Проектирование роботехнических средств для поточных линий прядильного производства

С учетом получим:

.

В v_й цепной передаче имеем:

где - верхнее предельное отклонение шага цепи v_й цепной передачи; - нижнее предельное отклонение шага звездочки v_й цепной передачи; - предельное отклонение длины отрезка цепи v_й цепной передачи; - число звеньев в v_й цепной передаче.

Время выборки в v_й цепной передаче определяется как

,

где - число оборотов ведущей звездочки v_й цепной передачи; - диаметр делительной окружности ведущей звездочки v_й цепной передачи, равный

,

где - шаг цепи v_й цепной передачи; - число зубьев ведущей звездочки v_й цепной передачи.

С учетом имеем:

.

Значения параметров, входящих в , для всех видов рассматриваемых передач определяются по соответствующей литературе и зависят от степени или класса точности исполнения сопряженных звеньев этих передач.

Обозначим время запаздывания передачи в любом зубчатом механизме, как , тогда при имеем:

,

где

- максимальный боковой зазор между взаимодействующими зубьями рассматриваемого механизма; - число оборотов ведущего звена рассматриваемого механизма; - стандартный модуль зубчатого зацепления рассматриваемого механизма.

Время запаздывания передачи в любом цепном механизме обозначим ), тогда суммарное время запаздывания передачи в кинематической цепи любого исполнительного органа робототехнического средства определяется, как

,

где - число зубчатых передач в кинематической цепи исполнительного органа РС; - число зубчатых и цепных передач в кинематической цепи исполнительного органа РС.

В робототехническом средстве необходимо выявить исполнительные органы с максимальным и минимальным значениями времени запаздывания передачи крутящего момента в кинематических цепях исполнительных механизмов.

Определим диапазон времени запаздывания передачи крутящего момента от привода РС к его исполнительным органам, который необходимо учитывать при разработке циклограммы манипулятора:

.

Величина будет влиять на точность позиционирования исполнительных органов РС, а следовательно, на синхронизацию их движений и надежность работы РС. С целью повышения надежности работы РС необходимо стремиться к уменьшению значения , при этом считаем, что должно выполняться условие:

,

где - время цикла рабочего органа РС, имеющего ; - требуемый уровень надежности системы РС.

Ошибка позиционирования рабочего органа, у которого суммарное время запаздывания передачи равно относительно рабочего органа, взаимодействующего с ним в течение цикла работы РС d раз и имеющего , определяется при первом взаимодействии как:

,

где - ошибка позиционирования при первом взаимодействии рабочих органов; - скорость перемещения рабочего органа.

Для надежного функционирования PC при разработке циклограммы последнего требуется выполнить условие:

,

где - допуск позиционирования рабочего органа, определяемый условиями работы PC.

При последнем взаимодействии рабочих органов ошибка их позиционирования относительно друг друга равна:

,

т.е. имеет место накапливание ошибки позиционирования и снижение надежности работы PC. Для того чтобы указанный фактор не оказывал влияния на нормальное функционирование PC, при разработке циклограммы последнего необходимо выполнить следующее условие:

.

Анализ выражений, показывает, что для соблюдения требования и повышения надежности работы PC при разработке его циклограммы следует произвести либо одно из нижеперечисленных действий, либо сочетание из нескольких этих действий:

1) уменьшение числа d взаимодействий между двумя рабочими органами;

2) уменьшение ошибки позиционирования при первом взаимодействии рабочих органов;

3) уменьшение диапазона времени запаздывания передачи от привода PC к его исполнительным органам;

4) уменьшение скорости перемещения рабочего органа;

5) исключение взаимодействия рабочих органов с суммарным временем запаздывания , равным и соответственно, либо сведение этого взаимодействия к одному разу, либо уменьшение значения , либо увеличение значения ;

6) уменьшение числа зубчатых и цепных передач в кинематической цепи исполнительного органа;

7) уменьшение величин максимальных боковых зазоров в передачах кинематической цепи исполнительного органа;

8) увеличение чисел оборотов ведущих звеньев в передачах кинематической цепи исполнительного органа;

9) увеличение стандартных модулей в зубчатых передачах кинематической цепи исполнительного органа;

10) увеличение чисел зубьев ведущих звеньев в передачах кинематической цепи исполнительного органа;

11) уменьшение углов , равных половинам соответствующих углов раствора начальных конусов ведущих звеньев конических ортогональных зубчатых передач, входящих в кинематическую цепь исполнительного органа;

12) увеличение шагов цепей в цепных передачах, входящих в кинематическую цепь исполнительного органа.

Из приведенного перечня следует исключить пп. 4, 9…12 по следующим причинам:

– уменьшение параметра противоречит п. 8; кроме того, для повышения эффективности работы PC необходимо уменьшить время выполнения им рабочего цикла по обслуживанию текстильной машины;

– увеличение параметров или повлечет за собой увеличение габаритных размеров передач, следовательно, увеличится металлоемкость и габаритные размеры всего PC;

– увеличение углов исключаем потому, что в существующих конструкциях PC они приняты равными ;

– увеличение шагов цепей исключаем потому, что в существующих конструкциях PC они приняты равными 12,7 мм.

Очевидно, что кардинальным решением взаимосвязанных проблем повышения надежности работы PC, увеличения степени его быстродействия и синхронизации движений его исполнительных органов является применение в его конструкции беззазорных зубчатых передач, что также позволит при наличии высоких рабочих скоростей исполнительных органов исключить появление удара при соприкосновении нерабочих поверхностей зубьев. Однако это требует высокой культуры машиностроительного производства и применения специальных материалов при изготовлении зубчатых передач PC, что резко повысит себестоимость последнего. Кроме того, наладка и эксплуатация такого PC вследствие условий текстильного производства требует высокой герметичности зубчатых передач и наличия высококвалифицированного обслуживающего персонала.

