Устройство для привода избирательных толкателей игл вязальной машины - RU2018548C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для приведения в движение толкателя отбора игл вязальной машины, причем эти толкатели могут занимать два предельных положения. Согласно этому способу производится переход из первого предельного положения во второе предельное в два этапа: первый этап состоит в том, чтобы привести элемент коромысла в касание с кулачком, а второй этап - в относительном перемещении кулачка и коромысла поперечно к плоскости траектории колебаний коромысла, а также к устройству для реализации этого способа.

Для увеличения скорости отбора в вязальных машинах необходимо увеличить уровни отбора (селекции) как из-за ограничений по габаритам, так и из-за ограничений частоты воздействия, обычно максимальный предел частоты составляет 150 Гц. Подобное увеличение числа уровней отбора сделано в ущерб габаритам. Кроме того, число этих уровней в любом случае ограничивается и позволяет получить суммарные частоты отбора максимум 600-800 Гц на совокупности уровней отбора.

Из патента Швейцарии N 476880 известен механизм отбора, в котором всем органы отбора проводятся в первое определенное положение в начале каждой вязальной системы трикотажной машины и переходят в это положение между полюсами электромагнита, где эти элементы отбора притягиваются одним из полюсов этого электромагнита. За каждым из этих полюсов электромагнита имеется рампа (площадка), образованная постоянным магнитом, так что орган отбора, притягиваемый одним из этих полюсов, перемещается по рампе, которая перемещает орган отбора во второе положение по направлению, которое лежит в плоскости, перпендикулярной к относительной траектории органа отбора и указанных магнитных рамп.

Когда этот элемент приводится в это второе положение, он воздействует или не воздействует на отбойную пластину, которая служит для селективного устанавливания касания иглы с кулачком вязания в зависимости от того, какой полюс электромагнита притянул орган отбора. Электромагнитный орган отбора создает только небольшое перемещение органов отбора, а остальное перемещение осуществляется за счет воздействия магнитной рампы.

Известно устройство для привода избирательных толкателей игл вязальной машины, содержащее расположенный перед траекторией толкателя иглы молоточек для передачи движения на толкатель иглы посредством удара, расположенный на заднем конце молоточка привод для приведения в движение молоточка вперед и обратно, поворотный кулачок и подъемный клин.

Однако скорость отбора игл данного устройства низка.

Цель изобретения - повышение скорости отбора.

На фиг. 1 приведена схема для выполнения поставленной цели; на фиг. 2 - вид с частичным разрезом, диаметральным или поперечным, в зависимости от формы реализации устройства (круглая или плоская); на фиг. 3а-д - диаграммы общего теоретического хода перемещения при отборе; на фиг. 4 - схема, иллюстрирующая относительные предельные положения органа, приводящего в дейcтвие, и органа, приводимого в действие; на фиг. 5 - диаграмма, показывающая ход относительных движений органа, приводящего в действие, и органа, приводимого в действие; на фиг. 6 - разрез втулки.

Целью изобретения является обеспечение возможности отбора игл на цилиндре и плате вязальной машины диаметром 76,2 см (30 дюймов), включающей 72 системы вязания с калибром 28 и круговой скоростью 1 м/с, с возможностью выбора трех одновременных путей: петля, кулирование, ноль. Не считая проблем габаритов, которые ставят отбор игл такой машины, создание такой вязальной машины прежде всего связано с возможностью отбирать коромысла отбора при практически полной безопасности.

Поэтому в данном описании толкатели отбора смонтированы поворачивающимися в гнезде, при этом стержень иглы является известным типа органа отбора. Будет исследована возможность приводить в движение эти толкатели с учетом указанных параметров. Как известно, колебание органа отбора осуществляется в два этапа: первый состоит в том, чтобы малым перемещением толкателя коснуться кулачка. Именно этот первый этап является предметом настоящего изобретения.

На фиг. 1 показаны различные параметры, которые учитываются для предварительного отбора коромысел.

Молоточек 1 толкателя 2 может перемещаться в продольном направлении своей оси. В покое она находится в положении, показанном на фиг. 1, передний конец молоточка 1 соответствует линии 3 возврата. Линия 4 возврата показывает положение, которое должен занять толкатель 2 после предварительной селекции.

