Одним из путей преодоления противоречий между стремлением к повышению эффективности комплексной механизации и автоматизации швейного производства и стремлением к переналаживаемое (мобильности) производства, необходимость которой возникает в связи с частой сменяемостью технологических процессов, является развитие базово-семейственного принципа (БС11) создания машин, который представляет собой одно из проявлении агрегатного принципа машиностроения, свойственного всем без исключения развитым отраслям машиностроения.
Рассмотрим основные положения и перспективы развития БСП па примере таких прогрессивных типов оборудования, как машины ценного стежка (одно-, двух- и многоииточного стежка, плоскошовного с раскладкой покровной нитки или без нее) [14, 16, 17, 18].
БСП заключается в том, что на основе исходной базовой модели путем конструктивного развития (последовательного усложнения) самой швейной головки, а также в результате оснащения машины различными приспособлениями и устройствами для ее специализации и автоматизации, выполнения цикловых вспомогательных операций создается семейство конструктивно-унифицированных моделей машин, самых раз-пых по своему технологическому назначению и по степени автоматизации.
Исходной базовой моделью считается наиболее рациональная по своей конструкции и параметрам модель, разработанная с учетом возможности создания на ее основе широкого круга необходимых в настоящее время и предусматриваемых для выпуска в перспективе машин, которые являются производными от данной базовой модели и предназначены для выполнения различных технологических процессов пошива.
Для систематизации механизмов при выборе базовой модели и создании конструктивно-унифицированного ряда на ее основе целесообразно все элементы швейных машин, независимо от характера стежка, типа и назначения, в общем случае разделить на три группы:
I группа — основные элементы: 1) механизм иглы; 2) механизм петлителя; 3) механизм раскладчика (при необходимости); 4) система подачи ниток; 5) механизм двигателя материала; 6) система смазки; II группа — элементы специализации; III группа — элементы автоматизации.
Совокупность характеризуемых тесными кинематическими взаимосвязями шести разновидностей механизмов I группы представляет собой то необходимое и достаточное сочетание элементов, которое образует собственно швейную головку.
Из анализа наиболее часто встречающихся в практике случаев технологических требований пошива можно заключить, что исходная базовая модель должна иметь по крайней мере одну, две или три иглы, одни или два петлителя, не иметь (т. е. иметь «О») или иметь один раскладчик. При этом одна игла и один петлитель не применяются с раскладчиком и одна игла не применяется с двумя петлителями.
Такие условия дают возможность найти все те сочетания основных элементов, которые характеризуют подклассы определенного класса машин. Все возможные сочетания количества игл, петлителей и раскладчиков (обозначенных соответственно и, п и р с указанием их количества) могут быть найдены графически (в виде «дерева») или аналитически (с помощью математической логики).
На рис. 2.1 показана схема возможных сочетаний основных элементов и количества ниток (и) ниточного аппарата, а также схемы стежков, которые, являясь следствием варианта сочетаний количества игл, петлителей и раскладчиков, соответствуют каждому подклассу.
Полученные подклассы (сокращенно пкл), отмеченные на рис. 2.1 буквой Б и представляющие собой производные варианты от исходной базовой модели А, охватывают следующие основные, т. е. самые необходимые для производства и вместе с тем самые распространенные, случаи (см. табл. 2.2).
Каждый подкласс может иметь различные конструктивные исполнения, представляющие собой производные варианты соответствующего подкласса. В данном случае целесообразно ограничиться исполнениями, отличающимися одно от другого видом транспортирующего механизма — реечного («Р») или дифференциального («Д»).
В соответствии с исполнением каждый подкласс может иметь типоразмеры (производные варианты каждого исполнения), отличающиеся один от другого, например, расстоянием между иглами. В данном случае понятие «типоразмеры» не является определяющим признаком. Например, подкласс и2 п! рО может иметь семь типоразмеров, т. е. расстояние между иглами может составлять 2,5; 3; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0 мм.
Таким образом, класс К (см. рис. 2.1) охватывает исходную базовую модель А и производные от нее подклассы Б, а также все возможные производные варианты каждого подкласса, отличающиеся конструктивным исполнением (см. скобку В) и (или) параметрами (см. скобку 7″).
Полученная схема, устанавливающая связь между конструктивными и технологическими характеристиками машины, может быть развита и по направлению стрелки I, в котором увеличивается количество основных органов (т. е. происходит образование подклассов), и по направлению стрелки ТУ, в котором развивается конструкция каждого подкласса (т. е. происходит образование исполнений и типоразмеров).
