ПНЕВМОПРИВОД МЕХАНИЗМА ШВЕЙНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2002 года по МПК D05B69/08 

Изобретение относится к области производства и эксплуатации швейных машин.

Известен гидропривод механизма перемещения материала швейного полуавтомата (А.С. SU 363766, D 05 В 69/08, 1966), который не нашел применения из-за нестабильности шага стежка в периоды разгона и торможения главного вала.

Известна конструкция гидропривода механизма продвижения материала швейного автомата (по А. С. СССР 922207, D 05 В 69/08, 1980), которая не нашла применения из-за возникновения гидравлических ударов в золотниковой системе.

Наиболее близкий аналог - известная швейная машина с пневмоприводом (по патенту США 5474003, D 05 В 69/08, 1995), в которой подвижное звено пневмоцилиндра соединено с конечным рабочим звеном, в которой все петлеобразующие конечные звенья связаны с одним пневмоцилиндром за счет взаимной кинематической связи отдельных механизмов друг с другом, что обеспечивает полную синхронизацию работы механизмов машины. Пневмоцилиндр соединен трубопроводами с воздухораспределителем. Пневмопривод имеет управляющий пневмоцилиндр и систему управления, состоящую из общего для всех механизмов машины регулятора расхода сжатого воздуха, связанного с педалью управления.

Недостатки: повышенные динамические нагрузки в механизмах и связанные с ними вибрации и шум вследствие того, что при подаче сжатого воздуха в цилиндр идет постоянное нарастание скорости звеньев, без контролирования скорости в конечной стадии хода, вызывающее в крайних положениях звеньев даже в случае демпфирования появление динамических нагрузок, близких к ударным, что требует дополнительных технических устройств для смягчения ударов звеньев в крайних положениях;
- ударная работа клапанов переключения сжатого воздуха, вызывающая механический шум и повышенные нагрузки на клапаны;
- повышенный расход сжатого воздуха вследствие того, что подача воздуха в пневмоцилиндр осуществляется в течение всего времени хода поршня без использования инерционного движения звеньев после их разгона на первой половине пути, не требующего подачи воздуха на второй половине пути.

Предлагаемым изобретением решается задача: улучшение эксплуатационных характеристик швейной машины путем уменьшения расхода сжатого воздуха.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении уровня вибрации и шума за счет обеспечения оптимальной скорости движения звеньев и уменьшения ударных нагрузок от подвижных звеньев в крайних положениях.

Пневмопривод механизма швейной машины, включающий пневмоцилиндр, с подвижным звеном которого соединено конечное рабочее звено механизма, соединенный трубопроводами с воздухораспределителем, управляющим пневмоцилиндром, систему управления, состоящую из общего для всех механизмов машины регулятора расхода сжатого воздуха, связанного с педалью управления и соединенного трубопроводами с питающим каналом воздухораспределителя. Подвижное звено пневмоцилиндра имеет кинематическую связь с распределительным валом командоаппарата, а воздухораспределитель цилиндрический золотниковый размещен на распределительном валу командоаппарата и имеет образованную дроссельную щель переменной расчетной ширины, ширина которой перекрывает зону выхода отводящего бокового дроссельного отверстия и ширину круглой канавки для воздухораспределителя в корпусе командоаппарата, при этом шток пневмоцилиндра движется принудительно от распределительного вала по синусоидальному закону, причем в полости пневмоцилиндра, из которой вытесняется воздух, обеспечивается изменяющийся в течение цикла подпор сжатым воздухом за счет выполнения криволинейного участка воздухораспределителя с расчетными значениями зазора h (ширины h), изменяющегося по синусоидальному закону.

На фиг.1 приведена конструктивная схема механизма иглы швейной машины с пневмоприводом. Пневмоаппаратура управления и трубопроводы показаны условными графическими изображениями согласно ГОСТ 2.704-76. Тонкими линиями условно показано расположение одного из механизмов этой машины с качающимся конечным звеном. На фиг.2 показаны разрезы А-А и Б-Б командоаппарата.