В приведенных ниже теоретических расчетах приняты следующие величины.

Шаг, разделяющий две боковые стороны двух последовательных толкателей 2 при калибре 28, составляет 0,9 мм, из них 0,4 мм - толщина толкателя и 0,5 мм - промежуток между двумя коромыслами. При скорости перемещения игольного ложа 1 м/с промежуток времени, разделяющий прохождение двух боковых сторон 2 а двух последовательных толкателей, равен 0,9 м/с. Расстояние между концом 2 b толкателя 2 и линией 4 возврата равно 0,6 мм. Масса одного толкателя равна 0,2 г, что с учетом момента инерции соответствует эквивалентной массе 0,1 г.

Полный анализ различных возможных видов работы этих толкателей, учитывая приведенные параметры, показывает, что приходится сталкиваться с двумя проблемами: приведение в движение толкателей чистым ударом и действие боковой опоры молоточка на наклонную сторону толкателя.

Этими проблемами являются трение (для обоих случаев) и отсутствие безопасности в случае приведения в движение чистым ударом. Было также проанализировано приведение в движение, когда две поверхности, вступающие в контакт, являются параллельными и наклонными и они вызывают движение частично за счет периферической скорости толкателя, которое переносится игольным ложем. Недостатком такого решения является применение условий приведения в движение толкателя при начале работы вязальной машины, так что на этой стадии работа толкателей не гарантируется. Именно по этой причине было выбрано решение, которое позволяет объединить условия безопасности и отсутствие трения - толкание толкателя исключительно ударом.

Принцип передачи движения следующий: перед ударом V₁ V₂
M₁ M₂ после удара V₁^I V₂^I
M₁ M₂
Удар подчиняется двум следующим законам механики: закон сохранения количества движения
М₁V₁ + M₂V₂ = M₁V₁^I + M₂V₂^I
и закон коэффициента восстановления скорости R
(V₂^I - V₁^I) = - R (V₂ - V₁). Если R₁ = 1 и V₂ = 0, то уравнения имеет вид
М₁V₁ = M₁ V₁^I + M₂V₂^I
V₂^I - V₁^I = V₁.

Из двух последних соотношений получают
V

=V ; V =V₁ .

Рассмотрим числовой пример:
M₁ = 0,4 г, V₁ = 1 м/с, М₂ = 0,1 г.

Тогда из полученных формул получаем
V

=1 =1,6 м/с, V =1 =0,6 м/с.

Исследуем, что происходит при ударе на плоскости усилий. Для этого воспользуемся методом Гертца. В момент удара материалы подвергаются сжатию, которое создает импульс силы F(t), за счет чего происходит изменение количества движения двух масс в соответствии с выражением для скоростей V₁^I и V₂^I, импульс силы действует на массы М₁ и М₂ в соответствии с соотношением
М₁d²x₁/dt² = -Mrd²x₂/dt² = -F(t). Импульс силы F(t) связан с величиной упругой деформации, т.е. с формой тел, находящихся в контакте, и с характеристиками материалов (модуль Юнга и коэффициент Пуанссона). Для квазистатического случае теория Гертца позволяет определить величину силы в зависимости от упругой деформации. В случае двух стальных сфер одинакового радиуса R с модулем Юнга 2˙10¹¹N/м² и коэффициентом Пуассона 0,3 F = n(Δ x)^3/2, n = 1,03 ˙ 10¹¹R. Дифференциальное уравнение, связывающее упругую деформацию и относительное ускорение двух масс М₁ и М₂, будет следующим
(1/n₁)d²/Δ x)/dt² + F = 0, где n₁ = |M₁ + M₂|/M₁ ˙ M₂. Начальные условия следующие
Δ х = 0 d(Δ x)dt = V₁ - V₂. Решением этого уравнения будет максимальная амплитуда и длительность упругой деформации
(Δ х)_max = [1,25(V₁ - V₂)²/n ˙ n₁]^2/5
T = 2,9(Δ x)_max/(V₁ - V₂). При этом максимальная сила F_max, максимальный радиус поверхности контакта F_max и соответствующее давление Р_max будут следующими
F_max = n(Δ x_max)^3/2, F_max = (Δ x_max)R/2,
P_max = 1,5, F_max/πr² max. Рассмотрим следующий пример:
R = 2 ˙ 10^-3, V₁ = 2 м/c
M₁ = 0,4 г, М₂ = 0,1 г Тогда получаем
(Δ x)_max = 6 мкм, Т = 8,6 мкс, F_max = 67
F_max = 80 мкм, P_max = 5000 мРа.

