Введение к работе
Актуальность темы. В легкой промышленности ири производстве полимерной обуви, характеризующемся широким ассортиментом изготавливаемой продукции и частой его сменой, одним из наиболее трудоемких процессов является проектирование и изготовление технологической оснастки, в частности, обувной колодки. В настоящее время конструктор при проектировании поверхности колодки полагается на практический опыт- и собственную интуицию и, как правило, ограничен во времени и технических средствах, позволяющих рассыртреть значительное количество возможных вариантов и выбрать из них оптимальные. Эти обстоятельства не позволяют оперативно внедрять ноаые модели в производство и расширять ассортимент продукции.
Наиболее эффективным направлением в совершенствовании процессоз проектирования является разработка систем автоматизированного проектирования /САПР/, призванных непрерывно повышать технический и эстетический уровень проектируемых изде-ялй, способствовать унификации и стандартизации узлов и деталей, обосновывать требования к разрабатываемым конструкциям ш технологическим процессам, расширять ассортимент изделий и
существенно сократить сроки, и стоимость проектирования. 3 ре- ' зультате автоматизированного проектирования технической поверхности ьюхет быть разработана программа для автоматизированного изготовления проектируемого объекта на станках с числовым программный управлением /ЧІ1У/, что значительно повышает точность разработок.
Радом pudoT во проектировании с использованием автоматизированных средств доказана перспективность и актуальность дан-цого направлений в обувном производстве.
Цель работы. Основная цель работы состоит в разработке научно обоснованного способа проектирования поверхности колодки для полимерной обуви на примера ыужских сапог, как наиболее стабильного ассортимента.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
получение антропометрических данных о мужжой стопе и голени бесконтактным способом ;
определение соотношения параметров внутренней формы полимерной обуви и стопы на основе биомеханических исследований ; анализ конструктивных особенностей данного вида обуви и одредс іение дедлэрмационных свойств полимерных материалов вер-ха обуви ;
разработка метода проектирования поверхности колодки для полимерной обуви с использованием средств автоматизированного проектирования ;
реализация теоретических положений по, проектированию внутренней формы обуви на ПЭШ/ "Искра-226",. снабженной средствами машинной графики.
Методы исследования. Методологической основой работы яви-кись материалы ШП съезда КПСС, пленумоа^и постановлений ЦК ІШ02 и правительства по вопросам разаития легкой промшленнос-ги, повышении ее эффективности и качества выпускаемых товаров.
исследования проводились с использованием основных полоненим анатомии и физиологии человеческого организма, методов іатематического анализа и аналитической геометрии, математичес-<их методов планирования эксперимента и обработки эксперимен-гальных данных, математического обеспечения для вычислительной :ехники.
Научная новизна padoru состоит в определении рациокалыго-:ти внутренней формы полимерной обуви а рекомендациях по совз-зшенствов'акил методики ее проектирования.
Разработан аналитический метод проектирования контуров по-ісречно-ьертикальних сечений колодки на основе форморазмеров «поименных сечении стогу и результатов биомеханических иссле-юваний.
Изучен характер распределения давления полимерной "буви іа стопу и голень.
выполнено, теоретическое исследование по описанию поверхно-;ти колодки как непрерывно-топографической, образующие которой [нтерполируются методом дуг окружностей с весами.
разработан способ формирования непрерывного каркаса пспе-іечно-вертикальїшх сечекий поверхности колодки с испояьзовакк-:іл автоматизированных средств проектирования.
практическая значимость работы заключается в улучшении :ачества полимерных сапог за счет конструктивних изменений, со-іершенетвоваиии мвтодики проектирования внутренней формы обуви, іокраи-ііШи доли ручного труда л сроков при проектировании но-
Вых моделей колодок при одновременном повышении качества раз-" работок. /азр:*ботаны алгоритмы и составлен пакет программ для ШКВМ "Мскра-^б" по проектированию и построению поверхности колодки с использованием средств машинной графики.
Внедрение результатов работы в НЛй резиновых и латексних изделий предполагает получение экономического эффекта в 15,5 тыс. руб. при разработке 12 моделей а год.
Публикации. Материалы теоретических и экспериментальных исследовании опубликованы в трех печатных работах, доложены и одобрены на ХУГ научно-технической конференции "Разработка новых и совершенствование существуидих технологических процессов предприятий бытового ободуливания" в ХШБО в 1984 году ; на ХУІ научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Ш ММШ в 198о году и на научно-методической конференции преподавателей и студентов ВТИЫ в 1985 году.
