VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Секреты ткацкого станка
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
АННОТАЦИЯ
Также создание и изучение роботизированных механизмов – путь к освоению профессий будущего. Ткачество – это сложный процесс, изучение которого следует начинать с устройства самого станка.
Наша модель ткацкого станка собрана на основе образовательного набора LEGO MINDSTORMS EV3, где управляемый блок заставляет двигаться ремизку (по вертикали) и бедро (по горизонтали) за счет среднего и большого моторов с помощью шестеренок, которые используются в механизмах с зубчатой передачей. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.
Нити утка натянуты за счет балок и штифтов, нить утка фиксируется на отдельном челноке (балка+штифты).
Программа для автоматизации основных действий написана в визуальной среде программирования EV3 и загружена в управляемый блок. Программа циклическая, в ней задействованы средний и большой моторы.
При исследовании темы проекта было выявлено:
История создания ткацкого станка уходит в глубокую древность
Сегодня ткацкий станок, это сложное, высокотехнологичное и высокопроизводительное электронное оборудование
Существует 4 класса ткацких переплетений (простые, мелкоузорчатые, сложные, крупноузорчатые)
«Зубчатая передача» - это движение с помощью шестеренок
Программирование в графической среде EV3 удобно для школьников
Прикладная ценность полученных результатов заключается в том, что модель ткацкого станка может быть использована в качестве демонстрационного материала по робототехнике, по технологии, так как наглядно демонстрирует принцип работы ткацкого станка и показывает, как образуются ткацкие переплетения.
В расчет стоимости создания прототипа изделия, полученного в результате реализации проекта включено приобретение Образовательного набора LEGO MINDSTORMS EV3 45544 за 35000 рублей и ниток за 300 рублей.
ВВЕДЕНИЕ
В Федеральной целевой программе развития образования на 2016 - 2020 годы говориться о том, что в школах должны реализовываться мероприятия по развитию научно-образовательной и творческой среды. В нашем лицее много различных кружков и занятий по внеурочной деятельности. Так на занятиях по основам робототехники и программирования нам предоставляют возможность творчески развиваться, решая жизненные задачи.
Также создание и изучение роботизированных механизмов – путь к освоению профессий будущего. Ткачество – это сложный процесс, изучение которого следует начинать с устройства самого станка.
Таким образом, целью проектной работы является создание роботизированной модели ткацкого станка.
Задачи проектной работы, намеченные для достижения поставленной цели:
Познакомиться с историей возникновения ткацкого станка
Изучить устройство ткацкого станка
Изучить технологию создания полотна
Создать модель ткацкого станка с помощью набора LEGO MINDSTORMS EV3 и запрограммировать на действия
Создать ткацкое изделие с помощью модели
Прикладная ценность полученных результатов заключается в том, что модель ткацкого станка может быть использована в качестве демонстрационного материала по робототехнике, по технологии, так как наглядно демонстрирует принцип работы ткацкого станка и показывает, как образуются ткацкие переплетения.
Несколько лет назад французский инженер-механик Nicolas Lespour создал действующую модель ткацкого станка из наборов Lego Technics. Он назвал устройство – Lego mechanical loom. Сейчас он сделал новую версию швейной машинки. Устройство стало гораздо меньше и быстрее. Также он составил полное руководство и инструкции с иллюстрациями по сбору своей уникальной модели. Он изменил некоторые редкие детали и в целом упростил модель, чтобы дать возможность каждому собрать ее самостоятельно. Робот пока не способен принимать решения самостоятельно, но это возможно в перспективе.[4]
Наша модель ткацкого станка намного проще, она автоматизирует роцесс частично. Основные технические характеристики прототипа, разработанного в ходе реализации проекта: вес – 500 грамм, габариты 11*25 см, напряжение питания – 220В
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Конструкторский раздел.