Этот пример показывает, что в способе приведения в движение в соответствии с данными изобретением, используя толкание толкателя 2 ударом, выполнены условия, предъявляемые к механическим поверхностям.

Действительно, начальная скорость, сообщаемая толкателю, может быть больше 1 м/с, а требуемая скорость равна 0,6 м/с. Допустимо максимальное давление 5000 МПа при радиусе искривления поверхностей контакта 2 мм. Эту величину давления можно уменьшить, увеличив радиус кривизны. Время контакта - порядка 10 мкс. Если учитывать тот факт, что игольное ложе, в котором закреплены вязальные иглы, в которых шарнирно перемещаются толкатели 2, перемещаются со скоростью 1 м/с, то относительное перемещение между молоточком 1 и толкателем 2 отбора в течение времени контакта будет 10 мкм, оно может быть легко поглощено за счет упругости молоточка и за счет люфта толкателя в направляющем пазу. Следовательно, доказывается, что этот способ приведения в движение ударом позволяет устранить любое трение между молоточком 1 и толкателем 2, что значительно уменьшает износ и сокращает работы по уходу за вязальной машиной.

Учитывая очень малое проникновение молоточка в траекторию пят (2b) толкателей 2, легко убедиться в неразрушаемости системы в случае, когда молоточек не извлекается достаточно рано из траектории движения следующего толкателя.

Передача движения ударом требует определенной инерции и, следовательно, определенной массы ударного органа, т.е. молоточка, поэтому следует проанализировать условия, которым должен удовлетворять механизм приведения в движение молоточка. Учитывая спецификации для вязальной машины место, необходимое для этого механизма привода, равно 25 мм, масса молоточка равна 0,1-0,5 г, требуемое перемещение молоточка с учетом соблюдения пределов безопасности 0,4-0,6 мм, проникновение в траекторию толкателя 0,2-0,3 мм. Скорость, достигаемая в момент удара, равна 1 м/с. Поскольку время, необходимое для достижения этой скорости, составляет 0,2-0,4 мс, то требуемое ускорение равно от 2500 м/с² до 5000 м/с. Возвратное движение должно быть подобным, чтобы ход иглы вперед - назад имел длительность меньше 1 мс.

Электромагнитный механизм привода с двойным действием показан на фиг. 2.

Вязальная игла 5, показанная частично, располагается в секции игольного ложе, толкатель 2 установлен качающимся в проточке 7 вязальной иглы 5. Края 7а-7b этой проточки имеют форму дуги круга, они служат для того, чтобы обозначать на пятках 2b, 2е толкателя 2 траекторию в виде дуги окружности между двумя предельными положениями, которые определяются сторонами 2с, 2d основанием с проточки 7.

Напротив игольного ложа 6 располагается кулачок 8. По отношению к плоскости, перпендикулярной к фиг. 2, этот кулачок фиксирован или подвижен в зависимости от типа круговой вязальной машины и подвижен в случае прямой вязальной машины. Этот кулачок упирается в пяту 2b толкателя 2, когда этот толкатель перемещается молоточком 1, чтобы установить его во второе предельное положение. Молоточек 2 продольно направляется в сапфировом подшипнике 9 скольжения, который установлен на станине В, на которой смонтирован электромагнитный механизм и которая соединена с кулачком 8. Задний конец молоточка 1 закреплен во втулке 10, прижатой к пластинке (якорю) 11. Эта пластинка может колебаться в воздушном зазоре двух электромагнитов 12 и 13. Возвратная пружина (винтовая) 14, коаксиальная с молоточком, опирается одним концом в проточку станины В, а другим концом упирается во втулку 10. Таким образом эта пружина всегда стремится прижать втулку 10 к пластинке 11. Регулируемый упор 15, образованный винтом, служит для того, чтобы ограничивать возврат пластинки 11 препятствовать ей прикоснуться к неподвижному якорю электромагнита и избежать прилипания и явлений, связанных с остаточной намагниченностью. Второй регулируемый упор 16 имеет упругий элемент, соединенный с регулировочным винтом 17. Этот винт, надавливая, может деформировать упругий элемент в большей или меньшей степени, за счет чего можно регулировать положение упора, чтобы препятствовать пластине прикоснуться к неподвижному якорю электромагнита. Следует также отметить, что в случае аварии с током пружина 14 позволяет установить иглу-толкатель 1 вне траектории толкателей.

