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关键词：衬衫立体烫机  扩腰  连杆机构  受力分析

1  背景情况

    在绝大多数发达国家，包括部分发展中国家，专门的洗涤连锁行业已经成为规模zui大的服务行业之一。随着科学技术的高速发展，各种智能化的、多功能的洗涤设备和后整理设备应运而生。衬衫立体夹烫机械综合了气动、伺服、鼓风、真空等多项技术，是zui复杂衬衫洗涤后整理设备之一。

    经过洗涤后的衬衣要经过熨烫，恢复洗涤前的形状，并要求平整、挺括。以前这些工作都是工人用熨斗手工操作的，效率低、劳动强度大，质量难以保证。

    自动化的衬衫立体烫机发明后（图1），大大提高了生产效率，减少了对操作工人技能的依赖，也提高了整体熨烫水平。人体造型是非常复杂的曲面组成的，在烫平衬衣中要使每一个部位都能适度符合衣服的形状，特别是扩展腰胁，烫平大身的步骤，是世界上很多衬衫机设计人员倾心研究的重点。

  图1

    早期世界各大制造衬衫烫机的跨国公司采用了各种各样的气囊，通过充气来扩展腰胁部位，使衣服展平。虽然达到了形状吻合的初衷，但由于气囊本身不透气，造成该部位热风流通不畅，存在干燥速度与其他部位不同步的问题。

    随着社会发展，人们的生活水平不断提高，对洗涤后衬衫熨烫质量的要求越来越高，扩腰机构的气囊模式也逐渐被连杆机构所替代。连杆机构相对气囊动作有了进一步的提高，它在扩张的同时具有下滑拉直腰胁的动作，使衬衫大身更平挺、无折痕。     

    但是衬衫的熨烫过程都是在高湿度（喷蒸汽）、高温（吹热风）、高压力（气动加压）的环境下进行的，对设备上的元器件无疑是严峻的考验，特别是驱动扩腰动作的气缸都设计成安装在大身模型的内部，一直在承受高温、高湿的侵蚀，严重影响设备的可靠性和使用寿命。

    笔者总结了以往扩腰机构的利弊，提出把驱动扩腰机构的汽缸延伸到非高温、高湿度的模型外面，改善了气缸工作环境，提高了气缸寿命，也方便了安装和维修。由于避开了严酷环境的要求，可以采用一般的汽缸替代昂贵的耐高温汽缸，降低了生产成本，提高了设备的可靠性。

2  扩腰机构三维模型及机构（图2、图3）

1-固定机架  2-连杆1   3-连杆2  4-弹簧  5-扩腰架  6-柔性杆  7-平动支点  8-扩腰连杆  9-滑块  10-轴  11-摆杆  12-气缸  13-汽缸固定支架

图2  扩腰机构三维模型

图3  扩腰机构简图

3  运动分析（图4）

图4  扩腰机构运动简图

    从运动简图看出气缸在压缩空气作用下带动AB杆绕支点O转动?₁角，推动滑块直线移动，滑块移动力作用于连杆6a点，使a点移至a′点，b点移至b’点，从而使连杆1绕O点转动?₂角。连杆1、连杆2、连接板3组成的平行四边形机构，当杆1、杆2绕O₁、O₂ 点转动时连接板3沿Y、Z轴平移，保证了扩腰架在弹簧4和支点C同时作用下作平动。Y′是满足zui大号衬衫胸围的1/2尺寸，同时扩腰架沿Z轴下降了dZ。

         在扩腰机构中弹簧4的作用使扩腰架与连接板3浮动连接。在一定扩张力作用下，贴近衬衫的扩腰架根据衬衫形状摆动，而侧面的柔性杆则根据腰缝的曲线变形。同时扩腰架沿Z轴下降，在衬衫上略微施加了向下的拉力，使衣服放置得更稳妥（图5）。

 图5  扩腰示意图

4  计算

这个以平行四边形为基础的连杆结构比较简单。试验测试结果，向两侧扩展的力应在10牛至20牛之间可调为宜，既可以保证一般厚料衬衫有足够的撑开的力，也可以防止薄料衬衣过度拉伸。忽略导向机构的摩擦力，据此可推算出气缸的zui大拉力（图6）。           

图6

    已知：zui大扩腰位置y′,初始位置y，下滑位移?z。设扩腰位移?y=y′-y、 ?₂=acrsin ?y / 0₁c′         

    设扩腰推力为F_{推   ，} 气缸zui大拉力为F 

    则F_c’切= F_推、/cos（acr sin ?y / 0₁c′）

F_c’切 0₁c′= F_b’切 0₁b′     

F_b切 =（0₁c′/0₁b′）F_c’切=（0₁c′/0₁b′） F_推/cos（arc sin ?y / 0₁c′）

    作用在a′b′杆上的F_b’ = F_b’切 /cos（90⁰-?₂）= （0₁c′/0₁b′） F_推/cos（arc sin ?y / 0₁c′） /sin（arc sin ?y / 0₁c′）

 F_a’ = F_b’=（0₁c′/0₁b′） F_推/cos（arc sin ?y / 0₁c′）/ sin（arc sin ?y / 0₁c′）

OA=1.3OB  

    气缸zui大拉力F=F′/1.3=2 F_a’ /1.3

    即  F=2（0₁c′/0₁b′） F_推/cos（arc sin ?y / 0₁c′） /sin（arc sin ?y / 0₁c′）/1.3

    选择直径d为40毫米的气缸，有杆腔有效面积10.56平方厘米，外接一个电气比例阀，或者手动调压器，使得加在汽缸上的压力可以在0～0.4兆帕之间可调，实验证明气压在0.4兆帕时，侧向的推力zui大达到25牛，可以满足扩腰机构张力的要求。

5  结论

    由于特定的洗涤机械的工作环境的限制，原来美国、日本的衬衫立体烫机的各种扩腰机构的机械、气动部件都直接置于模型内部的蒸汽、热风之中。这种场合下即使应用昂贵的耐高温气缸等元器件，也难以保证使用寿命，影响了设备的可靠性。

    本设计把执行汽缸通过连杆机构引出到模型的外面，避开了高温、高湿的工作环境，大大提高了设备的可靠性，也降低了制造成本。改进的连杆机构使得扩腰的运动轨迹更符合人体工程学的要求，改善了熨烫效果。