Круж.ком

сайт по рукоделию: кружевоплетение на коклюшках, коклюшечное вологодское вятское кружево

2.4. Подставки с шаровой опорой

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).

Рис.2.19. Схема шаровой опоры валика

Рис.2.19. Схема шаровой опоры валика

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].

Рис.2.20. Подставка с шаровой опорой. Вятка

Рис.2.20. Подставка с шаровой опорой. Вятка

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).

Рис.2.21. Кинематическая схема управления платформой

Рис.2.21. Кинематическая схема управления платформой

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.

  1. Рычаг управления шаровой опоры 3 удлинён в 3.5 раза с целью уменьшения усилия торможения.
  2. Удалены две «штатные» детали подставки, а именно – педаль и тяга, соединяющая педаль с рычагом шаровой опоры (в исходном виде они действительно не нужны!).
  3. 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.
Рис.2.22. Усовершенствованная вятская подставка

Рис.2.22. Усовершенствованная вятская подставка

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.

Рис.2.23. Регулировочная характеристика шаровой опоры

Рис.2.23. Регулировочная характеристика шаровой опоры

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.

 

Рис.2.24. Шарнир фирмы «Kaindl Industrie»

Рис.2.24. Шарнир фирмы «Kaindl Industrie»

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.

Рис.2.25. Универсальная подставка с шарниром фирмы Kaindl

Рис.2.25. Универсальная подставка с шарниром фирмы Kaindl

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).

Рис.2.26. Универсальная подставка. Вид 1

Рис.2.26. Универсальная подставка. Вид 1

Рис.2.27. Универсальная подставка. Вид 2

Рис.2.27. Универсальная подставка. Вид 2

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).

Рис.2.28. Навесные приспособления (лотки) для размещения валиков

Рис.2.28. Навесные приспособления (лотки) для размещения валиков

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.

Рис.2.29. Подставка с валиком диаметром 28 см. «Лыжи» поставлены на ребро

Рис.2.29. Подставка с валиком диаметром 28 см. «Лыжи» поставлены на ребро

Рис.2.30. Подставка с валиком диаметром 36 см «Лыжи» положены плашмя

Рис.2.30. Подставка с валиком диаметром 36 см «Лыжи» положены плашмя

Приспособление для дисковой подушки выполнено в виде коробки, на которой установлены радиальные держатели, заканчивающиеся ограничителями (рис.2.31).

Рис.2.31.Подставка для дисковой подушки

Рис.2.31.Подставка для дисковой подушки