автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование процесса подачи листов кожкартона в вырубочный пресс для изготовления деталей низа обуви

На правах рукописи

УСОВ АЛЕКСЕИ ГЕОРГИЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ЛИСТОВ КОЖКАРТОНА В ВЫРУБОЧНЫЙ ПРЕСС ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ НИЗА

ОБУВИ

Специальность 05.02.13 - машины, агрегаты и процессы

(легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Сатст-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" на кафедре теоретической и прикладной механики

Научный руководитель: доктор технических наук Чайкин В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Поляков В. К. кандидат технических наук Петренко В. II.

Ведущая организация: ОАО "Скороход"

Защита состоится 14 декабря 2004 г. в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.236.02 в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна, ауд. 241

Адрес: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна

Автореферат разослан 12 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 212.236.02

доктор технических наук, профессор

В. В. Сигачева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Процессы вырубки дегалей низа обуви из листов кожкартона составляют значительную долю трудозатрат на обувных пред-прияпиях, и совершенствование этих процессов происходит на основе их все более полной автоматизации, на основе создания автоматизированных выру-бочных комплексов, обеспечивающих все более высокую производительность и достаточно комфортные условия труда обслуживающего персонала. При этом одной из основных проблем, требующих сложного и точного теоретического анализа, гарантирующего безаварийную работу оборудования, является проблема подачи листового материала из пачки листов в вырубочный пресс.

Решение этой проблемы требует создания подающего устройства, обеспечивающего циклическую, поочередную подачу листов на вырубку в требуемом режиме их перемещения. К сожалению, оказывается невозможным непосредственное использование для подачи листов из пакетов кожкартона механизмов, которые в настоящее время применяются в бумагоделательных производствах, в полиграфической промышленности, в швейном и фанерном производствах для работы со слоистыми объектами. Каждый из таких механизмов конструировался в расчете на работу с объектами, обладающими механическими и физическими свойствами, специфичными для соответствующих производств. Эти свойства не присущи пакетам кожкартона. Поэтому создание механизмов подачи кожкартона потребует значительных исследований деформационных свойств отдельных листов и пакетов в целом, учета зависимости их деформаций и перемещений от действия рабочих органов конструируемых устройств. Важность и актуальность для обувного производства проблемы подачи листов кожкартона из пачки в вырубочный пресс определяет актуальность темы настоящей диссертации.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является создание методов и алгоритмов аналитического и численного анализа процессов подачи листов кожкартона в вырубочные прессы, используемые при изготовлении деталей низа обуви на обувных предприятиях, разработка теоретических основ для повышения надежности и скорости работы подающих устройств.

Исходя из этой цели, сформулированы следующие задачи диссертационной работы:

1) разработка механических моделей пакетов кожкартона различных типов, определяемых способами их изготовления и хранения;

2) разработка математических моделей движения листов в пакетах под действием рабочих органов подающих устройств в процессе их функционирования;

3) исследование динамических и математических моделей работы подающих устройств;

1 РОС. нлииондльмл^ . 3

4) теоретическое и экспериментальное определение режимов функционирования подающих устройств, обеспечивающих их надежную работу определение наиболее перспективных направлений совершенствования подающих устройств;

5) определение наиболее перспективных направлений совершенствования подающих устройств.

Методы исследования. Применяемые в диссертации теоретические методы исследования опираются на основные положения теории сплошной среды, теории колебаний. Широко использовались методы математического анализа, методы теории уравнений с обыкновенными и частными производными, операционное исчисление. Числовые расчеты выполнены с применением пакетов MATLAB, MathCAD и на основе непосредственного программирования. Экспериментальные исследования проводились с использованием установок, изготовленных в СПГУТД и установки «Инстрон».

Практическая достоверность полученных результатов подтверждается надежной работой макета вырубочного комплекса при использовании предложенных вариантов подающих устройств, экспериментальными наблюдениями отдельных характеристик функционирования этих устройств. Теоретическая достоверность результатов работы обусловлена использованием строгих методов построения и анализа изучаемых математических моделей процессов движения подаваемых листов и пакета в целом.