Проблема, возникающая для этого типа механизма привода для применения на высокой частоте, связана с запаздыванием, которое обусловлено индуктивностью обмотки. Действительно, когда подается напряжение питания, ток возникает не мгновенно, он меняется со временем в соответствии с формулой (в случае постоянного напряжения) i = (U/L)t, где i - ток; U - напряжение; L - индуктивность, L = ⌀N/i ; t - время; N - число витков; ⌀ - магнитный поток ⌀ = BS ; В - магнитная индукция; S - сечение магнитной цепи.

Магнитный поток и магнитную индукцию можно определить в зависимости от приложенного напряжения
⌀ = (U/N)t, B = (U/NS)t. Индукция возрастает пропорционально времени до насыщения магнитного материала, которое достигается при величине индукции BS в момент времени Т
В_S = (U/NS)Т. Сила, действующая на подвижную пластину на уровне двух воздушных зазоров, равняется
F = B²S/M₀, где М₀ - восприимчивость вакуума.

В зависимости от времени эта сила
F =

t².

Видно, что сила является функцией t², что создает запаздывание в появлении скорости V. Действительно, рассмотрим ускорение F/m, где m -масса пластины, тогда
dV/dt = F/m = (Bs²S/T²M₀m)t²,
V = (Bs²S/T²M₀m)(t 3/3). Перемещение e получается, если проинтегрировать de/dt = V, e = (Bs²S/T²M₀m)(t₄/12).

Сила достигает максимальной величины для t = Т. Соответствующая скорость и перемещение будут
V(T) = (Bs² S/3M₀m)T,
e(T) = (Bs²S/3M₀m)(T2/4).

Масса не зависит от сечения S магнитной цепи, учитывая также то, что пластинка 11 - составная часть этой магнитной цепи также должна иметь такое же сечение. Предполагая, что это сечение представляет собой квадрат со стороной, сечение равно а², а длина пластинки равна 3а, ее масса равна
m = 3a3d, где d - плотность материала. Окончательно имеем
V(T) = (B²S/9M₀ad)T
e(T) = (B²S/9M₀ad)(T2/4) Это получено в предположении, что индукция В равна В_s при t = Т. В зависимости от времени эта сила
F =

t². Видно, что сила является функцией t², а это создает запаздывание в появлении скорости V. Действительно, рассмотрим ускорение F/m, где m - масса пластины, тогда d_v/dt = F/m = (B_s²S/T²M₀m) t²,
V= (B_s²S/T²M₀m)(t3/3). Перемещение е получается, если проинтегрировать de/dt = V
e = (B_s²S/T²M₀m)(t4/12). Сила достигает максимальной величины для t = Т. Соответствующая скорость и перемещение равны
V(T) = (B_s²S/3M₀m)T,
e(T) = (B_s²S/3M₀ m)(T2/4). Масса не зависит от сечения S магнитной цепи, учитывая также то, что пластинка 11 - составная часть этой магнитной цепи должна иметь такое же сечение. Предполагая, что это сечение представляет собой квадрат со стороной, сечение равно а², а длина пластинки равна 3а, ее масса равна
m = 3a3d, где d - плотность материала. Окончательно имеем
V(T) = Bs²(9M₀ad)T,
e(T) = (Bs²/9M₀ad)(T2/4). Это получено в предположении, что индукция В равна В_s
при t = Т. Отсюда следует, что U/NS = B_s/T. Следовательно, должно быть
U/N = SB_s/T = a²B_s/T. В качестве примера рассмотрим величины скорости и перемещения, которые можно получить при Bs = 1,5 Тесла, а = 4^-3 м, d = 8 ˙ 10³ кг/м³,
V(T)= 6200 Т.е. (Т) = Б 1550 Т². Пусть Т = 0,2 ˙ 10^-3 с, тогда V= 1,25 м/c, е = 60 мкм.