Ко II группе элементов машины относятся те механизмы и устройства, без которых на машине не может быть выполнена та или иная узкоспециальная технологическая операция:
1) направители материала, бейки, кружева, резинки, ленты, тесьмы и т. д.;
2) роликовые тянущие и мерительные механизмы;
3) механизмы подвода резинки под иглу;
4) выдавливатели,ограничители края, мерительные линейки, специальные лапки и т. п.;
5) регуляторы натяжения бейки, кружев и т. п.;
6) механизм обрезки срезов материала перед сшиванием;
7) механизм образования рюша;
8) механизм закрепки;
9) механизм охлаждения иглы;
10) механизм отсоса обрези.
Эти механизмы, определяющие назначение и технологические возможности машины, весьма разнообразны по принципу действия и конструктивным параметрам, зависящим в основном от геометрических параметров и формы подаваемых в рабочую зону материалов и деталей.
К III группе относятся элементы автоматизации, которые позволяют повысить производительность труда в результате уменьшения цикловых потерь времени (на загрузку—выгрузку, пуск—останов, удаление отходов и т. д.), уменьшения внецик-ловых потерь времени, связанных со случайными отказами (блокировка и сигнализация при обрыве ниток и т. д.), а также в результате улучшения и облегчения условий труда.
К этой группе относятся:
1) механизмы автоматического пуска и останова машины;
2) механизмы автоматического останова машины с иглами в заданном положении (при автоматической обрезке ниток или при повороте заготовок па одноигольных машинах);
3) механизмы обрезки ниток, бейки, кружев, тесьмы вертикальным ножом;
4) механизмы обрезки ниток под игольной пластиной;
5) механизмы автоматического подъема лапки;
6) механизмы сигнализации об обрыве ниток, нарушении режима смазки и т. д.;
7) счетчик продукции;
8) механизмы автоматического питания материалами из рулона (с принудительной автоматической подачей);
9) механизмы автоматической подачи деталей в рабочую зону и выгрузки деталей.
Элементы II и III групп обычно употребляются в соответствующих комбинациях, содержание которых определяется технологическими потребностями и принятым уровнем автоматизации.
Таким образом, каждая конкретная машина представляет собой модификацию, полученную по схеме:
Все возможные (и необходимые) сочетания всех типоразмеров и исполнений всех подклассов со всеми наборами элементов специализации и автоматизации образуют семейство машин данного класса. Можно принять, что каждой конкретной модификации соответствует точка в трехмерном пространстве, где па ортогональных осях отложены координаты, соответствующие трем независимым параметрам машины, характеризующим:
а) подкласс, исполнение, типоразмер;
б) набор элементов специализации;
в) набор элементов автоматизации.
Единство двух понятий «машина-технология» состоит в том, что стежок, являясь следствием взаимодействия рабочей органов машины, должен по своим параметрам и свойствам соответствовать требованиям технологии пошива. Поэтому принципом машинного производства является безусловное обеспечение соответствия между потребностями современной технологии и возможностями машин.
Применение БСП позволяет не только систематизировать существующие типы машин, но и, самое главное, указать те объективные закономерности, которым должно следовать развитие конструкций машин, указать пути и средства создания семейства машин данного класса, являющихся производными от данной базовой модели (которая может и должна оставаться неизменной в течение 4—6 лет).
Использование БСП дает возможность в процессе проектирования находить конструктивные решения, удовлетворяющие как запросам существующего производства, так и тем требованиям, которые будут предъявляться к машинам в связи с перспективами развития производства в будущем.
Иначе говоря, создаваемые базовые модели, построенные с учетом результатов прогнозирования требований к данному семейству машин, обладают заведомо высокой моральной долговечностью и способствуют внедрению в швейное производство прогрессивных и высококачественных видов техники и экономических и высокопроизводительных технологических методов.
К выбору базовой модели можно подойти с различных позиций. Один из подходов — это создание базы только для одной определенной группы машин (двухниточные цепные, плоскошовные, краеобметочные и т. д.). Второй — это создание базы, охватывающей смежные виды стежков (например, базовый ряд 876 кл.). Третий, более общий подход — это создание универсальных головок, пригодных для использования в машинах различных типов как цепного, так и челночного стежка, после соответствующей замены рабочих органов и элементов привода. Наибольшее распространение получили первый и второй подходы.
Необходимо отметить, что любое звено конструктивно-унифицированного ряда машин может стать базой для серии модификаций, создаваемых за счет добавления деталей, узлов и механизмов. При этом не исключено, что каждая из этих модификаций, в свою очередь, может стать базой более узкого назначения для модификаций второго порядка (скажем, отличающихся только рубильниками для образования определенного шва). Параллельно с этим широко развивается перекрестная унификация узлов и агрегатов — с одного конструктивно-унифицированного ряда на другой.