Научная новизна. При выполнении работы были получены следующие новые научные результаты.

1. Разработаны динамические и математические модели для исследования пакетов кожкартона различных типов: пакет из сухих плоских листов, пакет из увлажненных плоских листов, пакет из покоробленных листов, пакет из слежавшихся листов.

2. Выполнено полное математическое исследование задачи о движении листов в пакете с кулоновским трением между листами при валковом способе подачи верхнего листа. Выявлены условия безотказной работы подающего устройства.

3. Определена сила, обеспечивающая требуемую скорость движения подаваемого листа в увлажненном пакете с кулоновским и ньютоновским трением между листами. Определены индуцированные при этом смещения листов, подлежащих подаче на следующих циклах работы подающего устройства.

4. Разработаны методы и алгоритмы численного анализа деформаций пакетов из покоробленных и слежавшихся листов. Дан анализ внутренних сдвигов листов в пакетах, указаны условия правильного движения подаваемого листа.

5. Разработаны и созданы макеты подающих устройств, позволившие

правильность полученных в

работе теоретических результатов.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанные в работе динамические и математические модели слоистых пакетов кожкартона, алгоритмы расчета их деформаций и характеристик движения подаваемых на вырубку листов составляют теоретическую базу для дальнейшего совершенствования механизмов подачи листов на вырубку и средств управления этими механизмами. Использование результатов работы обеспечит сокращение временных и материальных затрат на проектирование и экспериментальную доводку более совершенных устройств; позволиг шире использовать компьютерные методы управления работой подающего устройства и всего вырубочного комплекса в целом.

Результаты выполненных автором диссертации исследований были использованы при расчетах действующего макета подающего устройства, изготовленного в рамках выполнения Государственной программы «Интенсификация - 90». После проведения экспериментальных работ макет был передан заказчику — Ленинградскому ПО «Скороход».

Материалы диссертационной работы используются в курсе лекций «Машины, аппараты и технологические линии кожевенной и обувной промышленности», в курсовом и дипломном проектировании, выполняемом на кафедре машиноведения СПГУТД.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на техническом совете Ленинградского обувного объединения «Скороход» в 1989 г., на семинарах кафедры теоретической механики С.-ПГУТД в 1990 - 2000 гг., на 1-й Международной научи.-техн. конф. «Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности» ( Иваново, 2003), на 5-й Международной конф. «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения» (С.-Пб., 2003), на 4-й Международной науч.-техн. конф. «Компьютерное моделирование 2003» (С.-Пб, 2003), на семинаре кафедры машиноведения СПГУТД в 2004 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ: 5 статей и тезисы докладов (5 шт.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Содержит 98 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 3 таблицы и библиографический список из 54 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н, профессору Л. С. Мазину за постоянное внимание к работе и указания, в значительной мере определившие ее содержание.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование выбора темы диссертационной работы, определена практическая и теоретическая актуальность проводимых исследований.

В главе 1 выполнен обзор патентных и литературных источников по проблемам обработки слоистых материалов в различных сферах производства. Значительный вклад в решение этих проблем внесен работами И. Г. Аль-перина, В. В. Болотина, В. С. Никишина, А. К. Приварникова, В. М Ильмана, Н. В, Зволинского и других в связи с исследованиями задач полиграфии, фанерной и швейной промышленности, в связи с проблемами подачи металлических и пластмассовых пластин при штамповке. Существует много работ прикладного характера, например, Г. А. Пискорского и А. Л. Голотко, посвященных проблемам подачи многослойных настилов к вырубочным прессам. Значительный интерес в решении проблем вырубки деталей обуви представляют исследования Н. В. Замарашкина, В. Е. Марголина, О. В. Яковлевой. Однако оказалось, что в существующей литературе проблеме исследования сдвигов слоев внутри пачки при скольжении отдельных листов уделено недостаточно внимания.