Обърм работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения. Работа изложена на 192 страницах, в том числе 106 страниц машинописного текста 69 рисунков, 8 таблиц. Список литературы содержит 131 наименование. І1ршюже"ие приведено на 75 страницах.
СОДііЛШШ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, определены це-
ли и задачи исследований. "
В первой главе дан обзор и анализ отечественных, а также зарубежных исследований, отражающих'круг вопросов, связанных непосредственно с совершенствованием методов проектирования внутренней формы ооуви.
Процесс проектирования поверхности обувкой колодки связан с определенными трудностями, а силу того, что колодка представляет собой стилизованную модель стопы и имеет сложнуи пространственную форму, исходными при гроектарованли являются данные о (іорма и размерах столы и голиш, которые определяются в результате антропометрических не следеааний.
лороаые результаты антропометрических исследований получается при комбинировании контактных и бесконтактных способов обмера. Контактные способы позволяют при помоги аростых к дешевих приборов & инструментов в короткио сроїш выявить для всего обследуемого коллектива /аоО + ЬОО человек/ СрЭДИОТИПИЧ-ные параметры стоп. Затем бесконтактным способом обследуются более детально стопы с такими параметрами.
3 настоящее время одним из совершенных среди бесконтактных является с'гереофотогршмзгриче'-кии способ, ПОЗВОЛЯЮЦИЙ с зысокой точностью охарактеризовать пространствеиную форму отс-ш и голени каркасом сачений в различных плоскостях.
Переход от геометрических параметров стопы к параметрам колодки является на сегодняшний день самым сложным вопросом при проектировании внутренней фориы обуви. Анализ литературных лоточников, шйвлцекных решению данного вопроса, показал, что и процессе преобразования форморазмеров стопы в параметры колодки необходимо учитывать анатомическое строение стоїш, физи-ко-^ехаїшіеские свойстза обувных материалов я допустимую аоль-мну деформация иягклх їкаией. стопы в обуви. Так, в (ДШП анто-jc&u Лыбой З.П. л Фуюшьм В.А. был разработан расчетный метод преобразования периметров стопы в параметры. колодки,, ооноваший ш силовом взаимодействия стопы с обувью, и предложена зависимость для-определения периметра ироектируешого сечения вшодкл:
їїп Пет (1-0,0^)
і'Дв Пет - периметр одноплекного сечвнля стопи ; if - относительная деформация стоїш обуъь» ; - относительная деформация материала верха обуви . при том же усилии, которое вызывает деформацию V ; Кус - коэффициент усадки материала верха обуви после ее
снятия с колодки. Таким образом, при расчете периметра сечения /например, поперечно-вертикального/ проектируемой колодки необходимо знать периметр одноименного сечения стоны, допустимую величину деформации стопы обувь») на уровне данного сечения и деформационные свойства материала верха обуви.
В .".ашой главе выполнен, также обзор современных методов проектирования внутренней формы обуви с использованием вычислительной техники и средств ишаиняок графики. Наиболее разработанным методом, обзепечлвавдиы достаточную точность сое троений и позволяющим алгоритмизировать процесс конструирования, является радиусографический мзтод.
Предпосылкой для автоматизации процесса проектирования может послужить унификация внутренней формы обуви. При этом наиболее приемлемым для легкой промышленности является "базовый" метод проектирования, согласно которому разработка различных вариантов .конструкций в пределах одной половозрастной группы ведется на основе оптимального конструктивно-технологического решения. Проведение padOTH но унификации целесообразно начать с наиболее стабильного ассортимента. 3 промышленности, вынуекающей полимерную ооувь, таким ассортиментом являются мужские сапоги.
Даи&е в глаъе обосновано проведение разработки базовой
конс/рукцип колодки для мужоких полтерішх салог, оостоящай из следущих этапов:
проведение биомеханических исследований для установлення соразмерности стопы я существующих моделей полимерных сапог о целью определения их удобствц ;
проведение антроію.«іетрическ.о: исследований для получения исходное геометрическое инфориац.,,! в ваде каркаса горизонтальных сечений условное средней стоки и голени ;
анализ фэри суцестьущих ка.одок для полимерных сапог с целью соблюдения принципа преексгіїенности и характеристики разрабатываемой (Jopmi колодки;
проектироаание поверхности колодки с использованием автоматизированных средств.