В процессе разработки базовой модели конструктор, выбрав основные механизмы будущей машины, т. е. создав простейший вариант, должен проработать возможность вписания и монтажа дополнительных узлов и механизмов, предусмотрев для них посадочные места, кинематическую связь, платики, бобышки и т. д., иначе говоря, фактически проработать самую сложную конструкцию машины, а затем перейти от сложного к простому. При этом он должен учитывать вопросы конструктивной преемственности вновь создаваемых механизмов по отношению к механизмам, освоенным в производстве, а также вопросы унификации и стандартизации.
Необходимо учитывать также, что при создании базовой модели и конструктивно-унифицированного ряда на ее основе основополагающим признаком, отличающим одну модификацию от другой, будут не числовые технические параметры, а вид и характер выполняемой технологической операции пошива.
Специфической особенностью швейных машин является расположение механизмов и узлов в замкнутом пространстве головки машины, ограниченной по габаритам и форме. Причем следует отметить, что трудоемкость обработки корпуса головки машины (рукава и платформы) составляет значительную часть от трудоемкости обработки всех деталей машины в целом. Поэтому вопрос унификации корпусных деталей является также основополагающим вопросом при базовом проектировании.
Наибольший экономический эффект будет достигнут в том случае, когда технология обработки корпуса и сборки всех модификаций базовой машины будет построена по принципу «от простого к сложному». Тогда появится возможность обрабатывать основные детали машины, собрать и юстировать машину в целом в едином технологическом потоке, разветвляющемся на конечных операциях в зависимости от назначения машины по тому же признаку «от простого к сложному» (рис. 2.2).
Внедрение в производство базовых конструкций машин, унифицированных узлов и деталей обеспечивает:
— высокую степень взаимозаменяемости узлов и деталей; значительное сокращение сроков проектирования; сокращение номенклатуры технологической оснастки и оборудования; значительное снижение себестоимости выпускаемых машин; высокую организацию специализированного производства по выпуску однотипных узлов и деталей машин; организацию работ по принципу механизированного поточного производства; значительное сокращение ручного труда за счет механизации и автоматизации трудоемких процессов производства; ускорение темпов разработок и выпуска высококачественных агрегатов и полуавтоматических линий, в которых используются швейные машины; высокую конкурентоспособность отечественных машин на международном рынке;
— высокую по времени стабильность производства.
Значительный экономический эффект при проведении конструкторских работ даст унификация. Используя в разработках стандартный или заимствованный объект, конструктор экономит время, которое ему понадобилось бы на проектирование (моделирование, расчеты, чертежи и т. д.) такого объекта; получает готовое апробированное практикой и эксплуатацией конструктивное и технологическое решение, которое освобождает проектировщика от экспериментирования, позволяет свести к минимуму возможные ошибки.
При разработке конструктивно-унифицированных рядов и выборе базовых моделей особенно важно перспективное прогнозирование их последующего развития и расширения числа модификаций, что определяется перспективами развития технологии производств, являющихся потребителями машин. Такая информация позволит предвидеть появление в ближайшие годы новых моделей машин и даст возможность осуществить их разработку па основе базовых конструкций. Количество модификаций при этом определяется уровнем специализации производства и автоматизации оборудования.
Таким образом, задачи по выявлению закономерностей формирования и разработке конструкций швейных машин конструктивно-унифицированного ряда, включая базовую модель, распадаются на два основных вопроса:
а) выбор рациональной конструкции исходной базовой модели и ее подклассов, получающихся в результате развития основных элементов с изменением числа или вида рабочих органов (игл, петлителей, раскладчиков, механизмов продвижения материала, системы нитеподачи);
б) выявление и обоснование конструктивных решений модификаций машин, необходимых с точки зрения технологии пошива, а также типа, количества и параметров элементов специализации и автоматизации.
Первая и самая ответственная из этих задач решается на основе анализа и оценки достоинств и недостатков наиболее распространенных разновидностей каждого из основных функциональных, элементов I группы и возможных способов их взаимосочетаний.
Конструктивной особенностью рассматриваемых швейных машин цепного стежка является наличие, как правило, нижнего ведущего вала в отличие от швейных машин челночного стежка с верхним ведущим валом. С нижнего вращающегося вала движение передается па верхний вал, который может быть как вращающимся, так и качающимся.
Вращение на верхний вал может передаваться либо зубчатым замкнутым ремнем (237 кл., 474 кл., 574 кл. ПМЗ), либо с помощью вертикального вала с двумя парами конических шестерен (28 кл. ПМЗ), либо группой цилиндрических шестерен с одной или несколькими паразитными шестернями. Могут быть и другие конструктивные способы передачи вращения с нижнего вала на верхний.
Некоторые конструкции рассматриваемой группы машин вообще не имеют верхнего вала, а возвратно-поступательное движение на игловодитель передается с нижнего вала через колено или эксцентрик, вертикальный шатун, колеблющееся коромысло и шарнирное звено, соединяющее коромысло с поводком, закрепленным на игловодителе.