Более приемлемым является вариант, когда при взаимодействии исполнительных органов один из них, у которого суммарное время запаздывания равно , в этот момент имеет выстой, продолжительность которого определяется как:

,

где - время, необходимое для выполнения совместной технологической операции взаимодействующих исполнительных органов.

Выражение означает увеличение зоны перекрытия временных диапазонов позиционирования исполнительных органов при совместном выполнении ими технологической операции. Как нами отмечалось в п. 1.1, для этой цели лучше всего использовать кулачковые механизмы. Далее выходное звено исполнительного механизма необходимо выполнить самоустанавливающимся и саморегулируемым, что позволит повысить точность позиционирования. Применение в кинематической схеме PC плоских и пространственных зубчатых механизмов должно быть рациональным; цепные передачи не должны иметь большое межосевое расстояние. Для получения равнозначной вероятности безотказной работы всех исполнительных органов PC необходимо также учитывать надежность элементов системы и последовательность их соединений.

1.6 Контроль надежности робототехнического средства при испытаниях

С целью дальнейшего повышения надежности работы РС функционирование данной системы рекомендуется на стадии отработки опытного образца исследовать методами технической диагностики, позволяющими произвести распознавание состояний системы и оценить полученную диагностическую информацию. Состояниями системы РС являются типовые состояния неисправности и нормальное состояние, определяющее наиболее важный показатель надежности, т.е. отсутствие отказов во время функционирования системы. Исследование отказов при эксплуатации системы является одним из факторов, используемых при разработке мероприятий по повышению надежности. Поскольку элементы системы РС находятся в сложной функциональной зависимости друг с другом, поэтому получение такого показателя надежности, как вероятность безотказной работы, обычным методом неприемлема, т. к. не дает возможности выявить «слабые» элементы системы, которые следует в дальнейшем подвергнуть конструктивной отработке. Анализ состояний при использовании методов технической диагностики производится в условиях эксплуатации, при которых получение информации крайне затруднено, поэтому не представляется возможным по имеющейся информации сделать однозначное заключение, вследствие чего используются статистические методы. Благодаря своей простоте и эффективности среди этих методов технической диагностики наибольшее распространение получил метод, основанный на обобщенной формуле Байеса, который предлагается использовать для исследования РС текстильных машин. В качестве признаков системы РС возможно использование легко наблюдаемых без разборки манипулятора случаев нарушения нормального функционирования его элементов: - самопроизвольные остановки в точках их позиционирования; - увеличение погрешности точности их позиционирования; - увеличение погрешности времени их прохождения между характерными точками траектории. При наличии низких рабочих скоростей исполнительных органов данные признаки могут быть выявлены визуально, при высоких скоростях наблюдать их позволяет применение киносъемки.

Для анализа системы РС на основе применения формулы Байеса необходимы статистические сведения о характеристике состояний системы, их количестве в испытании и количестве наблюдаемых признаков в испытании. На основании статистических сведений определяется вероятность состояния по формуле:

,

где - количество состояний в испытании; - общее число испытаний.

Далее определяется вероятность появления признака у системы с состоянием согласно выражению:

,

где - количество признаков в испытании, имеющих состояние .

Условная вероятность состояния для некоторого состояния, при комплексе признаков к согласно формуле Байеса равна:

,

где комплекс признаков к рассматриваем состоящим из признаков , , , которые предполагаем независимыми, тогда вероятность рассматриваем как вероятность сложного события, равную произведению вероятностей простых событий:

,

Окончательно имеем:

.

При пользовании формулой отсутствие какого-либо признака, например , рассматривается как противоположное событие с вероятностью . Состояния , , …, , …, образуют полную группу несовместных событий.

Характеристика состояний РС, а именно: неисправность элементов по отдельности или в совокупности друг с другом, определяется визуально отсутствием передвижения манипулятора вдоль фронта текстильной машины при подаче сигнала на включение его в работу, а также при отсутствии передачи движения от привода ходовой секции и привода рабочей секции исполнительным органам РС. Для создания оптимальных условий наблюдения за работой РС ограждения, закрывающие кинематические связи элементов между собой, снимаются, при этом необходимо соблюдать осторожность. Признаки при испытании РС наблюдаются следующим образом: признак - самопроизвольные остановки в точках позиционирования, определяется исходя из того условия, что кинематические связи между элементами системы задействованы, а исполнительный орган останавливается в какой-либо точке своего позиционирования при отсутствии выстоя в циклограмме его движения; признак - увеличение погрешности точности позиционирования, определяется исходя из того условия, что наблюдается отсутствие четкого взаимодействия между элементами системы РС и текстильной машиной, следствием чего является нарушение технологического процесса функционирования РС; признак - увеличение погрешности времени прохождения между характерными точками траектории, определяется исходя из того условия, что наблюдается отсутствие четкого взаимодействия между элементами самой системы РС, следствием чего является нарушение синхронизации движений между исполнительными органами.

На основании проведенных наблюдений при испытаниях системы РС составляются сводные таблицы: качественных и количественных характеристик состояний и признаков, наблюдаемых при испытании манипулятора; итогов обработки результатов испытаний манипулятора. По результатам последней таблицы определяются наиболее характерные состояния и детерминирующие признаки, присущие РС, после чего производится его конструктивная доработка.