Ткацкий станок - машина ткацкого производства, оборудование или устройство для изготовления всевозможных видов ворсовых, гладких, плетёных полотен и ковров: льняных, конопляных, хлопчатобумажных, шёлковых, шерстяных, а также прочей продукции текстильной промышленности.[3]
Основные детали механического ткацкого станка:
Наша модель ткацкого станка собрана на основе образовательного набора LEGO MINDSTORMS EV3, где управляемый блок заставляет двигаться ремизку (по вертикали) и бедро (по горизонтали) за счет среднего и большого моторов с помощью шестеренок, которые используются в механизмах с зубчатой передачей. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.
Нити утка натянуты за счет балок и штифтов, нить утка фиксируется на отдельном челноке (балка+штифты)
Программный раздел.
Программа написана в визуальной среде программирования EV3 и загружена в управляемый блок. Программа циклическая, в ней задействованы средний и большой моторы.
Исследовательский раздел.
В результат исследования, проведенного в ходе реализации проекта, мы выяснили, что ткацкий станок служит человечеству с древних времён. П ервые ткацкие станки появились еще в середине 16 века до н.э. в древнем Египте. Египетские ткачи разработали способ, который существенно упрощал процесс изготовления ткани. Они придумали ремез, т.е. систему разделения нитей, при которой к деревянному стержню крепились четные нити основы, а нечетные свисали свободно. На этом процесс упрощения получения полотна не остановился, и к 1000-му году до н.э. появился атоский станок. В нем ремезы отделяли четные и нечетные нити основы. Это новшество позволило перейти от «плетения» тканей непосредственно к ткачеству. Разнообразие получаемых таким образом переплетений нитей ускорила работу в десятки раз. Несмотря на дальнейшие мелкие усовершенствования ткацкого станка, такие, например, как появление педалей для управления движением ремеза, настоящий прогресс в ткаческом производстве начался в 17 веке в Европе. [1]
1580 году Антон Моллер разработал станок на котором можно было ткать несколько кусков материи. А в 1733 году англичанин Джон Кей придумал механический челнок. Благодаря этому изобретению появилась возможность ткать широкие полотна тканей, при этом станок обслуживался одним человеком.
В конце 18 века шотландец Роберт Миллер изобрел механизм для продвижения сотканой ткани. Надо сказать, станок Картрайта вначале весьма несовершенен и не представлял угрозы для ручного ткачества.
И в 1803 году наконец Вильямом Хорроксом был получен патент на механический ткацкий станок.
В таком виде станок просуществовал почти 100 лет, пока Вернер фон Сименс не электрифицировал, а Нортрол не автоматизировал работу ткацкого станка. В настоящее время станки продолжают совершенствоваться. Развитие техники движется в направлении автоматического управления с применением компьютеров с соответствующим программным обеспечением.
В наши дни, ткацкий станок, это сложное, высокотех-нологичное и в ысоко-производительное электронное оборудование.
Основные виды ткацких станков:[2]
Ручные
Полумеханические
Механические
Пневматические
Гидравлические
Рапирные
С момента появления первых ткацких станков нити утка продевались в зеве только челноком и уплотнялись бердом батана. Появление бесчелночных станков изменило и механизм проведения утка в зев, а следовательно и конструкцию станка. Контейнер с уточной пряжей крепится сбоку станины, а необходимая длина нити отмеряется барабаном-накопителем. По типу прокладки утка ткацкие станки подразделяют на:
П невматические - типы станков, в которых уточная нить проводится через зев мощной струей воздуха, поступающего через систему сопел. Особенностью данного вида является отсутствие батана. Такие станки производятся только за рубежом: в Японии, Бельгии, Германии, Италии.
Г идравлические — уточная нить проводится струей воды, или так назывемой «летящей каплей». Конструктивно такой станок в своей основне использует пневмомеханизмы. Также как и в случае с пневматическим типом Россия не владеет технологией производства таких станков. Соответственно производители располагаются в странах, перечисленных выше.