Пневмопривод механизма иглы по фиг,1, фиг.2 состоит из игловодителя 1, скользящего в направляющих корпуса 2 с помощью стяжного хомута 3, соединенного со штоком 4 пневмоцилиндра 5. Игловодитель 1 и шток 4 через цилиндрический шип хомута 3, шатун 6 и эксцентрик 7 кинематически связаны с распределительным валом 8 командоаппарата 9 швейной машины. (Наличие командоаппарата объясняется тем, что подразумевается применение пневмопривода и для других механизмов машины). Полости пневмоцилиндра 5 через трубопроводы 10, 11 и отверстия 12 корпуса командоаппарата связаны с цилиндрическим золотниковым воздухораспределитетем 13, управляющим работой пневмоцилиндра, размещенным на распределительном валу 8. Командоаппарат имеет канал 14 для подвода через трубопровод 15 сжатого воздуха к воздухораспределителям 13 от регулятора расхода сжатого воздуха 16, регулирующее звено которого связано с педалью управления 17. На канале 18 для отвода отработанного сжатого воздуха установлен шумоглушитель 19, общий для всех механизмов машины. В корпусе командоаппарата для каждого механизма машины выполнены два отверстия 20 для подвода сжатого воздуха из разводящего канала 14 к воздухораспределителю 13, расположенные в одной радиальной плоскости с отверстиями 12. Входы отверстий 12 и 20 на цилиндрической расточке корпуса приближены друг к другу до образования между ними разделительной перемычки шириной 1...2 мм. В расточке корпуса командоаппарата 9 также выполнена круговая канавка 21 для каждого воздухораспределителя, открывающаяся в канал 18. В стенке отверстий 12 выполнено боковое отводящее дросельное отверстие 22 со стороны канавки 21, перекрываемое на участке угла α цилиндрической поверхностью воздухораспределителя 13. Воздухораспределитель 13 имеет на своей цилиндрической поверхности, скользящей по поверхности расточки, распределяющую канавку 23 угловой протяженностью α и пониженный участок 24, расположенный по окружности вне зоны угла α, образующий с поверхностью расточки дроссельную щель переменной расчетной ширины h, ширина которого перекрывает зону выхода дроссельного отверстия 22 и ширину канавки 21. Воздухораспределитель фиксируется на распределительном валу 8 по угловой координате установочным винтом 25 и прижат вместе с другими воздухораспределителями и ручным шкивом 26 винтом 27 к торцу диска 28, заштифтованному на валу 8, образуя скрепленный силами трения блок, вращаемый распределительным валом 8. Ручной шкив 26 выполняет одновременно роль маховика. От осевого смещения блок воздухораспределителей фиксируется кольцом 29 с установочным винтом 30.

Конструкция командоаппарата, показанная на фиг.2, является не единственно возможной. Можно применить конструкцию с дисковым воздухораспределителем, в котором распределительная канавка 23 выполнена на торцевой части диска.

Особенностью швейной машины с предлагаемым пневмоприводом механизмов является отсутствие отдельного привода вращения распределительного вала 8 командоаппарата, вращательное движение которому сообщается одновременно от движущихся штоков всех пневмоцилиндров механизмов, через связанные с ними шатуны 6 и эксцентрики 7.

При работе швейной машины распределительный вал 8 не может оказаться в мертвом положении, (что возможно при работе этого вала только с одним пневмоприводом), поскольку в любой швейной машине конечные рабочие звенья механизмов приходят в крайнее положение не одновременно, а последовательно поодиночке, при этом в любой момент цикла минимум два пневмоцилиндра через свой шатун 6 передают усилие на эксцентрик 7, поворачивая его вместе с валом 8 вокруг его оси. Для подтверждения этого факта на фиг.1 тонкими линиями показано расположение другого механизма швейной машины для конечного звена с качательным движением, из которого видно, что оси эксцентриков 7 двух механизмов расположены в разных плоскостях.

В швейной машине вместо распределительного вала с эксцентриками может использоваться коленчатый вал с соответствующими расположением шатунных шеек.

Наличие на распределительном валу 8 закрепленных вращающихся масс эксцентриков 7, воздухораспределителей 13 и шкива 26 обеспечивает его равномерное вращение. При равномерном вращении распределительного вала 8, с какой бы скоростью ни стремился разогнаться игловодитель 1 от штока 4 под действием постоянного (в течение цикла) давления сжатого воздуха, он будет двигаться со скоростью изменяющейся по синусоидальному закону, т.е. без ударов в крайних положениях, как во всех швейных машинах с эксцентриковой передачей движения от главного вала к конечному звену. Поскольку шток 4 движется принудительно со стороны распределительного вала 8, по синусоидальному закону, то для силовой разгрузки шатуна 6 и эксцентрика 7 в полости пневмоцилиндра 5, из которой вытесняется воздух, обеспечивается изменяющийся в течение цикла подпор сжатым воздухом за счет выполнения участка 24 распределителя 13 с расчетными значениями зазора h, изменяющегося по синусоидальному закону.