Форма базовой конструкции будет являться хранилищем инфо-эмацип л отправным пунктом построения колодок в пределах дон-юи родовой группы.
Вторая глава посвящена практическим исследованиям по оа-івделенла исходных данных для проектирования внутренней фодзмы юлнмеркых СШ10Г.
Аііализ результатов биомеханических исследований показал, но давление полимерной обуви на стопу распределено по поверх-юсти неравномерно, а в некоторых точках превосходит пороговоа шачение, при котором возникают болевые ощущения. Кроме того. іавление обуви на стопу на некоторых учасаках, в частности, в ібласти пяточного закругления практически отсутствует, ятэ не даособствует удержанию обуви на стопе. Из зеего этого следует, но внутренняя форма существующих полимерных салог ив соответствует требованиям, предъявляемым, к удобству обуви, з связи о іем необходило разработать рациональную внутренней форму обува.
I0
Далее в главе рассматриваются особенности деформационных свойств полимерных материалов ьерха обуви, из чего следует, что в процессе носки полимерной обуви ее верх плохо приформо-вывается к стопе. В связи с этим, проектируемая рациональная внутренняя форма полимерной обуви должна быть по возможности приближенной к форме стопы, в особенности, на уровне линии габарита.
3 данной главе также рассматриваются антропометрические хследования стопы и голени мужского населения. На основе сте-реофотограмметрического метода был получен каркас условной средней стопы и голени, представленный набором точек на уровне горизонтальных сечений.
3 третьей главе изложены теоретические положения по предлагаемой методике проектирования поверхности обувной колодки с использованием средств вычислительно', техники и машинной графики. Согласно данной методики процесс проектирования складывается из двух основных этапов, Яа первом этапе аппроксимируются контуры поперечно-вертикальных сечений стопы на основе дискретного каркаса условной, средней стопы и голени, определя-'' ится периметры для проектируемых одноименных поперечно-вертикальных течений колодки /по формуле /I// и предварительно проектируются контуры продольно-осевого сечения, слада, горизонтального сечения на границе стопа-голень и проекций линии габарита колодки,- На втором этапе непосредственно проектируются контуры поперечно-вертикальных сечений и формируется математическая модель технической поверхности колодки.
В главе дано обоснование выбора метода сопряженных дуг окружностей для описания контуров поперечно-вертикальных сече-. кий стопы и колодки. Так, контуры сечений в интервале 0,07 +
0,41 Д^ описываются пятью, в интервале 0,5+0,73 Д. - шестью, а в интервале 0,8 + 0,9 ^ - четырьмя дугами окружностей.
Аппроксимация контуров оечэниЛ стопы проводится следующим осзразом. Большие дуги окружностей /например, дуги окруяшс-стей 7А л 8J см. рис. I/ находятся из дискретного каркаса точек методом наименьших квадратов. Затем в процессе итераций подбираются дуги окружностей, сопрягающиеся с найденными. При этом должны соблюдаться комбинации условия /общее число условий равно трем/ необходимости и достаточности: сопряжение искомой дуги окружности с известной дугой и ее прохождение через две известные точки, либо сопряжение искомой дуги окружности с двумя известными дугами и so прохождение через одну известную точку.
Контуры горизонтальных сечении стопы и голени аппроксимируются аналогичным способом восемь- сопряженными дугами окружностей /см. рис. 2/. Отличив предлагаемого способа аппроксимации контуров от ранее предложенных 'заключается а том, что часть дуг окружностей находится методом наименьших квадратов, а другая часть дуг окружностей подбирается в процессе атер'ацип с соблюдением рассмотренных выше условий, причем точки сопряжении дуг,окрукностеі!, определяющие границы участков, являются нефиксированными.
При построении контуров проектируемых поперечно-вертикальных сечений исходными являючся точки с контуров продольно-осевого сечения, следа, горизонтального селения на границе стопа-голень, фронтальной проекции линии габарита колодки в плоскостях проектируемых сечзний. Вначале определяются дуги окружностей, цримыкаюдде к линии следа контуоа из условия про-хаедення через две известные точки, из которых одна является точкой габарита, дуги окру.чис-стеіі, характеризующие линию следа
.Р»с<.':ї> Схема вах'оадения дуг окрутостеятірй.;аітроксимашги' контуров сечений стош: а - в интервале 0,07 + 0,41 . Дст на участка. І2А.; б - в интервала 0,5 + 0,73 Ц^ :ла участка VS8 "
!лс 2. /лгго::с:і'.=щгк кокеров горизонтальних сечоцгі» " . голе-: а - на уоозпе 320 ;,;<; д -'на у[вдне 95 ,,,,
из условия прохождения искомой дуги чрез три известные точки " и для сечений в интервале 0,5+0,73 Д^ также находится дуга окружности в гребневой части контура из условия ее прохоадеши через три точки, две из которых задаются произвольно /точки 7 и 8/. Затем итерационным поиском /как при аппроксимации контуров сечении стопы/ определяются остальные дуги окружностей.
До дискретному каркасу спроектированных поперечно-вертикальных сеченик формируется непрерывно-топографическая поверхность колодки, где линиями "уровня" являются контуры поперечно-вертикальных сечении, .Для описания семейства линий "уровня" (J /см. рис. 3/ и проекции пространственных направляющих pj на горизонтальную л фронтальную плоскости используется кусочно-гладкая интерполяция дугали окружностей с весами дискретного каркаса узловых точек Mtj . Уравнение интерполяционной кривой на элементарном участке между I и 1+1-ои точками имеет вид:
Уі(х) ^оіі{яІ-0(огУf і Уг(Х)=Уоі+ііЬІі-(Хої>і-Ю*;
Здесь - аргумент, а
Ri>d - параметры двух дуг окружностей, проходящих через точ-i-l,t,L+l и І,ї*1,І+2 с координатам і Jfi-i» {/-!».
Хі+г.*Уі+г
При интерполяции данной криво'й контуров поперечно-нерти-
Рис. 3. Дискретный каркас топографической поверхности колодка
калышх сечений, участки которых описаны сопряженными дугами окружностей, исходного для построения набора точек недостаточно. Поэтому ьводигся дополнительный набор точек, олизкоотстоя-щих от точек исходного набора.
Таким образо*!, уравнение элементарного участка непрерывно-топографической поверхности колодки /например, участка ^2t?3»'P?»^3/' иожно представить в о&дём виде
Zi - i'iXtXuZi, Хі, 2г> Хз> z}> *«, г\)і
*a *Ґ(Х>ХиУІ fc, У/> *s. УІ » *«» УІ)і
- Z2*^{Mi>zl>x2aL*i,iLKzl)i
Zn * f *(X,Xt>Zub>Z2,XnZi>X<„Z*)i
. zA *44x,XuzLxi,Zi>XuzS>Xbrt)>
где Хе[Хг>ХзЗ; ycCyg.yJiZcfeajZl)] - текущие значения координат точек поверхности ;Xl,ytZ| > \Xjp Узі?3 » ...; X*, У^ Лч - координаты узловых точек 1і,1г»ії,і^»
2s.?a,2s>2v,XJt,Z>a,l>3.^,^i,A8»Aj,A4.
Данный способ описания поверхности позволяет дополнить дискретный каркас поперечно-вертикальных сечений колодки до непрерывного.
3 четвертой главе подробно излагается методика проектирования на примере колодки для мужских полимерных сапог.
На основе теоретических положений, рассмотренных в третьей главе, были разработаны алгоритмы и составлены программы на языке программирования "Бейсик 02" для ПЭКЗМ "Лскра-х>26", снабженной средстцаыи машинной графики.
В процессе аппроксимации контуры поперечно-вертикальных сечений стопы /сечения в интервале 0,07 +0,9 Д^/ строились на экрана графического дисплея ЭВМ и запоминались в памяти машины.
Периметр контура сечения, составленного из сопряженных дуг окружностей, определяется как суьыа длин дуг окружностей
n*|jiL«|4at-eU , /2/
где # - радиус і -ой дуги окружности, стягиваемой централь- ним углом є/ і , а Л/ - число дуг окружностей
С учетом толлинії внутренней обуви - О длина участка контура /например, дуги окружности 1'А'см. рас. 4/ вычислялась в соответствии с /2/ по формуле
где х1 = Х1'6-&г;у1*У1-
Уі,Уі»Хд>УД - соответственно координаты точек I и А ; ^0і»У0і«^1~ координаты центра и радиус дуги окружности ІА.
. Найденные таким образом периметры сечений стопы подставлялись в формулу /I/, по которой определялись периметры для одноименных сечении колодки с учетом данных*о допустимой деформации стопы обувью и деформационных свойств полимерного материала верха ооуви.