Р апирные — уточная нить продевается так называемыми рапирами. В таких станках две рапиры перемещаются навстречу друг другу. Подающая тянет нить до середины полотна. Там ее подхватывает вторая рапира и доводит до противолежащего края зева. С помощью серводвигателей берд осуществляет подбой утка. По типу рапир происходит деление на машины с гибкими рапирами, с прямыми жёсткими и телескопическими рапирами. Не смотря на более медленное производство, рапирные станки имеют более широкие возможности по видам и ассортименту выпускаемой продукции. Например, станки, производимые в Германии способны производить материал шириной до 36м! Такие станки выпускаются в том числе и в России (Новосибирск, Чебоксары).
Пневмо-рапирный тип станков представляет из себя комбинацию механизма действия рапирного и пневматического станков. Данный тип машин является разработкой отечественного станкостроения. Протаскивание нити осуществляется сжатым воздухом, проходящим внутри полой рапиры (трубчатая рапира). В такой конструкции производительность рапирных станков повышается за счет использования пневмомеханизма.
С танки с микропрокладчиками для проводки нити используют «мини челноки». Нить подхватывается зажимом, расположенном в задней части «мини челнока», который с помощью специального толкателя направляется к противоположному краю ткани. Специальные профильные пластины формируют каналы, задающие траекторию движения мини челнока (конфузоры), а также защищают станок от повреждения, а обслуживающий персонал от травм.
Автором концепции и мировым лидером в производстве станков с микропрокладчиками являлась и остаётся по сей день. фирма Зульцер (Швейцария), в 1958 году предложившая на мировом рынке и выпускающая по сей день станки типа «projectil». [3]
В России основным производителем ткацких станков является предприятие ОАО «Текстильмаш» (Чебоксары), которое выпускает (и выпускало в СССР) станки под маркой СТБ (Станок Ткацкий Бесчелночный). Станки СТБ производились и в Новосибирске до 2007 года на заводе СибТекстильмаш.
Также во время исследования интересно было узнать, что любое полотно имеет основу и уток. Переплетение нитей в ткани является одним из основных показателей строения ткани. Нити основы и утка последовательно переплетаются друг с другом в определённом порядке (в зависимости от минимального числа нитей необходимого для законченного ткацкого рисунка). Это влияет на образование ткани с характерной для данного переплетения структурой, внешним видом, свойствами. Ткацкие переплетения бывают разные. Все многообразие представлено ниже.
На своей модели ткацкого станка нам удалось соткать полотно простого полотняного переплетения:
Экономический.
Расчет стоимости создания прототипа изделия, полученного в результате реализации проекта.
|
№ п/п |
Наименование |
Описание / Цена |
|
1 |
Образовательный набор LEGO MINDSTORMS EV3 45544 |
35000 рублей |
|
2 |
Нитки |
300 рублей |
|
3 |
потенциальные или реальные потребители продукта созданного в результате проекта. |
Учителя технологии, информатики, обучающиеся начальных классов |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Образовательный набор LEGO MINDSTORMS EV3 помог нам создать модель ткацкого станка – реализовать проект, и также мы узнали:
История создания ткацкого станка уходит в глубокую древность
Сегодня ткацкий станок, это сложное, высокотехнологичное и высокопроизводительное электронное оборудование
Существует 4 класса ткацких переплетений (простые, мелкоузорчатые, сложные, крупноузорчатые)
«Зубчатая передача» - это движение с помощью шестеренок
Программирование в графической среде EV3 удобно для школьников
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Неелов В. В. Ткачество: от плетельных рам до многозвенных машин. М., 1986.
Грановский Т. С. Удивительная специальность — ткачество. М., 1989
Материал из Википедии — свободной энциклопедии - https://ru.wikipedia.org/wiki/Ткацкий_станок
Энциклопедия роботов - http://robotday.ru/2015/02/24/ткацкий-станок-lego
Стерхова М.А. Конструируем роботов на LEGOR MINDSTORMSR Education EV3. М.: Лаборатория знаний, 2016.