки Р .

Выбор этого параметра обусловлен следующим. Вероятность обрезки нитки в работе механизма обрезки является ключевым фактором, так как именно он влияет на качество изделия.

С учетом результатов предварительных исследований установлены уровни и интервалы варьирования факторов, представленные в таблице 1.

Эксперимент проведен в лабораторных условиях кафедры Машины и аппараты легкой промышленности УО «Витебский государственный технологический университет».

Таблица 1 – Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование фактора	Условное обозначение	Структура нити	Уровень варьирования			Интервал варьирова ний
			-1	0	+1
Сила прижатия ножей друг к другу, Q 1 , н;	Х 1	14,5текс х 2	0,40	0,60	0,80	0,40
		16,5 текс×3	0,40	0,60	0,80	0,40
Скорость смыкания ножей, V 1 , м/с	Х 2	14,5текс х 2	0,02	0,024	0,03	0,01
		16,5 текс×3	0,02	0,024	0,03	0,01
Сила натяжения швейной нитки, P , н	Х 3	14,5текс х 2	0	0,35	0,7	0,7
		16,5 текс×3	0	0,35	0,7	0,7

В случае плана на три фактора регрессионная модель имеет вид, представленный уравнением:

У i = А 0 + А 1 Х 1 + А 2 Х 2 + А 3 Х 3 +А 12 Х 1 Х 2 +А 13 Х 1 Х 3 +А 23 Х 2 Х 3 +А 123 Х 1 Х 2 Х 3 +А 11 Х 1² +

А 22 Х 2² + А 33 Х 3² ,                               (1)

где У i – критерий оптимизации;

• Х 1 , Х 2 , Х 3 – управляемые независимые переменные;

А 0 , А 1 , ... , А 33 – теоретические коэффициенты регрессии.

В результате обработки экспериментальных данных с помощью пакета программ «Statistica for Windows» на ЭВМ получены математические модели исследуемых показателей.

Зависимость вероятности обрезки ниток Экстра 40 РУПП «Гронитекс» (16,5 текс×3) от параметров технологического процесса:

Y = 0,808967+0,387050 Х 1 + 0,02402 Х 2 +0,022152 Х 3 - 0,203423 Х 2 ²       (2)

Для ниток Sulky 40 фирмы Gunold (14,5текс х 2) полученная модель имеет следующий вид:

Y = 0,92499 – 0,25335 Х 1 + 0,21333 Х 3 – 0,1875 Х 1 Х 3 -0,271671 Х 3²        (3)

Анализируя полученные математические модели, было установлено, что на исследуемый показатель качества обрезки швейных ниток Экстра 40 и Sulky 40 оказывает влияние сила прижатия ножей друг к другу (Х1), скорость смыкания ножей (Х2) и сила натяжения швейной нитки (Х3).

Значения коэффициентов уравнений регрессии показывают, что увеличение силы прижатия (Х1) оправдано только для ниток с большим номером, тогда как для вышивальных ниток будет достаточно отсутствие зазора между ножами и прижатие 0,60 Н. Скорость смыкания ножей (Х2) оказывает влияние при резании ниток с большими номерами, тогда как для вышивальной нитки данный параметр не имеет большого значения. Особое внимание привлек третий параметр – сила натяжения швейной нитки (Х3). Его увеличение оказывает положительное влияние на вероятность обрезки, но его корреляция с силой прижатия ножей может повлечь обрезку нитки в стадии более ранней (обрыв), чем это необходимо в механизме, что приводит к ухудшению качества изделия.

Результаты исследования применены при проектировании механизма обрезки на многоголовочном вышивальном полуавтомате [10]. Сила прижатия ножей друг к другу принята 1 Н; скорость смыкания ножей принята 0,2 м/с; сила натяжения швейной нитки – 0,1 Н. Исследование на надежность механизма обрезки для вышивального многоголовочного полуавтомата показало его высокую эффективность [11] .

ВЫВОДЫ

Получены зависимости вероятности обрезки ниток от параметров технологического процесса. Определены оптимальные значения параметров технологического процесса обрезки вышивальных ниток.