Если скорость, полученная в этом теоретическом примере, достаточная, то перемещение не является достаточным. Чтобы получить необходимую величину перемещения 400 мкм, в этих условиях следует иметь добавочное время 0,27 мc, а это дает общее время 0,47 мс.

Теоретически имеется соотношение
U/N = 0,12 в, в котором не учитывается поток рассеяния. Этот поток рассеяния по величине такого же порядка, что и главный поток, т.е. при равном числе ампер-витков создаваемый поток является вдвое большим потоком, чем тот, который создал силу. Следовательно, индуктивность будет в 2 раза больше, так что отношение U/N, которое следует рассматривать, равно 0,24 в.

Если учесть то, что пластина установлена поворачивающейся и поэтому инерция вращения пластины равна 0,6-0,7 эг, электромагнитная сила действует только в воздушном промежутке (см. фиг. 2), за счет чего эта сила уменьшается в 2 раза и получаются требуемые размеры.

Потребляемый поток равен I = (U/L)T. Порядок величины индуктивности L = N² (магнитное сопротивление), где магнитное сопротивление = g/SM₀ = g/a²M₀; g - воздушный промежуток, т.е. 0,5 мм, это магнитное сопротивление соответствует (с учетом потоков рассеяния) = 1,25^о10⁷.

Окончательно получаем: N = 100 ->> L = 0,8 мГенри, U = 24 нг, I = 6 А, N = 500 ->> L = 20 мГенри, U = 120 В, I = 1,2 А.

Движение возврата молоточка 1 после удара в толкатель 2 отбора должно быть обеспечено отрицательной силой.

Для этого служит электромагнит 13 с размерами такими же, как и электромагнит 12, учитывая то, что возвратное движение пластинки 11 должно быть идентичным движению вперед при условии, что скорость после удара равна нулю, и упор аннулирует эту скорость в ходе возврата.

На диаграммах фиг. 3а-д показаны соответственно по оси абсцисс с одинаковым масштабом времени импульсы напряжения U, тока I, скорость V и перемещение для полного цикла с двумя электромагнитами 12 и 13, в каждом из которых N= 100 витков. Перемещение молоточка 1 теоретически достигает величины 400 мкм за 0,4 мс. В момент t₁ удар производит мгновенную потерю скорости этой иглы-толкателя, в момент t₂ упор производит остановку перемещения вперед.

Возврат пластинки 11 увлекает за собой молоточек 1.

Задний упор прекращает этот возврат, таким образом полный цикл составляет по времени 0,95 мс.

Устройство (фиг. 2) было реализовано по принципу игольчатой печатающей головки, в нем имеется вольфрамовая проволока диаметром 0,35 мм, она упруго удерживается у пластинки 11 и направляется в сапфировом подшипнике 9 скольжения.

Цепь питания подает в обмотку электромагнита 12, который управляет перемещением вперед иглы-толкателя 1 (индуктивность 5,5 Мц на частоте 1 кГц, сопротивление 12 Ом), импульсы напряжения 140 В в течение 0,12 мс, пиковый ток равен 3,2 А.

При команде возврата молоточка цепь питания подает на электромагнит 13 (индуктивность 0,4 Мц на частоте 1 кГц сопротивлением 12 Ом) импульсы напряжения 40 В в течение 0,12 мс, через 0,4 мс после начала команды на электромагнит 12. Пиковый ток равен 11 А.

Работа этого устройства проверялась стробоскопическим методом, перемещения измерялись при помощи микрометрической шкалы, соединенной с измерительным микроскопом. Длительность этих перемещений измерялась с помощью импульсов тока питания диода 1ЕД стробоскопа и наблюдалась на осциллографе. Регулируя положение импульсов питания этого диода 1ЕД по отношению к управляющему воздействию на молоточек 1, можно построить диаграмму (фиг. 5), которая показывает перемещение иглы-толкателя 1 (сплошная кривая) относительно перемещение толкателя (пунктирная кривая). Символами А и В обозначены управляющие импульcы. Видно, что скорость иглы в момент удара - порядка 1,5 м/с, а скорость коромысла сразу же после удара - порядка 1 м/с, что превышает необходимую скорость, рассчитанную раньше и которая составляла 0,6 м/с.