Теоретически при правильном расчете и выполнении этого криволинейного участка 24 обеспечивается самостоятельное движение штока 4 по синусоидальному закону от давления сжатого воздуха. При этом функции шатуна и эксцентрика, как двигателей конечного звена механизма, становятся ненужными, но практически эти звенья необходимы для вращения распределительного вала 8 и незначительного, в пределах 5...10% рабочей нагрузки, восприятия возможных несогласованных усилий со стороны пневмоцилиндра, распределительного вала и конечного рабочего звена.

Вращающая сила, приходящаяся на шатун 6, составляет не более 25% от рабочей нагрузки на шатуне такого же механизма в швейной машине с электроприводом, а при плавно изменяющейся скорости вращения эта нагрузка на шатун 6 составляет не более 10% от нагрузки на шатуне электроприводной машины. Поэтому в механизме швейной машины с распределительным пневмоприводом шатун 6 и эксцентрик 7 облегчены, имеют в 4...5 раз меньшую массу, чем в таком механизме машины с электроприводом, что существенно снижает вибрацию швейной машины и энергозатраты на их движение.

Диаметр пневмоцилиндра рассчитывается с учетом суммарной нагрузки, необходимой для движения конечного рабочего звена механизма вместе с эксцентриком 7 и шатуном 6 и для вращения распределительного вала 8 с воздухораспределителем 13.

Ориентировочный расчет диаметра пневмоцилиндра для игловодителя одной из известных машин для условий работы с максимальной скоростью 2500 стежков в минуту и давления сжатого воздуха 6 кгс/см² дает величину диаметра поршня, равную 15...17 мм, что не создает проблем для размещения пневмоцилиндра внутри корпуса машины.

Пневмопривод механизма швейной машины работает следующим образом.

Для пуска механизма и машины в работу нажимают педаль 17, и ее кулачок 31 воздействует на запирающее звено вентиля-регулятора расхода 16, подавая сжатый воздух по трубопроводу 15, начиная с минимальных объемов, в командоаппарат 9. Чем больше поворот педали, тем больше воздуха подается через воздухораспределитель 13 к пневмоцилиндру 5, увеличивая скорость движения игловодителя 1 и скорость вращения распределительного вала 8. Нужная оператору скорость поддерживается удержанием педали в нужной позиции. При отпускании педали скорость игловодителя уменьшается до полного останова при исходном положении педали 17.

Управление переключениями пневмоцилиндра 5 осуществляет воздухораспределитель 13 в определенной последовательности при его вращении вместе с распределительным валом 8 и эксцентриком 7 в направлении стрелки. Поступающий из трубопровода 15 в канал 14 сжатый воздух по отверстию 20, совмещенному в данный момент с распределительной канавкой 23, поступает затем из полости канавки 23 в спаренное с отверстием 20 отверстие 12, направляя сжатый воздух (согласно показанному на фиг.2 положению воздухораспределителя 13) по трубопроводу 11 в связанную с ним напорную полость пневмоцилиндра 5, осуществляя перемещение штока 4 с игловодителем 1 и вращение распределительного вала 8 в соответствующем направлении. В дальнейшем шток 4 приходит в крайнее положение и одновременно с этим начало распределительной канавки 23 подходит ко второму отверстию 20 корпуса, а конец канавки 23 выходит из зоны предыдущего отверстия 20, оставляя его перекрытым цилиндрической поверхностью воздухораспределителя. Как только канавка 23 соединится с полостью второго отверстия 12, сжатый воздух поступит в другую напорную полость пневмоцилиндра, начнется обратный ход штока, во время которого первое отверстие 12 остается перекрытым цилиндрической поверхностью воздухораспределителя и воздух из связанной с этим отверстием полости пневмоцилиндра через его боковое дроссельное отверстие 21 и дроссельную щель, геометрия которой обеспечивает запрограммированный подпор со стороны выхлопа, обеспечивающий движение штока со скоростью, изменяющейся по синусоидальному закону.

При каждом последующем приходе канавки 23 к отверстию 20, что происходит после поворота распределительного вала 8 на 180^o, начинается ход штока 4 из одного крайнего положения в другое.