В связи с этим дается обоснование необходимости проведения дополнительных исследований механизмов возникновения и реализации сдвигов внутри пачек кожкартона, и формулируются задачи исследования, решение которых позволяет разработать рекомендации по проектированию устройств, подающих листы кожкаргона для вырубки деталей их них.

В начале второй главы на основании рассмотрения пачки с сухим трением между листами даются оценки усилия 0 прижима сдвигающего валика к верхнему листу пачки, оценки сдвигающего усилия ¥, а также минимального момента сопротивления МтП вращению сдвигающего валика:

Здесь О означает величипу силы тяжести, действующей на один лист; f'¡¡,f. коэффициенты трения покоя, характеризующие сцепление сдвигающего валика с листом и листа с листом; ге - радиус валика; кв - коэффициент сопротивления качению валика по пачке. Как следует из экспериментов, увеличение сдвигающего и прижимного усилия ведет к возрастанию нежелательных сдвигов нижних листов пачки. Очевидной рекомендацией для уменьшения этих сдвигов будет увеличение коэффициента

В рсзультаге обработки результатов экспериментов по сдвиганию верхнего листа пачки было обнаружено, что сдвиги верхнего листа при достаточ-

но малых сдвигах нижележащих лиспов происходят только при соблюдении определенных условий. В общем же случае при подаче верхнего листа сдвигающим валиком происходят перемещения нижележащих листов (рис. 1, б -1, ё). Иногда вместе с верхним листом движется еще один или несколько листов (рис. 1, в). При небольшой скорости подачи Уп верхнего листа некоторые из нижних листов остаются практически неподвижными (рис. 1, г), а при возрастании этой скорости и усилия прижима они также вовлекаются в движение (рис. 1, д).

а б 9

vп

го е

Рис. 1

В результате экспериментальных замеров сдвигов листов в увлажненных пачках и в пачках из листов с повышенным содержанием пластифицирующих компонентов (рис.1, б, в, г, д) было замечено, что распределение сдвигов листов напоминает распределение скоростей при плоском течении ньютоновской жидкости между двумя пластинами. Это дает основание для того, чтобы представить пачку листов, уложенных на неподвижную опору (рис. 2), как сплошную слоистую среду, обладающую не только сухим, но и вязким трением между слоями.

На рис. 2 ось Ох направлена в сторону к захватам, принимающим подаваемый лист. Лист, уложенный на горизонтальную опору, имеет форму прямоугольного параллелепипеда высотой А, шириной Ъ и длиной / = /,+/2. Толщина всей пачки равна Н.

По предположению значения горизонтальных сил взаимо-

действия между листами зависят от градиента скорости слоев со-

гласно формуле:

Здесь - сила кулонова трения, ц - коэффициент вязкого трения, при этом

Р'с=& + Р&:=> (3)

где / - коэффициент трения скольжения между листами, р - плотность слоев, g - ускорение свободного падения. Исследование движения бесконечно тонкого слоя показывает, что скорости слоев удовлетворяют уравнению

ЗР 2

д(

-а

(4)

где Уравнение (4) является дифференциальным уравнением в част-

ных производных второго порядка параболического типа.

Методом преобразований Лапласа были получены решения уравнения (4) при начальном условии при условии ограниченности скоростей

слоев для любого ;>0 и при различных условиях, задающих скорость верхнего слоя или усилие, приложенное к верхнему слою со стороны сдвигающего тела

Когда известна функция из формулы (2) определяется горизон-

тальное усилие действующее на верхний лист пачки со стороны

сдвигающего валика:

Как следует из анализа решений уравнения (4), проекции скоростей слоев с ростом координаты " убывают. Предполагая, что движение слоев со временем приобретает установившийся характер, можно определить глубину Я., до которой распространяются смещения слоев, зависимость между скоростью верхнего листа и приложенной к нему силой ¥, а также найти скорости перемещения всех листов в зависимости от глубины их расположения:

V И 2/;

(5)