Следует уточнить, что эти опыты были сделаны в лабораторных условиях на одном толкателе 2 отбора, при действии на одну и ту же пяту этого коромысла оно возвращалось под действием возвратной пружины, которая действовала на другую пяту коромысла, что замедляло движение толкателя по сравнению с реальными условиями. Была выбрана пружина, жесткость которой была настолько мала, насколько это возможно, чтобы до минимума уменьшить помехи, частота повторения воздействия может остаться достаточно высокой, чтобы воспроизвести условия работы, близкие к реальным.

На фиг. 4 показаны относительные положения молоточка 1 и толкателя 2 отбора в их двух крайних положениях: до и после удара. Толкатель 2 в покое находится на расстоянии 0,2 мм от конца молоточка 1. После удара молоточек продолжает свое перемещение до 0,4 мм от точки покоя, а коромысло поворачивается в своем пазе и его амплитуда равна 0,6 мм.

Были проведены и другие опыты, чтобы более быстро возникал магнитный поток, в частности, поток, создаваемый электромагнитом 12, который управляет перемещением вперед молоточка 1. Для этого надо иметь большое отношение и высокое напряжение. Напряжение было 75 В, сечение S = = 24 мм² и число витков 200.

Пиковое значение тока равно 4 А, длительность импульса 100 мкс и скорость N 2,4 м/с. Эти величины отложены на диаграммах фиг. 3 и 5 штрихпунктирными линиями, для того чтобы отличить их от теоретических величин. Можно видеть заметное увеличение характеристик. Учитывая то, что чем более быстро меняется магнитный поток, тем больше он создает потерь за счет более высоких токов Фуко, необходимо применять магнитные материалы с большим сопротивлением, например кремнистое железо с ориентированными зернами, и создавать магнитную цепь из такого материала в виде набора пластин. Принятым решением для неподвижных якорей электромагнитов 12 и 13 является так называемая разрезанная магнитная цепь С, поставляемая под маркой "Трафоперм" (Trafoperm) фирмой "Вакуум Шмельце" (Vacuum Schelze). Пластинка 11 изготовляется также из набора пластин, по крайней мере по плоскости, что предпочтительно. Действительно, эта пластина дважды подвергается нагреву, по мере того как в ней дважды изменяется магнитный поток, при движении вперед и при возврате. На фиг. 6 показана форма реализации такой пластины, она образована листом в форме, в которой располагаются плоские пластинки 11. Для уменьшения веса этой пластинки длина листов может быть ограничена длиной воздушного промежутка электромагнитов 12 и 13, а часть пластинки 11, выходящая из воздушного промежутка магнита и на которой закрепляется молоточек 1, образована только профилем в форме буквы U.

Важным элементом настоящего изобретения является очень сильная концентрация силы на молоточке 1. Если площадь пластинки 11 в воздушном промежутке равна 24 мм², игла имеет диаметр 0,3 мм и сечение 0,1 мм², что дает отношение 240, т. е. вся энергия сконцентрирована на этой поверхности 0,1 мм².

Для уменьшения нагрева пластинки 11 можно уменьшить напряжение на катушке до 50 В, так что пиковое значение тока уменьшается до 2 А. Действительно, с учетом полученных характеристик, устройство может работать на частотах до 200 Гц. Учитывая то, что в настоящий момент из-за механических свойств нежелательно превышать частоту 1100 Гц, можно, следовательно, уменьшить скорость возврата молоточка 1.

Длительные ударные испытания (10 ч без перерыва) не позволили обнаружить износ молоточка 1 и пятки 2b толкателя 2. В любом случае импульс силы ограничивается продольным изгибом молоточка 1.

Реферат

Использование: на трикотажных машинах в качестве устройства для приведения в движение толкателей отбора игл. Сущность изобретения: поворотный кулачок и подъемный клин расположены за зоной размещения молоточка, в которой неотобранные толкатели установлены с возможностью поворота при упругом ударе молоточка в область действия поворотного кулачка, а ход молоточка в направлении толкателя соответствует доле пути поворота толкателя. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула