Недостатки «козел» очевидны – кружевнице приходится часто поворачивать не только валик на подставке, но и всю конструкцию вместе с валиком относительно трёх пространственных осей. Плетение на такой оснастке в течение рабочего дня требует от кружевницы незаурядной физической выносливости, не меньшей, чем у грузчика-такелажника. А ведь рукам, занятым тончайшей работой, силовая нагрузка категорически противопоказана!
Физическую перегрузку кружевницы удаётся исключить при использовании подставок с наклонной платформой и с шаровой опорой. Но у наклонной платформы имеются серьёзные ограничения на размеры валика. Обзор в Интернете подтверждает этот факт.
Вот почему русские кружевницы, работающие с большими и тяжёлыми валиками, вынуждены пользоваться исключительно «козлами». Многие из них просто не подозревают о существовании подставок с шаровой опорой.
Сферический шарнир даёт валику три степени свободы. Все три угловые координаты валика – азимут, тангаж и крен – регулируются независимо друг от друга. В предыдущем разделе показано, что подставка с наклонной платформой таким свойством не обладает даже теоретически.
В идеале центр тяжести валика должен быть совмещён с центром вращения сферической опоры. Поскольку это в явном виде конструктивно неосуществимо, приходится отступать от оптимальной кинематической схемы, а именно – устанавливать валик 1 на платформе 2, соединённой штангой 3 с шаром 4 (рис.2.19).
Схема обеспечивает хорошую управляемость, но вынос центра тяжести валика из центра вращения шарнира усложняет и без того непростую задачу фиксации платформы. Возникают длинные плечи L1 и L2 рычагов, при которых нужно создавать большие силы трения в шаровом сочленении опоры для удержания валика в заданном пространственном положении. Задача несколько облегчается при увеличении диаметра шара. Подставка для валиков с шаровой опорой (рис.2.20) в России впервые создана вятскими мастерами более 30 лет тому назад [9].
Идея шаровой опоры не нова. Давно известны приспособления для позиционирования планшетов, мольбертов и других устройств.
В указанных примерах положение поверхности подбирается только при подготовке несущей поверхности к работе, причём углы регулируются в небольших пределах (до 10-15 градусов). Во время работы планшет занимает фиксированное положение. В процессе плетения сцепного кружева валик приходится поворачивать на гораздо большие углы, причём очень часто, поэтому известные механизмы с шаровой опорой не пригодны для русских кружевниц.
В вятской подставке, показанной на рис.2.20, задача фиксации положения валика решается идеально, но управляемость оказывается неудовлетворительной. На фотографии видно, что педаль предназначена для освобождения шаровой опоры от торможения, но в конструкции ничего не предусмотрено для возврата рычага в исходное состояние. Поэтому кружевница вынуждена рукой подтягивать рычаг, чтобы зафиксировать валик в новом положении. Естественно, избегая лишних и неудобных движений, она выбирает такое постоянное положение рычага, при котором торможение оказывается уже доста-точным для работы, но в тоже время ещё не таким сильным, чтобы можно было снова поворачивать валик. Вот почему кружевницы, работающие на вятской подставке, единодушно заявляют, что педаль им вовсе не нужна.
И с таким недостатком вятская подставка используется уже почти 40 лет! А ведь эта досадная недоработка прекрасно задуманного приспособления устраняется всего лишь парой простых пружин, как это сделали авторы данной книги (рис.2.21).
Платформа для валика 1 с шаровой опорой 2 управляется рычагом 3. Рычаг 3 удерживается в исходном положении основной пружиной 4, соединённой кордом 5 с рычагом 3. Шкив 6 предназначен для изменения направления силы натяжения корда 5. Рычаг 3 связан также кордом 7 со шкивом управления 8, снабжённым педалью 9. Для приведения шкива 8 в исходное положение используется дополнительная пружина 10, которая соединена с ним кордом 11.
Кружевница нажатием на педаль 9 поворачивает рычаг 3 на такой угол, при котором шаровая опора освобождается от тормоза. Пружины 4 и 10 растягиваются, запасая энергию. Установив валик в новое положение, кружевница снимает ногу с педали. Пружина 4, сжимаясь, возвращает рычаг 3 в исходное состояние, а валик фиксируется в выбранном положении. Дополнительная пружина 10 досылает педаль 9 в исходное состояние.