В п. 1 отмечалось, что процесс проектирования является определяющим по возможности обеспечения надежности систем. Однако системы проектируются при наличии некоторой неопределенности относительно приспособленности отдельных элементов системы и системы в целом к нормальному функционированию в реальных, но недостаточно известных при проектировании условиях. Спроектированные таким образом системы, как правило, не лишены некоторых недостатков и до внедрения в серийное производство требуют конструкторской отработки. Основными задачами конструкторской отработки системы «робототехническое средство» являются: проверка правильности выбранных конструктивно-технических и схемных решений системы; обоснование целесообразности проведения, а также оценка эффективности доработок; определение количественных характеристик надежности сложной системы «робототехническое средство» и разработка рекомендаций по ее повышению; проверка выполнения количественных требований по надежности и обоснование решения о серийном производстве и принятии в эксплуатацию системы данной модификации. Эти задачи являются общими практически для всех видов элементов системы «робототехническое средство», а методы их решения во многом определяют качество конструкторской отработки системы. Так как стоимость изготовления системы «робототехническое средство» высока, то сначала проектируются и создаются несколько опытных образцов, которые затем подвергаются испытаниям. Если в процессе испытаний происходит отказ системы, то обработкой имеющейся информации делается попытка оценить причину, вызвавшую появление отказа. По результатам подобных исследований проводится доработка системы «робототехническое средство», направленная на устранение предполагаемых или установленных причин появления отказов. Если причины появления отказов установлены, то доработка повышает надежность системы. Конструкторские испытания системы «робототехническое средство» рекомендуется проводить по способу отработки системы в целом без предварительной отработки ее основных элементов, это обосновывается тем, что выполняемые исполнительными органами РС технологические операции взаимообусловлены и требуют синхронизации движений элементов системы. При этих испытаниях каждый отказ системы несет достаточное количество информации для установления причины его появления и разработки мероприятий по проведению соответствующих доработок.

Поскольку «робототехническое средство» относится к открытым и секвентивным системам, поэтому исследовать надежность такой системы следует в совокупности с текстильной машиной, при этом образуется новая система - «робототехническое средство - текстильная машина», в которой РС является подсистемой.

Определим необходимое число отрабатываемых РС циклов по обслуживанию им текстильных машин или необходимое количество рабочих мест на текстильной машине, обслуживаемых РС, при конструкторской отработке системы «РС - текстильная машина». Необходимое число отрабатываемых циклов определяется из условия:

где и характеризует собой верхний предел возможных значений надежности; и характеризует требуемый уровень надежности системы; и характеризует надежность системы до доработки; и характеризует степень неопределенности установления конструктивных, недостатков системы после одного неуспешного испытания.

При этом следует заметить, что значение заимствовано из технических требований на проектирование РС, а значение как можно ближе должно достигать уровня значения ; значения и взяты по одному из своих граничных значений с тем условием, что увеличивают значение необходимого количества отрабатываемых циклов для получения большего объема информации о надежности системы «РС - текстильная машина». После подстановки значений в формулу определяем :

В соответствии с принимаем необходимое количество отрабатываемых циклов РС равным . Далее, учитывая, что отрабатывается система «РС - текстильная машина», в которой число обслуживаемых рабочих мест РС может превышать значение , следует сделать вывод о том, что

,

где - коэффициент пропорциональности, равный целому числу.

При условии обслуживания РС группы из числа текстильных машин, каждая из которых имеет рабочих мест, значение определяется выражением:

.

Полученное значение по зависимостям и не должно быть менее 179.

Следует отметить, что формула определяет верхнюю границу требуемого количества испытаний для достижения заданного уровня надежности системы.

Испытание системы «РС - группа текстильных машин» рекомендуется начинать примерно с числа текстильных машин. При получении достаточно высокого показателя надежности работы РС зона обслуживаемых им текстильных машин расширяется, а при получении низкого значения показателя надежности зона обслуживания снижается. Поскольку на текстильных машинах количество рабочих мест равно , поэтому при получении низкого показателя надежности и снижении зоны обслуживания РС текстильных машин в условиях дальнейших испытаний манипулятор должен обойти также не менее рабочих мест, т.е. при обслуживании машин он производит рабочие циклы на одной из машин дважды, а при обслуживании одной текстильной машины он производит рабочие циклы на ней раз. Соблюдение этого условия необходимо для равнозначности информации, полученной при различных видах испытаний PC.

При получении достаточно высокого показателя надежности работы PC и увеличении зоны обслуживания им текстильных машин в условиях дальнейших испытаний манипулятор должен обслужить все рабочие места на каждой машине. Следует заметить, что во всех экспериментах должно участвовать одно и то же PC, т.е. необходимо соблюдать «чистоту» эксперимента, т.к. одни и те же конструкции имеют индивидуальные особенности, которые могут сказаться на результатах исследования.

2. Новые технические решения робототехнических средств для машин прядильного производства

Ранее в п. 1 отмечалось, что каждый этап разработанного метода проектирования робототехнических средств текстильных машин может быть использован как самостоятельный способ проектирования.

С целью выявления новых технических решений PC для машин прядильного производства приведем применение этапа моделирования структурных схем исполнительных органов PC разработанного метода как самостоятельного способа проектирования.

Произведем синтез структурных схем исполнительных механизмов робототехнических средств на основе разработанной морфологической матрицы. По желанию конструктора или требованию заказчика данная матрица может быть уменьшена или расширена и более конкретизирована, т.е. «привязана» к техническим требованиям на проектируемое робототехническое средство.

Покажем это на примере механизма сопла автосъемника бобин для пневмомеханических прядильных машин.

Увеличим число независимых свойств в параметре и в введем еще три дополнительных параметра. Получим:

- форма выходного звена механизма сопла, совершающего захват обрезанной нити:

а) прямолинейная ;

б) Г-образная ;

в) C_образная ;

г) Z_образная .

- тип выходного звена механизма сопла, совершающего обрезку нити:

а) электромагнитные ножницы ;

б) Г-образный резак ;

в) прямолинейный резак ;

г) резак по форме всасывающего отверстия сопла ;

д) резак, имеющий форму окружности .

- место расположения устройства отрезания нити механизма сопла:

а) около каждого рабочего места на пневмопрядильной машине ;

б) на устройстве механизма сопла, совершающего захват отрезанной нити .

- наличие устройства второй обрезки нити у механизма сопла:

а) не имеется ;

б) имеется .

Преобразованная в соответствии с дополнительными условиям морфологическая матрица имеет следующий вид:

Согласно полное число решений по формуле как для отдельного исполнительного механизма, так и для всего РС по формуле увеличится.

Произведем синтез технических решений механизма сопла автосъемника бобин путем выбора альтернативных вариантов в морфологической матрице.

