Моделирование процесса предотвращения стягивания материалов при образовании цепного стежка Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ

УДК 687.053

Моделирование процесса предотвращения стягивания материалов при образовании цепного стежка

Ирина Васильевна Писаренко, ст. преподаватель, каф. «Бытовая техника», e-mail: [email protected]

Александр Станиславович Ермаков, к.т.н., доцент, каф. «Конструирование и технология

швейных и трикотажных изделий», e-mail: [email protected] ФГБОУ «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва

Рассмотрено моделирование процесса перемещения материала рейками дифференциального двигателя ткани при изготовлении швейных изделий; установлены факторы, влияющие на этот процесс и обеспечивающие качественное его выполнение без стягивания материала вдоль строчки; представлены условия обеспечения отсутствия стягивания материала для лег-косжимаемых материалов, учитывающие как перемещения реек, так и действия сил натяжения игольной нитки на материал вдоль линии строчки, а также условия обеспечения отсутствия стягивания материала для легкорастяжимых материалов, принимающие во внимание их растяжение под действием собственного веса, сил сопротивления со стороны платформы машины, сжатие материала прижимной лапкой и др.

Authors consider simulation of process of material moving by racks of differential textile engine in the manufacture of apparel; establish the factors that influence this process and ensure the quality of its execution, without tightening the material along the lines; describe the conditions ensuring the absence of tightening of the material for easily compressible material, taking into account both moving slats, and the forces pulling the needle thread to the material along the line, and the conditions ensuring the absence of contraction of the material for easily expandable materials, taking into account their stretching under its own weight, forces of resistance on the part of machine platform, compressing the material by presser foot, etc.

Ключевые слова: дифференциальный двигатель ткани, стягивание материалов при шитье, величина дифференциала.

Keywords: differential textile engine, tightening of materials during sewing, value of differential.

Качественное изготовление швейно-трикотажных изделий требует правильной эксплуатации существующих швейно-трикотажных машин и проектирования новых с учетом рациональных условий выполнения ими своих рабочих процессов. При пошиве изделий из легкосжимаемых или легкорастяжимых тканей возникает проблема предотвращения их стягивания. Основная причина стягивания материала при обработке на швейных машинах - действие сил натяжения со стороны ниток и возможность их сжатия или растяжения [1]. Чтобы понять причины появления деформации материала, необходимо исследовать процесс его транспортирования и способы предотвращения деформации. Известно [1], что основной способ предотвращения деформации материала на швейных машинах - это использование в машине двигателя ткани диффе-

ренциального типа (далее дифференциальный двигатель). Данный двигатель ткани (рис. 1) имеет две рейки: основную 1 и дополнительную 2, которые осуществляют дифференцированное (на величину Ад) перемещение сшиваемых материалов. Величина дифференциала Ад определяется из выражения Ад = Ь2/Х1, где Х1 и Ь2 - величины транспортирования материала соответственно рейками 1 и 2.

Транспортирование материала двумя рейками 1 и 2 производится под действием сил сцепления ^р1 и ^р 2 реек с материалом:

^ = /ир (К(1) + СТкД ^ = /ир (N(2) + вТк 2),

где ир - коэффициент трения между материалом и зубчатой рейкой; Gтк1 и Gтк2 - вес ткани, дейст-

Рис. 1. Транспортирование материала дифференциальным двигателем: 1, 2 - рейки; 3 - лапка; 4 - игла; 5 - петлитель; 6 - палец игольной пластины; 7, 8 - слои материала; 9 - игольная пластина

вующий на рейки 1 и 2 соответственно; N(1) = £(1)q и N- силы нормального давления прижимной лапки 3 соответственно на рейки 1 и 2; q = N1 (£(1) + £(2)) - удельное давление подошвы лапки на материал; £(1) и £(2) -площадь зубцов реек 1 и 2, входящих во взаимодействие с материалом.

Между слоями 7 и 8 материала возникают силы сцепления, обусловленные движением основной (1) и дополнительной (2) реек:

*тр1 = Агк (N(1) + ^тк1) , Fтр2 = Мтк (N(2) + ^тк2 X где ]итк - коэффициент трения между слоями 7 и 8 материала (при отсутствии скольжения равный коэффициенту трения покоя, а при проскальзывании -коэффициенту трения скольжения).

Со стороны основания прижимной лапки 3 на верхний слой 8 материала действуют силы сопротивления

^ =Мп N(1), *с2 =Мл N(2), где - коэффициент трения между верхним слоем 8 материала и подошвой прижимной лапки 3 (при отсутствии скольжения равный коэффициенту трения покоя, а при проскальзывании - коэффициенту трения скольжения).

На рис. 2 показаны силы, действующие на материал в начале (точка а) и конце (точка Ь) транспортирования.

Надежному и качественному (со стабильной частотой стежков в строчке) перемещению материала каждой из реек соответствуют следующие условия:

• отсутствие проскальзывания между рейками и материалом:

*р1 > *01 + Ти3 + ^Хи1, (1)

*р2 > *с2 + ^тк2; (2)

• отсутствие проскальзывания между слоями материала:

*тр1 > РсЪ (3)

Fтр2 > ДСт + От

с2 т ^тк2, (4)

где Ти3 - сила натяжения нитки, действующая вдоль стежка (см. рис. 1 и 2); ЯХи1 - результирующая сила, действующая вдоль строчки на материал со стороны нитки, проходящей через материал ^Хи1 = /(7и1).

График натяжения игольной нитки Ти1 (рис. 3)

в процессе образования цепного стежка имеет два периода нагружения [2]: I - при проведении иглой нитки через материал (^ = 90°...180°) и II - при

продвижении материала (р = 300°.380°). Крайнее

верхнее положение иглы соответствует (р = 0°.

Рис. 3. График натяжения игольной нитки при образовании трехниточного краеобметочного стежка 504-го типа

Рис. 2. Силы, действующие на участок аЬ материала в начале Тонкие материалы, такие как шелк, тафта и

(а) и при окончании (б) транспортирования т.п., не деформируются по толщине и устойчивы к

растяжению по длине, но легко сжимаются (сморщиваются) вдоль линии строчки. Чтобы не происходило стягивания материала от действия сил натяжения ГИ3 и КХи1 игольной нитки, необходимо придать материалу большую прочность к сжатию вдоль линии строчки, растянув его на участке аЬ формирования нового стежка. Поэтому при обработке тонких материалов за счет растяжения материала рейками 1 и 2, которое происходит при превышении величины хода основной рейки над дополнительной (Ц > Ц), обеспечивается растяжение материала силой Яр, а следовательно, и большая его устойчивость к сжатию. На участке аЬ на материал по закону Гука действует сила

Яр1 = к А Ц ,

где к - коэффициент упругости материала, зависящий от его свойств и размеров; Ац = Ц - Ц -величина удлинения ткани на участке аЬ между рейками 1 и 2 в зоне формирования стежка.

Также данную деформацию можно представить через уравнение деформации материала

^аЬ = Евх , (5)

где Е - модуль упругости; ех = АЬ/Ц - относительное удлинение.

Для устранения стягивания материала сила Яр1

должна превышать сумму сил сжатия материала:

Яр1 - ЯХи1 + Ти3 ■

(6)

Таким образом, в машинах для обработки тонких материалов дифференциальная подача материала должна иметь величину Ад < 1, когда

Ац > 0.

При обработке легкорастяжимых материалов (рис. 4), к которым в первую очередь можно отнести трикотаж, происходит их сжатие прижимной лапкой по вертикали под действием силы N(2) , и материал не только сжимается на величину А^ по вертикали, но и удлиняется на величину

А®

по

горизонтали. Сжатие А^ материала достигает наибольшего значения под прижимной лапкой и

Ч_/ /Л / \ ч_/

рейкой 2 (участок ас) под действием силы сжатия N(2) (рис. 5) материала рейкой 2 и подошвой прижимной лапки 3:

) = к А

сж2 Л'сж^Лсж 9

где ксж - коэффициент упругости материала к действию силы сжатия по вертикали; А^ = ^ - ?с - абсолютная деформация сжатия материала на участке Ьс по вертикали (?0 и ?с - толщина материала без деформации и под действием прижимной лапки).

Удлинение материала А^х) зависит от степени

деформации материала по вертикали А^ До , от

физико-механических свойств (растяжимости), вида переплетений, состава сырья и др. Деформация Асж вызывает действие силы упругости материала:

«рс2 = крс А Р*),

где крс - коэффициент упругости материала в горизонтальном направлении от сжатия силой N(2); Арх) = /р -/0 (/0, /р - первоначальная и после деформации длина участка ас материала).

При деформации возникает напряжение

С = N(2)/5(2) , которое зависит от свойств материала и его параметров:

&а2с)=е (£х+?у х

где £х = Ар*У/р - относительное удлинение по горизонтали; еу = Асж7х0 - относительное сжатие по вертикали.