Усовершенствование достигнуто простыми преобразованиями исходной подставки.
- Рычаг управления шаровой опоры 3 удлинён в 3.5 раза с целью уменьшения усилия торможения.
- Удалены две «штатные» детали подставки, а именно – педаль и тяга, соединяющая педаль с рычагом шаровой опоры (в исходном виде они действительно не нужны!).
- Под крестовиной закреплена несущая плита, на которой установлены новые узлы подставки:
- опора управляющего шкива 8 с педалью управления 9;
- кронштейн шкива 6, предназначенного для изменения направления вектора управляющего усилия для рычага шаровой опоры;
- кронштейн шкива, изменяющего направление вектора силы дополнительной пружины 10, предназначенной для восстановления положения шкива и педали.
Усовершенствованная вятская подставка показана на фотографии (рис.2.22).
Настройка узлов управления выполняется в три приёма:
- выбор длины первого корда, связанного с основной пружиной, по силе натяжения пружины, достаточной для надёжного торможения шаровой опоры;
- выбор точки закрепления второго корда на окружности шкива управления;
- выбор двух точек ограничения поворота управляющего шкива в обоих направлениях.
Теперь кружевнице не нужно прикасаться руками к рычагу управления. Она нажимает ногой педаль и тем самым освобождает шаровую опору от тормоза. При этом две пружины растягиваются, запасая энергию. Установив валик в новое положение, кружевница снимает ногу с педали. Пружины, сжимаясь, возвращают рычаг управления в исходное состояние, и валик фиксируется в выбранном положении.
Возможности управления угловым положением валика в вятской подставке определяются регулировочной характеристикой механизма торможения (рис.2.23), представляющей зависимость силы торможения шаровой опоры от углового положения рычага управления.
В идеальном механизме должна быть линейная характеристика с чётко выраженными точками полного торможения и полного освобождения. В реальной подставке зависимость аппроксимируется нелинейной функцией sin4x, где 0 ? х ? 900. Фактическое торможение достигается плавно, что заставляет увеличивать начальное значение силы растяжения пружины и, следовательно, угловой диапазон регулирования рычага управления.
В образце вятской подставки, доставшейся авторам книги, угол поворота рычага шаровой опоры от полного торможения до состояния освобождения от тормоза, составляет ?X = Xmax – Xmin ? 700. Если шаровая опора не сильно изношена, диапазон регулировки может оказаться меньше, например, ?X ? 300.
Модернизация вятской подставки произведена с применением подручных средств. В их числе – дверная пружина длиной 260 мм, разрубленная на две части (диаметр витков 20 мм, диаметр проволоки 2 мм), фанера толщиной 10 мм, древесно-стружечная плита толщиной 16 мм, два ролика от коньков и велосипедная «звёздочка» с одной педалью. Ось вращения управляющего шкива с педалью установлена на четырёх шариковых подшипниках для уменьшения стартового усилия управления.
В результате модернизации вес подставки уменьшен на 23% (с 27 кг до 20.8 кг). Эскизы усовершенствованной подставки приведены в Приложении 2.
Если подставку конструировать заново (с перспективой промышленного серийного производства), то попутно следует устранить ещё один существенный недостаток вятского устройства – его избыточную металлоёмкость и избыточную массу. На этот недостаток не обращали внимания 35 лет тому назад, но в настоящее время, когда существуют высокопрочные синтетические материалы, нужны современные технические и технологические решения.
Упомянутая избыточность объясняется тем, что вятская подставка проектировалась для художественных промыслов кружевоплетения, где используются большие и тяжёлые валики. В таких условиях на первое место, естественно, выходит требование устойчивости подставки. В вятской конструкции оно удовлетворено двумя способами:
- — увеличением базового размера крестовины до 55 см;
- — увеличением массы подставки до 27 кг.
При этом допущена ошибка – отождествлены понятия «устойчивость» и «массивность». Конструкторы подставки, насколько можно догадаться, перенесли на новую конструкцию личный опыт проектирования тяжёлых транспортных механизмов или кузнечно-прессового оборудования. Однако уже более 100 лет учебники по технической механике изобилуют примерами повышения устойчивости и прочности несущих конструкций из металла, древесины, а теперь – из полимеров, причём отнюдь не за счёт увеличения массы.