В приведенных далее матрицах выделенные параметры относятся к выбранным техническим решениям проектируемых механизмов.

Составим описание выбранных технических решений.

Сущность технического решения морфологической матрицы механизма сопла автосъемника бобин, представленной на рис. 11, поясняется чертежами, где на рис. 12 изображена общая схема устройства; на рис. 13 - узел захвата пряжи и переброски ее через устанавливаемый в паковкодержатель патрон; на рис. 14 - вид А по рис. 13.

Автосъемник бобин для пневмопрядильной машины содержит механизм 1 захвата и установки в паковкодержатель 2 патрона 3, механизм 4 управления паковкодержателем и узел 5 захвата пряжи 6 и переброски ее через устанавливаемый в паковкодержатель патрон. Узел 5 имеет сопло 7 со средством для перерезания пряжи в виде ножниц, размешенных на самом сопле 7. Сопло 7 установлено с возможностью принудительного поворота посредством привода, имеющего жестко связанную с соплом шестерню 8, зубчатый сектор 9, закрепленный на приводном валу 10, связанном посредством звездочки и цепи 12 с механизмом 1 захвата и установки патрона.

Привод имеет два входящих в зацепление одно с другим зубчатых колеса, из которых ведущее колесо 13 установлено на валу 10 и через вал 10 жестко связано с зубчатым сектором 9 и диском 14 фиксатора сопла в его нерабочем положении. Ведомое зубчатое колесо 15 с соосно закрепленным на нем колесом 16, имеющим два зубчатых сектора, установлено на оси 17, размещенной на раме 18 устройства. Колесо 16 имеет возможность зацепления своими зубчатыми секторами с шестерней 8 сопла, на торце которой закреплен диск 19 фиксатора сопла, выполненный с выемкой на ободе.

Диск 14 выполнен с выступом 20 на ободе и установлен с возможностью размещения выступа 20 в выемке диска 19, а зубчатый сектор 9 имеет возможность зацепления с шестерней 8 сопла с последующим выходом из него. На раме 18 закреплены упоры 21 и 22 для ограничения рабочих положений сопла, имеющего -образную форму.

Устройство работает следующим образом.

Движущееся вдоль машины устройство при установлении завершения на ее определенном прядильном месте формирования паковки останавливается и подает сигнал на сброс патрона с расположенной над машиной полки 23 на специальный желоб 24 устройства. Механизм 1 захвата и установки патрона из исходного положения начинает движение к желобу, захватывает из него патрон и перемещается с ним к месту его установки в рычаги паковкодержателя. Одновременно с механизмом 1 начинает свой рабочий цикл и узел захвата пряжи и переброски ее через патрон. Движение от вала механизма 1 захвата и установки патрона посредством цепной передачи через звездочку 11 передается валу 10. Далее вал 10 приводит во вращение зубчатое колесо 13, зубчатый сектор 9 и диск 14 с выступом. В начале рабочего цикла узла 5 диск 14 находится в зацеплении с диском 19, в результате чего происходит выстой сопла 7 в исходном положении. При выходе дисков из зацепления один с другим в зацепление входят шестерня 8 и колесо 16, закрепленное на ведомом зубчатом колесе 15, следствие этого происходит перемещение сопла 7 в сторону пряжи, выходящей из вытяжных валов 25 прядильной машины. Дойдя до своего нижнего крайнего положения, сопло останавливается у упора 21, производятся перерезание пряжи ножницами, захват и удержание пряжи соплом. В это же время колесо 16 выходит из зацепления с шестерней 8 и в зацепление с последней входит зубчатый сектор 9, в результате этого сопло с захваченной им пряжей начинает движение в сторону механизма 1 захвата и установки патрона, находящегося в данный момент у желоба 24. Сопло с захваченной им пряжей доходит до верхнего крайнего положения и останавливается у упора 22. В этот период времени зубчатый сектор 9 выходит из зацепления с шестерней 8, а механизм 1 захвата и установки патрона со взятым им из желоба патроном пересекает траекторию пряжи, удерживаемой в данный момент соплом 7, в результате чего происходит перекидка пряжи через устанавливаемый патрон. Далее колесо 16 входит в зацепление с шестерней 8, вследствие чего сопло возвращается в свое исходное положение, в котором оно четко зафиксировано при помощи находящихся в данный момент в зацеплении посредством выступа и выемки дисков 14 и 19. Механизм 1 захвата и установки пустого патрона производит сбрасывание полной паковки на ленту транспортера и установку патрона с перекинутой через него нитью в рычаги паковкодержателя прядильной машины, которые к этому моменту находятся в верхнем крайнем положении вследствие работы механизма 4 управления паковкодержателем пневмомеханической прядильной машины. Далее паковкодержатель возвращается в нижнее крайнее положение, и начинается процесс наработки паковки.



Рис. 11. Морфологическая матрица технического решения механизма сопла автосъемника бобин

Сущность технического решения морфологической матрицы, представленной на рис. 15, поясняется чертежами, где на рис. 16 изображена общая схема устройства; на рис. 17 - узел захвата и переброски пряжи через устанавливаемый в паковкодержатель патрон, разрез; на рис. 18 - электрические контакты в разрезе; на рис. 19 - средство для перерезания пряжи; на рис. 20, 21 - узел захвата и переброски пряжи в рабочем положении; на рис. 22 - средство для перерезания пряжи со связью силового элемента с электрическими контактами.

Рис. 15. Морфологическая матрица технического решения механизма сопла автосъемника бобин

Автосъемник бобин для пневмопрядильной машины содержит смонтированную с возможностью перемещения вдоль машины каретку 1 и установленные на ней механизм 2 захвата и установки в паковкодержатель 3 патрона 4, механизм управления 5 паковкодержателем и узел 6 захвата пряжи 7 и переброски ее через устанавливаемый в паковкодержатель патрон.