Также на удлинение А Рх) материала влияет и предварительное его растяжение Арс под действием силы ^с пл. Сила ^с пл возникает вследствие сопротивления ^пл Отк-пл материала при его скольжении по поверхности платформы машины и из-за действия силы тяжести Отк-вес от свисающего со стола материала:

^с.пл = Мпл ^тк-пл + ^тк-вес ,

где ^пл - коэффициент трения скольжения материала по поверхности платформы; Отк-пл - вес участка ткани, действующий на платформу машины.

Чтобы при транспортировании легкорастяжимых материалов не происходило проскальзывания, необходимо в условиях продвижения (1)...(4) учесть действия сил, изображенных на рис. 6.

На участке сЬ активного формирования стежка материал сжимается за счет действия следующих сил:

• силы сжатия Яр2 материала рейкой 2 за счет разности ее хода с рейкой 1:

^р2 = кс АЬ,

где кс - коэффициент упругости материала к действию силы сжатия; АЬ = Ь2 - Ь1 - абсолютная деформация сжатия материала на участке Ьс;

• силы натяжения нитки Ти3, ЯХи1 и др.

Для устранения деформации ДРХ) и Лрс растяжения материалов от действия сил ^спл и Яр 2

перед зоной ас формирования стежка необходимо установить разность хода Ль = Ь2 - Ь1 реек 1 и 2, которую можно найти из выражения

Л і + Л, *Л« +Лрс, (7)

где Лт - деформация сжатия материала за счет действия силы натяжения игольной нитки на материал; Л т = /ст1 - /ст2 (/ст1 и /ст2 - длина стежка до и после действия натяжения нитки).

Рис. 6. Силы, действующие на участок аЬ легкорастяжимого материала в начале (а) и при окончании (б) транспортирования

Таким образом, в машинах для обработки легкорастяжимых материалов (трикотаж, джерси, трико и т.п.) дифференциальная подача материала должна иметь величину Лд > 1, когда |Ль \ > 0.

V

Рис. 7. Первый этап затяжки игольной нитки в стежке

При проведении иглой игольной нитки через материал происходит первый этап затяжки иголь-

ной нитки в стежке (рис. 7). Второй этап затяжки игольной нитки в стежке происходит, когда оканчивается перемещение материала рейками. Для устранения стягивания материала в этот период образования стежка необходимо выполнить не только условия (6) - (7), но и учесть влияние натяжения на формирование стежка на первом этапе затяжки нитки в стежке.

Для качественного и надежного осуществления рабочего процесса перемещения материала (условия (1) - (4)) необходимо также наличие фиксации материала на игольной пластине прижимной лапкой. После смещения зубьев рейки ниже уровня игольной пластины материал под действием сил сцепления между материалом и прижимной лапкой _Рс1 и _Рс2, а также между материалом и игольной пластиной _Рспл фиксирует положение материала относительно иглы. Для увеличения силы сцепления пл на участке аЬ на игольной пластине выполняют поперечные углубления (гребенку). Деформация материала на участке формирования стежка скрепляется нитками стежка при новом проколе его иглой. Натяжение игольной нитки Ти1, с которым она воздействует на материал при проведении иглой нитки, может вызвать деформацию материала вдоль стежка, если будут нарушены следующие условия:

• для легких тканей:

ст., < ст

аЬ -

или

и1

< Еех

для легкорастяжимых материалов: Т

стм < стЬс, или ТГ1 < Е(£ь + £т X

(8)

(9)

где стаЬ и стЬс - нормальное напряжение в материале на участке формирования стежка, созданное от растяжения или сжатия материала рейками соответственно; 5ст - площадь, занимаемая стежком; еь = Дь/Ь2 и ет = Дт / 1ст2 - относительное сжатие материалов рейками и ниткой.

Представленный механизм возникновения деформации материала показывает, что основными причинами стягивания материала является нарушение одного из условий (5)...(9), которое может быть вызвано несоблюдением правил эксплуатации, а также технологических режимов выполнения операций, или ручных приемов при шитье и др.

Таким образом, при эксплуатации швейной машины для устранения причин стягивания материала прежде всего важно выполнение правильной наладки не только натяжения ниток Ти и величины дифференциала Да, но и давления прижимной лапки N , а также распределение натяжения нитки между этапами ее затяжки в стежке и др. Оператор или программа управления машиной при выполнении регулировок должны учитывать физико-механические свойства материала, вид переплетения, коэффициент тангенциального сопротивления и другие его параметры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шаньгина В. Ф. Соединение деталей одежды. М.: Легкая индустрия. 1976.

2. Ермаков А. С. Проектирование механизмов краеобметочных машин предприятий сервиса. М.: ФГОУ ВПО «РГУТиС». 2008.

3. Кокеткин П. П. Механические и физико-механические способы соединения деталей швейных изделий. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1983.

Поступила 04.07.2011 г.