Проектирование контуров' поперечно-вертикальных сечений колодки представляло собой итерационный процесс. Если периметр варианта контура проектируемого сечения не соответствовал требуемому значешы, то строился новый вариант контура. При эток варьироватось положение исходных точек, вместе с чем корректировались контуры продольно-осевого сечения, следа, горизонтального сечения стопа-голень и. проекций линии габарита. Зари-
Рис. 4. Схема к определению периметра сечения стопы с. учетом толщины внутренней обуви
анты контуров строились на экране графического дисплея и запоминалась, что давало возможность визуально сравнивать их между собой и с контурами одноименных сечаний стопы. Выбирался тот вариант, который соответствовал предъявляемым требованиям. Главное из этих требований - значение периметра контура сечения.
Далее на основе полученного дискретного каркаса попереч
но-вертикальных сечений колодки были в качестве примера вос
становлены контуры нескольких промежуточных сечений меяду се
чениями 0,18 и 0,3 Д^. /
Предлагаемая в данной работе методика проектирования внутренней формы полимерной обуви может быть использована при проектировашш колонок для других видов обуви. При этом составленная математическая модель поверхности колодки может послужить базой при разработке управляющей программы для автоматизированного изготовления колодок ка станках с ЧЖ.
Предполагаемый экономический эффект от внедрения данной методики проектирования составляет 15528 руб. при разработке 12 моделей в год.
o&im вывода по работе
1. Анализ исследован, л в области машинного проектирова
ния внутренней фор:лы обуви показал необходимость совершенство
вания существующих методов проектирования с целью повышения
удобства обуви и качестве, проектных разработок.
Построение внутренней формы обуви проведено на основе антропометрических и биомеханических данных о стопе, исходя из последних достижений науки в этих областях.
2. В работе получен необходимый при, проектировании формы
колодки для сапог набор горизонтальних и поперечно-вертикаль-~ ных сечений стопы и голени стереофотограмметрическим методом. Контуры полученных поперечно-вертикальных сечений стопы аппроксимированы методом сопряженных дуг окружностей: в интервале 0,07+0,41 Д^ - пятью дугами окружностей ,в интервале O.o-s-0.73 Дцр - шестью, а в интервале 0.8+0,9 Д^ - четырьмя. Горизонтальные сечения голени аппроксимированы с помощью 8 дуг окружностей.
-
Проведение теоретических и экспериментальных исследований распределения давления полимерной обуви на стопу показа-до нерациональность существующей внутренней формы обуви в необходимость разработки метода проектирования данного вада обуви с учетом биомеханического критерия удобства обуви.
-
Разработан метод машинного проектирования поверхности колодки для полимерных сапог. При построении сечений колодки учтены форморазмеры стопы, периметры сечении стопы, величина относительной деформации стопы обувью и физнко-ыеханическиа показатели материала, что позволило установить оптимальные параметры сечений колодки.
-
Метод задания контуров сечений колодки сопряженными дугами окрудшостей, связыаиадпй меаду собой три проекции колодки в единую систему, позволяет добиться высокой точности , построения при минимуме исходной информации. Сократилась длительность процесса проектирования по сравнению с ручным, используемым в настоящее время в промышленности, выпускающей полимерную обувь.
о. Предложен способ задания формы колодки каркасной поверхностью зависимых линий, давдиіі возможность воспроизведения большого количества сечений, необходимых, для точного по-
отроения колодки.
-
Разработан пакет програми по автоматизированному проектированию поверхности колодки, реализованных на ЭВМ "Искра-226" для версии "Бейсик 02", Полученная информация представлена а цифровой и графический виде.
-
Предложено построенную форму колодки для полимерной обуви принять за базовую конструкцию и проводить на ее основе разработку мужского и^сортиыента колодок в промышленности, вы-щзкащей полимерную обувь. Унификация конструкции колодки позволит сократить время подготовки конструкторской документации и уменьшить влияние субъективного фактора при проектировании.
-
Разработанный метод проектирования формы колодки является универсальным и может быть использован при проектировании сечении колодок других половозрастных групп с учетом соответствующих значений величины допустимого давления обуви на стопу а физико-механических свойств материала. ..
10. Внедрение метода проектирования внутренней формы по
лимерной обуви с использованием ЭВМ и средств машинной графи
ки в ІШР обеспечит экономический эффект 15528 руб.. при раз
работке 12 моделей колодок в год.
Похожие диссертации на Совершенствование способа проектирования внутренней формы полимерной обуви с использованием средств вычислительной техники и машинной графики