На каретке 1 на оси 8 посредством подшипников 9 установлен блок звездочек 10, кинематически связанный с приводом механизма 2 захвата и установки патрона. На блоке звездочек 10 установлен кривошип 11, связанный с кулисой 12 посредством размещенного в ее криволинейном пазу 13 пальца 14. На свободном конце кулисы посредством подшипников установлены два пространственных кулачка 15, связанных ременными передачами 16 и 17 с блоком 18 шкива со звездочкой, получающим вращение через промежуточную звездочку 19 от блока звездочек 10. На кулисе 12 на оси 20 консольно установлена -образная трубка 21, на которой закреплен подпружиненный фрикционный ролик 22, имеющий возможность вращения совместно с трубкой 21 на оси и продольного перемещения вдоль нее посредством кулачков 15. На торце ролика 22 закреплен сепаратор 23 с шариками 24, прижатыми пружиной 25 к кулачкам 15.

Фрикционный ролик 22 имеет фиксатор положения, выполненный в виде установленного на кулисе конечного выключателя 26 со стержнем 27, размещенным в выемке 28 фрикционного ролика с возможностью вывода из нее.

Фрикционный ролик 22 установлен с возможностью контактирования ободом с ободом приводного упругого ролика 29 при повороте кулисы, установленного посредством подшипников 30 на оси на каретке 1 и связанного со звездочкой 31, приводимой во вращение цепью от блока звездочек 10.

На конце трубки 21 установлено средство для перерезания пряжи, имеющее неподвижную 32 и поворотную 33 зажимные губки с размещенными на их свободном конце гибкими направляющими 34 и закрепленными на губках режущими элементами 35. Средство для поворота губки 33 имеет подпружиненный силовой элемент в виде электромагнита 36, размещенного в трубке и электрически связанного со скользящим электрическим контактом в виде стержня 37. Стержень 37 размещен в изолирующей втулке 38 в трубке 21 и имеет на торце выемку, в которой размещен прижатый к нему пружиной 39 завальцованный на конце стержня 40 второго скользящего электрического контакта шарик 41. Стержень 40 размещен в электрически связанной с датчиком втулке 42, закрепленной в изолирующей втулке 43, установленной в отверстии оси 20.

Устройство работает следующим образом.

При завершении формирования паковки на каком-либо прядильном месте машины перемещающаяся вдоль нее каретка 1 останавливается у соответствующего места. Пустой патрон 4, находящийся на расположенной над прядильным местом машины полке, сбрасывается в направляющий желоб. Механизм 2 захвата и установки пустого патрона из исходного положения начинает движение к желобу, захватывает из него патрон 4 и перемещает его к месту установки в рычаги паковкодержателя. Одновременно движение от вала механизма захвата и установки патрона посредством цепной передачи через блок звездочек 10 передается соединенному с ним кривошипу 11, палец 14 которого поворачивает кулису, скользя по прямолинейному участку ее паза 13 и перемещая ее из нижнего положения. От блока звездочек 10 вращение передается шкивам 44 и 45 кулачков 15, вращение которых вызывает осевое возвратно-поступательное перемещение фрикционного ролика 22 вместе с трубкой 21. В результате этого при подъеме кулисы 12 зажимные губки на конце трубки попадают в зону веера раскладки пряжи и, пересекая траекторию пряжи, улавливают ее, при этом их гибкие направляющие контролируют веер раскладки пряжи. По сигналу датчика электрические контакты 41, 37 передают электрический сигнал электромагниту 36, который поворачивает губку 33 в направлении к неподвижной губке 32, в результате чего пряжа перерезается и ее конец зажимается между губками.

Выполнение электрических контактов 41, 37 скользящими позволяет трубке 21 совершать вместе с фрикционным роликом 22 возвратно-поступательные перемещения.

При подходе кулисы 12 к своему крайнему верхнему положению конечный выключатель 26 выводит стержень 27 из выемки фрикционного ролика 22 и освобождает его от фиксации. В этот момент фрикционный ролик 22 входит своим ободом в контакт с ободом приводного ролика 29, получающего вращение от блока звездочек 10 с помощью жестко связанной с роликом 29 звездочки 31. В результате этого фрикционный ролик 22 вместе с трубкой 21 приводится во вращение в направлении, противоположном направлению вращения блока звездочек 10, чем осуществляется наматывание зажатого между губками 32 и 33 конца пряжи на патрон. В этот момент палец 14 кривошипа 11 находится в зоне криволинейного участка паза кулисы с радиусом кривизны, равным длине кривошипа. Поэтому кулиса находится в положении выстоя. При вращении фрикционного ролика 22 трубка 21 совершает вращательное и возвратно-поступательное движение, чем обеспечивается раскладка наматываемой пряжи на патрон, удерживаемый механизмом 2 его захвата и установки в паковкодержатель, находящимся в данный момент в положении выстоя. При этом всегда сохраняется зазор между патроном и свободным концом трубки с зажимными губками.

Далее кулиса 12 начинает возвращаться в свое исходное основное положение, посредством чего пряжа затягивается на патроне. В результате прерывания датчиком электрического сигнала поворотная губка 33 отводится пружиной 46 от неподвижной губки 32 и освобождает конец пряжи. Затем конечный выключатель 26 возвращает стержень 27 в исходное положение, в котором он располагается в выемке фрикционного ролика 22, фиксируя его и трубку 21 от поворота.

Механизм 2 захвата и установки патрона возобновляет свое движение в сторону паковкодержателя, освобождает паковку из него, сбрасывает ее на отводной ленточный транспортер и устанавливает в паковкодержатель патрон с начальными витками пряжи на нем, после чего паковкодержатель зажимает патрон и перемещается в зону намотки пряжи.

Произведем синтез технического решения устройства нахождения и отматывания конца пряжи на бобине, предназначенного в основном для установки в автоприсучальщике пряжи для пневмопрядильной машины путем выбора альтернативных вариантов в морфологической матрице. При этом число параметров в данной матрице сокращается. Отметим, что при использовании максимально конкретизированной и расширенной матрицы многие ее параметры могут оказаться не востребованными.