Вятская подставка изготовлена малой серией для одного региона. По этой причине о ней знают немногие в других российских губерниях, и она практически недоступна в массовом кружевоплетении
на дому. Однако аналогичную подставку можно изготовить и дома, если удастся достать готовый шарнир с механизмом торможения.
Авторам представилась возможность приобрести механизм фирмы Kaindl Industrie под названием «Kombihalter mit Kugelgelenk», что буквально переводится как «комбинированный держатель с шаровым суставом» (рис.2.24). Адрес поставщика (website): www.kaindl.de.
Фирма рекламирует свой механизм как средство решения задач, далёких от кружевоплетения, но в контексте обсуждаемой здесь проблемы – это главный узел универсальной подставки. Шарнир легко встроить в подставку с минимальной доработкой – как и в вятской подставке, нужно только удлинить рукоятку управления. Кинематическая схема подставки показана на рис.2.25.
Под универсальностью подставки понимается её пригодность для работы с разнообразными подушками, как цилиндрическими, так и дисковыми. Основу конструкции составляет готовый шарнир (он выделен серым цветом). На несущей плите 1 закреплены стойки 2 и 3. На платформе 1 установлена педаль 4. Подвижный конец педали соединён нерастяжимым кордом 5 с рычагом 6 торможения шара. С тем же рычагом соединён правый конец спиральной пружины 7, левый конец которой связан со стойкой 2. Корд 5 перекинут через шкив 8, установленный на кронштейне 9, закреплённом на стойке 3.
На выходном валу сферического шарнира установлена платформа 10, предназначенная для навесного оборудования – валиков и дисковых подушек. На верхней платформе устанавливаются два болта для крепления навесных приспособлений.
Рычаг торможения 6 под действием предварительно напряжённой (растянутой) пружины 7 занимает крайнее левое положение, при котором сфера шарнира становится неподвижной. При нажатии педали 4 шнур 5 отводит рычаг 6 вправо, освобождая шар от тормоза. Кружевница переводит навесное оборудование в новое положение и отпускает педаль 4. Под действием пружины платформа 10 и объект, установленный на ней, фиксируются в новом положении.
Эскизы приспособления приведены в Приложении 3. Общий вид универсальной подставки показан на фотографиях (рис.2.26 и рис.2.27).
Нижняя платформа, две «лыжи» под нею и педаль изготовлены из древесно-стружечной плиты толщиной 15 мм, стойки – из сосновых реек, детали крепления стоек, верхняя платформа и кронштейн для шкива – из фанеры толщиной 10 мм. Шкив можно также вырезать из фанеры, но лучше взять готовый, например, пластиковую катушку от рыболовной удочки.
Спиральная пружина 7 подбирается по усилию, достаточному для надёжного торможения шарнира. Поскольку пружина растягивается при нажатии педали, нетрудно развивать усилия до 5 – 8 кг. Кронштейн 9 и ось вращения шкива 8 должны быть прочными, чтобы выдержать сильное натяжение шнура.
Ширина нижней платформы достаточна для размещения педали и элементов крепления стоек. Площадь опоры выбрана так, чтобы подставка была устойчивой при установке валиков диаметром больше 40 см и дисковых подушек диаметром около 60 см. Высота платформы принимает два значения – 14 см для маленьких валиков (диаметром до 30 см) и 4 см – для больших.
Регулировка высоты достигается изменением положения пары «лыж», прикреплённых «рояльными» петлями к нижней платформе. Если на подставке размещается маленький валик, «лыжи» ставят «на ребро», если большой – укладывают «плашмя». Разница между двумя размерами лыжи составляет 10 см, на такую же величину изменяется и высота подставки.
Навесные приспособления для валиков выполнены в виде лотков с бортами, высота которых составляет 30-40% от радиуса цилиндра (рис.2.28).
Каждый лоток имеет пару посадочных отверстий диаметром 8 мм с межцентровым расстоянием 110 мм. На показаны приспособления для валиков диаметром до 30 см. Для управления поворотами и наклонами валиков на бортах установлены стандартные дверные ручки.
Примеры установки навесного оборудования и валиков на универсальной подставке показаны на рис.2.29, рис.2.30.
Приспособление для дисковой подушки выполнено в виде коробки, на которой установлены радиальные держатели, заканчивающиеся ограничителями (рис.2.31).