Заданные циклограммой работы машины начала ходов других механизмов этой машины, имеющих пневмопривод, координируются относительно начала хода игловодителя установкой их воздухораспределителей 13 на распределительном валу 8 со смещением в плоскости вращения на соответствующий угол относительно положения воздухораспределителя 13 механизма иглы.

Для работы предлагаемого механизма иглы, осуществляющего постоянные, через каждую половину цикла, ускорения и замедления игловодителя, важным является уменьшение расхода сжатого воздуха - энергопотребления, что конструктивно зависит от угловой протяженности α распределительной канавки 23. Угол α определяется расчетом, при котором определяется, за какой угол поворота распределительного вала 8 все подвижные звенья механизма приобретут скорость, при которой суммарная кинетическая энергия подвижных звеньев будет достаточной для дальнейшего их движения по инерции до конца хода и для преодоления рабочей нагрузки игловодителя по протягиванию иглы сквозь материал и затягивание ниточной петли, без подачи сжатого воздуха в пневмоцилиндр. Протяженность α канавки 23 должна быть не менее этого расчетного угла поворота распределительного вала.

Для различных механизмов швейной машины угол α может иметь разные значения - от 75 до 80^o для механизмов с большой массой подвижных звеньев и малой рабочей нагрузкой и до 170^o - при малой массе подвижных звеньев и большой рабочей нагрузке.

Чем меньше угол α канавки 23, тем меньше расход сжатого воздуха на работу конкретного механизма.

Применение в пневмоприводе любого из петелеобразующих механизмов швейной машины кинематической связи между штоком силового пневмоцилиндра и распределительным валом в виде кривошипно-шатунной передачи обеспечивает теоретически, как и для рассмотренного механизма иглы, бесшумную и безударную работу звеньев в крайних положениях, вытекающую из синусоидального закона изменения скорости звеньев, что в сочетании с применением облегченных звеньев кривошипно-шатунной передачи значительно снижает вибрации и шум по сравнению с прототипом.

Примененная конструкция цилиндрического золотникового воздухораспределителя, обеспечивающая минимальное расчетное потребление сжатого воздуха, осуществляемое в течение примерно половины хода штока, против расходования сжатого воздуха в машине прототипа, происходящем в течение всего хода штока, позволяет в среднем на 30...40% сократить энергопотребление по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к производству и эксплуатации швейных машин. Индивидуальный пневмопривод для отдельных механизмов швейной машины с прямолинейным или качательным движением конечного рабочего звена состоит из пневмоцилиндра, со штоком которого связано конечное рабочее звено механизма, соединенного трубопроводами с управляющим золотниковым воздухораспределителем, закрепленным на распределительном валу командоаппарата. Распределительный вал командоаппарата общий для всех механизмов машины. Пневмопривод имеет также систему управления подачей сжатого воздуха к воздухораспределителю. Подвижное звено пневмоцилиндра имеет кинематическую связь с распределительным валом командоаппарата. Цилиндрический золотниковый воздухораспределитель размещен на распределительном валу командоаппарата и имеет образованную дроссельную щель переменной расчетной ширины. Ширина щели перекрывает зону выхода отводящего бокового дроссельного отверстия и ширину круглой канавки для воздухораспределителя в корпусе командоаппарата. Шток пневмоцилиндра движется принудительно от распределительного вала по синусоидальному закону. 2 ил.

Пневмопривод механизма швейной машины, включающий пневмоцилиндр, с подвижным звеном которого соединено конечное рабочее звено механизма, соединенный трубопроводами с воздухораспределителем, управляющим пневмоцилиндром, систему управления, состоящую из общего для всех механизмов машины регулятора расхода сжатого воздуха, связанного с педалью управления и соединенного трубопроводами с питающим каналом воздухораспределителя, отличающийся тем, что подвижное звено пневмоцилиндра имеет кинематическую связь с распределительным валом командоаппарата, а воздухораспределитель цилиндрический золотниковый размещен на распределительном валу командоаппарата и имеет образованную дроссельную щель переменной расчетной ширины, ширина которой перекрывает зону выхода отводящего бокового дроссельного отверстия и ширину круглой канавки для воздухораспределителя в корпусе командоаппарата, при этом шток пневмоцилиндра движется принудительно от распределительного вала по синусоидальному закону, причем в полости пневмоцилиндра, из которой вытесняется воздух, обеспечивается изменяющийся в течении цикла подпор сжатым воздухом за счет выполнения криволинейного участка воздухораспределителя с расчетными значениями зазора h, изменяющегося по синусоидальному закону.