Составим описание выбранного технического решения.

Сущность технического решения морфологической матрицы проектируемого устройства, представленной на рис. 23, поясняется чертежами, где на рис. 24 изображена общая схема устройства; на рис. 25 - вид А по рис. 24; на рис. 26 - механизм реверса; на рис. 27 - положение мостика механизма реверса относительно ведущей звездочки; на рис. 28 - валик механизма реверса для отматывания пряжи с бобины; на рис. 29 - вид Б по рис. 28; на рис. 30 - сечение В-В по рис. 29.

Устройство нахождения и отматывания конца пряжи на бобине текстильной машины содержит полый двуплечий рычаг 1, зафиксированный в неподвижной опоре 2, с установленным на его глухом конце роликом 3, находящимся посредством пружины 4 во фрикционном контакте с кулачком 5. В направляющем продольном пазу 6 рычага 1 установлен ролик 7, смонтированный на глухом конце подвижной направляющей 8 и находящийся посредством пружины 9, закрепленной на направляющей 8, во фрикционном контакте с кулачком 10. Последний связан цепной передачей посредством ведущей звездочки 11, размещенной в неподвижной опоре 2, с ведомыми звездочками 12 и 13, зафиксированными на его оси. Ведомая звездочка 13 связана цепной передачей с ведомой звездочкой 14, установленной на оси кулачка 5.

Рис. 23. Морфологическая матрица технического решения проектируемого устройства

Рис. 27. Положение мостика механизма реверса

На рычаге смонтирован механизм реверса 15, содержащий ведущую звездочку 16, консольно установленную в неподвижной опоре 2. Вокруг звездочки 16 симметрично расположены направляющие 17 и 18, определяющие положение цепи 19, связывающей направляющие звездочки 20 и 21, натяжные звездочки 22 и 23, расположенные в подвижных опорах 24 и 25 соответственно, с ведомой звездочкой 26. Подвижный шток 27 механизма реверса 15, расположенный в глухом отверстии подвижной направляющей 8, снабжен -образным рычагом 28, в котором установлена ведомая звездочка 26, и компенсирующей пружиной 29. В замкнутый контур цепи 19 введен мостик 30, представляющий собой звено с шагом, большим наружного диаметра ведущей звездочки 16.

В -образном рычаге 28 с опорной поверхностью для гибкой оболочки, выполненной в виде дуги окружности, смонтирован валик 31 для отматывания конца пряжи с бобины, состоящий из секторов 32, имеющих гибкую, эластичную перфорированную оболочку, соприкасающийся с бобиной 33. Радиальная поверхность секторов имеет форму канавки шкива, при этом толщина одной из торцовых стенок 34 валика 31, обращенная к машине, превышает толщину ее оболочки.

Для передачи конца пряжи следующему исполнительному органу валиком 31 для отматывания пряжи с бобины 33 устройство снабжено направляющим лотком 35.

Устройство работает следующим образом.

Полый двуплечий рычаг 1 из крайнего нижнего положения поворачивается вокруг неподвижной опоры 2 в крайнее верхнее положение посредством ролика 3, находящегося во фрикционном контакте за счет пружины 4 с кулачком 5. В то же время подвижная направляющая 8 выдвигается из рычага 1 посредством перемещения ролика 7, находящегося во фрикционном контакте за счет пружины 9 с кулачком 10, вдоль направляющего продольного паза 6. Кулачки 5 и 10 приводятся в движение посредством цепных передач от ведущей звездочки 11 к ведомым звездочкам 12, 13, 14. Механизм реверса 15 получает движение от ведущей звездочки 16, консольно установленной в неподвижной опоре 2. При выдвижении подвижной направляющей 8 валик 31 отматывания пряжи с бобины 33 вступает с наработанной бобиной, предварительно приподнятой над поверхностью мотального вала, во фрикционный контакт. При этом поверхность сектора 32 за счет имеющийся возможности перемещения подвижного штока 27 в глухом отверстии направляющей 8 при помощи компенсирующей пружины 29 плотно прижимается к поверхности бобины. Валик 31 получает вращение от ведущей звездочки 16 через направляющие звездочки 20 и 21 и натяжные звездочки 22 и 23 посредством цепи 19, в замкнутый контур которой введен мостик 30, передающий движение ведомой звездочке 26, установленной так же, как и валик 31 в С-образном рычаге 28. При этом гибкая оболочка сектора 32 валика 31 за счет перфорации и компенсирующей пружины 29 подсасывает конец пряжи и заставляет бобину 33 вращаться в сторону, противоположную вращению валика 31, происходит сматывание пряжи с бобины 33 и наматывание ее на поверхность валика 31. Поскольку сектор 32 имеет форму канавки шкива, гибкая оболочка охватывает и торцовую поверхность бобины 33, улавливая с нее конец пряжи. Возникновению фрикционного контакта по всей соприкасающейся поверхности между валиком 31 и бобиной 33 способствует то, что гибкая оболочка сектора 32 зажимается между бобиной и опорной поверхностью С-образного рычага 28. При наматывании определенной длины пряжи на валик 31 последний изменяет направление своего вращения, потому что звездочка 16 «проскакивает» в мостик 30, имеющий шаг больше ее наружного диаметра. Мостик 30 оказывается с противоположной стороны звездочки 16, и направление движения цепи 19 изменяется. Направляющие 17 и 18 служат для определения положения цепи 19 при «проскакивании» звездочки 16 в мостик 30, а подвижные опоры 24 и 25 - для поддержания натяжения в цепи 19 при изменении ее длины в процессе выдвижения подвижного штока 27. При изменении направления вращения валика 31 подвижная направляющая 8 задвигается, при этом фрикционный контакт с бобиной 33 разрывается, и она перестает вращаться. Пряжа сматывается с валика 31 и посредством возвращения рычага 1 в крайнее нижнее положение и направляющего лотка 35 передается следующему исполнительному органу.

Сущность технического решения морфологической матрицы проектируемого механизма, представленной на рис. 31, поясняется чертежами, где на рис. 32 изображен общий вид устройства; на рис. 33 - вариант исполнения ползуна устройства.

Рис. 31. Морфологическая матрица проектируемого механизма

Механизм для воспроизведения сложного профиля содержит основание 1, установленные на нем два кулачка 2 и 3, взаимодействующие с ними толкатели и ведущий кривошип 4. Последний установлен на основании 1 в подшипниках 5 и связан с приводным элементом 6. Кулачки 2 и 3 зафиксированы. Один из толкателей выполнен в виде ползуна 7, установленного на ведущем кривошипе 4 с возможностью возвратно-поступательного перемещения, подпружиненного пружиной 8 относительно него и имеющего две оси 9 и 10, перпендикулярные оси ведущего кривошипа 4. На оси 9 с возможностью вращения установлен ролик 11, предназначенный для взаимодействия с кулачком 2. Второй толкатель выполнен в виде двуплечего рычага 12, установленного с возможностью вращения на оси 10 ползуна 7 и связывающего двуплечий рычаг и кулачок 3, выполненный торцовым и имеющий направляющую канавку. Для взаимодействия с последней на одном конце двуплечего рычага 12 через пружину 13 и ось 14 установлен завальцованный шарик 15. Другой конец двуплечего рычага предназначен для связи с рабочим органом.

С целью сокращения габаритов механизма ползун 7 может быть выполнен в виде стакана и подпружинен двумя пружинами 8 и 16. Расположение пружины 16 внутри пружины 8 позволяет увеличить жесткость последней, не изменяя ее габаритов.

Механизм работает следующим образом.

При вращении ведущего кривошипа 4 вокруг кулачка 2 ролик 11 и ползун 7 перемещаются вдоль его оси. Вследствие этого изменяет свое положение двуплечий рычаг 12. Одновременно последний совершает поворот вокруг своей оси, обусловленный взаимодействием, закрепленного на одном из его концов шарика с направляющей канавкой, выполненной на торцовом кулачке 3. В результате установленный на другом конце двуплечего рычага рабочий орган совершает сложное движение. Согласование переменного радиуса кривизны поверхности кулачка 2 и формы линии направляющего торцового профиля кулачка 3 дает возможность получения разнообразных форм траекторий рабочего органа.

Отметим, что на основе разработанной морфологической матрицы было выявлено еще несколько технических решений автосъемника бобин для пневмомеханических прядильных машин.

3. Проектирование усовершенствованного автосъемника бобин АС_120 для пневмомеханической прядильной машины ППМ_120

Практика эксплуатации пневмомеханических и роторных прядильных, прядильно-крутильных машин, установленных в поточных линиях, показывает, что в настоящее время на международном текстильном рынке сформировалась потребность в высокоскоростном прядильном оборудовании. В связи с этим все острее встает проблема разработки надежных специальных роботизированных средств для выполнения вспомогательных операций на данных текстильных машинах. Одной из таких вспомогательных операций является съем наработанной бобины и замена ее пустым патроном на текстильной машине.

Существующий отечественный автосъемник бобин АС_120 производит вышеназванную технологическую операцию на пневмомеханической прядильной машине ППМ_120 недостаточно надежно, что отрицательным образом сказывается на КПВ оборудования, производительности труда, снижении себестоимости продукции и облегчении физического труда съемщиц. Поэтому возникла необходимость создания новой более надежной конструкции автосъемника бобин.

3.1 Анализ структурных схем основных рабочих органов существующего автосъемника бобин АС_120

С целью уменьшения трудозатрат на проектирование и изготовление усовершенствованного механизма автосъемника бобин следует использовать возможность модернизации существующей конструкции. Для этого по конструкторской документации были составлены структурные схемы основных исполнительных органов робототехнического средства АС_120, который выполняет следующие операции:

– обнаруживает требуемый диаметр наработанной бобины;

– останавливается около рабочего места прядильной машины, где обнаружена бобина с требуемым наработанным диаметром;

– производит сброс в накопитель патрона, предварительно уложенного на полку, расположенную вдоль фронта прядильной машины;

– производит захват патрона из накопителя и установку его в рычаги бобинодержателя прядильной машины;

– производит обрезку и захват нити в зоне между вытяжными валами и направляющим брусом прядильной машины;

– производит подъем-опускание, разжим-зажим рычагов бобинодержателя прядильной машины, выталкивание наработанной бобины;

– производит перекидывание обрезанной нити через устанавливаемый патрон;

– движется вдоль фронта прядильной машины.

Основными исполнительными механизмами данного автосъемника бобин являются механизм захвата и смены патронов, механизм сопла и механизм управления рычагами бобинодержателя пневмопрядильной машины.

Механизм захвата и смены патронов существующего автосъемника представляет из себя шарнирный четырехзвенный механизм с переменной длиной шатуна 2, имеющего паз, в котором установлен палец, закрепленный на коромысле 3. Данный исполнительный орган имеет две степени свободы и осуществляет захват патрона из накопителя, передачу движения рычагу механизма сопла для перебрасывания нити, захваченной последним, через транспортируемый патрон, выталкивание бобины из рычагов бобинодержателей прядильной машины на ленту транспортера и установку патрона в рычаги бобинодержателей. При вращении ведущего звена - кривошипа 1 - рычаг 3 захвата и смены патронов, функционирующий как коромысло, имеет фазы работы при максимальной и минимальной длине шатуна 2, т.е. при выборке его паза, в остальных случаях имеют место фазы выстоя, обусловленные наличием пружины 4, определяющей начальный угол фиксации рычага захвата и смены патронов.

С целью определения оптимальных параметров наладки данного механизма для синхронизации его движения с функционально-взаимодействующим с ним механизмом сопла автосъемника бобин исследовать циклы установившегося движения в зависимости от регулировки начальной длины шатуна 2, при неизменной длине и расположении паза, и начального угла фиксации рычага захвата и смены патронов 3. Аналитические зависимости между параметрами механизма захвата и смены патронов определялись методом замкнутых векторных контуров.

Результаты расчетов зависимости цикла установившегося движения механизма захвата и смены патронов существующего автосъемника и регулировки длины представлены в табл. 2.

Анализ полученных результатов показал, что при максимальной длине шатуна, равной 232,7 мм, суммарная фаза работы рычага захвата и смены патронов минимальна, кроме того, не имеется второй фазы подхода этого звена к бобине, вследствие чего не произойдет выталкивания последней из рычагов бобинодержателя пневмопрядильной машины и установки в них пустого патрона; максимальная суммарная фаза работы рычага 3 захвата и смены патронов наблюдается при установке минимальной длины шатуна 2 и равна 210 град. Суммарная фаза выстоя рычага 3 захвата и смены патронов, необходимая для взаимодействия с механизмом сопла и механизмом рычагов бобинодержателя, минимальна.

Таблица 2. Фазы циклограммы механизма захвата и смены патронов

в зависимости от регулировки начальной длины шатуна

Наименование фазы	Граничные значения фазы
	при =221,3 мм	при =227 мм	при =232,7 мм
1. Выстой	0-38	0-50	0-58
2. Работа: в т.ч. к накопителю; к бобине	38-109 38-82 82-109	50-96 50-77 77-96	58-84 58-75 75-84
3. Выстой	109-184	96-180	84-331
4. Работа: в т.ч. к бобине; к накопителю	184-323 184-260 260-323	180-327 180-262 262-327	331-335 - 331-335
5. Выстой	323-360	327-360	335-360

При изменении начального угла фиксации рычага захвата и смены патронов наилучшие результаты работы данного звена достигаются при его значении, равном 50 град., причем они почти идентичны значениям, полученным при длине шатуна, равной 221,3 мм, и также синхронизируются с движением механизма сопла.

На основании анализа при учете угла размаха коромысла, ограниченного траекторией рычагов бобинодержателей, в которые устанавливается патрон, были окончательно выбраны рациональные параметры наладки: = 221,3 мм; =57°. При этом установлена неэффективность работы механизма захвата и смены патронов вследствие наличия длительных нерабочих выстоев в циклограмме его движения, что говорит о нецелесообразности применяемой структурной схемы в данном механизме.

Механизм сопла существующего автосъемника бобин предназначен для захвата нити в зоне между вытяжными валами и направляющим брусом пневмопрядильной машины ППМ_120, обрезки ее и переброски через вновь устанавливаемый патрон посредством получения принудительного движения от рычага захвата и смены патронов. Механизм сопла содержит пространственный фигурный рычаг 1, который установлен на неподвижной оси и имеет возможность свободно вращаться относительно ее. На конце этого рычага непосредственно шарнирно закреплено сопло 2, производящее захват нити при помощи всасывающей воздушной струи, а также механизм ножниц, производящий отрезку нити в процессе работы данного устройства посредством электромагнита, закрепленного также на фигурном рычаге. Пространственный фигурный рычаг 1 получает движение от вращающегося кулачка 3, который имеет радиальный и торцовый меняющиеся профили, в результате чего рычаг 1 совместно с соплом 2 совершает движение во взаимно перпендикулярных плоскостях - вертикальной и горизонтальной.

При определении аналитических зависимостей между параметрами механизма сопла работа пространственного фигурного рычага была сведена к рассмотрению работы двух плоских коромысловых кулачковых механизмов, а именно: движению коромысла в плоскости от радиального профиля кулачка и движению коромысла в плоскости от торцового профиля кулачка. При этом следует заметить, что для этого необходимо точку спроектировать на плоскость , а точку - на плоскость .

В результате произведенных расчетов механизма сопла автосъемника бобин было установлено: при работе радиального профиля кулачка и движении коромысла совместно с соплом в вертикальной плоскости наблюдается явление скачкообразного изменения углового ускорения ведомого звена; при работе торцового профиля кулачка и движении коромысла совместно с соплом в горизонтальной плоскости наблюдается явление скачкообразного изменения угловой скорости ведомого звена. Данные законы движения выходного звена неблагоприятно сказываются на работе механизма сопла и автосъемника бобин в целом, а именно: не обеспечивается надежность захвата соплом нити, идет быстрый износ роликов коромысловых кулачковых механизмов, нарушается процесс перебрасывания нити через устанавливаемый патрон. В целях устранения явлений мягкого и жесткого ударов рекомендовано перепрофилировать радиальный и торцовый профили кулачка таким образом, чтобы переход с одной сопрягаемой поверхности на другую происходил плавно, т. к. при расчете было выявлено отсутствие данного условия.

По данным произведенных расчетов были также определены фазы циклограммы механизма сопла, представленные в табл. 4, из анализа которой следует, что в механизме сопла имеет место одновременная работа радиального и торцового профиля кулачка при 235^о. Этот фактор приводит к «заклиниванию» рычага захвата и смены патронов при передаче им принудительного движения соплу в определенный период работы автосъемника бобин и нарушению процесса перекидывания нити через устанавливаемый патрон, что говорит о недостаточной надежности применяемой структурной схемы.

Таблица 4. Фазы циклограммы механизма сопла

Наименование фазы	Граничные значения фазы
Радиальный профиль кулачка
1. Подход к нити	0-135
2. Выстой в зоне нити	135-225
3. Отход от нити	225-360
Торцовый профиль кулачка
1. Выстой	0-172
2. Отход к рычагу захвата и смены патронов	172-207
3. Выстой	207-222
4. Уход от рычага захвата и смены патронов	222-235
5. Запрядка	235
6. Выстой	235-360

При модернизации механизма сопла наиболее рациональным вариантом является отказ от пространственной структурной схемы данного механизма и применение конструкции, работающей только в вертикальной плоскости.