Плотность р слоев для разных сортов кожкартона и размеров листа составляет величину от 0,8 до 1,2 кг/м, коэффициент трения / »0,75. При скорости vn подачи верхнего листа около 0,2 м/с и при величине //«0,05кг/м, определенной экспериментально, оказывается, что Н. <Н, т. е. двигаться может только верхний лист. При скольжении верхнего листа по второму листу на верхней стороне этого второго листа имеет место скачок градиента скорости, обусловленный силой трения, действующей со стороны сдвигаемого листа Расчеты показывают, что при силе этого трения, большей или равной величине будет происходить скольжение слоев согласно закономерностям принятой модели, т. е. скольжение слоев того вида, который показан на рис. 1, б, г, д. Случаи одновременной подачи двух и более листов следует отнести к ситуациям, когда регулярность условий трения между листами нарушена: листы уложены без учета ориентации волокон или перед подачей некоторые из них были подвержены взаимным сдвигам, в результате которых трение уменьшается.

Для рассмотрения зависимости условий сдвига слоев от прижимающего усилия и степени коробления листов была рассмотрена модель пачки, в которой каждый лист представлен как система двух тел, охваченных упругой связью.

Пусть п - число листов в пачке; ткв и тк„ интерпретируются как мас-

сы верхнего и нижнего слоев к -го листа; ск - характерный коэффициент упругости, равный приблизительно жесткости листа при сдвиге. Величина т^ означает приведенную массу сдвигаемого листа и частей привода сдвигающего валика; (?0 - сила прижима, Р0 - сила, приложенная к телу массой т0 со

стороны привода = , - ()0), Г0 - сила, действующая со стороны тела массой т0 на верхний лист пачки. Если считать, что массы слоев, жесткости упругих связей и коэффициенты фения между листами одинаковы и равны, соответственно т, си /, то при тсутсгвии скольжения между листами внутри пачки движение системы тел описывается уравнениями (задача о силовом возбуждении вибраций):

(6)

Уравнение движения системы, состоящей из верхнего листа, сдвигающего валика и механизма его привода, представим в виде

т„лп - г

■Т

Начальные условия: хк(0) = хкд', ¿4(0) = ,х,,0; ¿ = 0,1,...,«. Каждая обобщенная координата тсчитывается от положения равновесия в направлении подачи листов.

Путем составления дисперсионного и векового уравнений, соответствующих данной задаче о колебании линейной цепочки, было получено точное решение системы (6). Был сформулирован критерий начала относительного скольжения листов:

Л,

Величина /, означает коэффициент трения в момент начала скольжения одного листа кожкартона по другому.

Для небольших значений «быстрого» времени в вид графиков функций (рис. 4) практически не зависит от числа л листов в пачке. Если сила Т0 мало отличается от величины а коэффициент трения скольжения лис-нримерно равен коэффициенту трения покоя то из анализа значений этих функций на предполагаемом промежутке времени подачи верхнего листа 06 следуют выводы. 1) Скольжение листов внутри пачки невозможно, если Q<Qm,a = Ю1Ъ.

2)При (Й™*^£ = 15,46,если/«/.и п = 100листов)име-

ет место «регулярный» сдвиг: листы начинают сдвигаться в последовательности сверху вниз вплоть до некоторого номера как на рис. 1, б.

3) При ()тт <0<(2тач сдвиг может произойти в любом слое с номером к, зависящим от величины и числа п (рис. 1, в).

Для поддержания режима движения, описываемого системой (6), тело с приведенной массой надо перемещать со скоростью

прикладывая при этом силу

Если наружный слой пачки двигать с постоянной скоростью, то скольжение непременно начнется между первым и вторым листами; задача о кинематическом возбуждении вибраций в модели, изображенной на рис.3, сводится к задаче о силовом возбуждении.

Исследование движения слоев, вызванного скольжением зоны силового воздействия сдвигающего валика на пачку листов, основано на предположении, что сдвиги листов являются главным образом результатом накопления локальных растяжений листов, вызванных сжимающим действием сдвигающего валика.

4(0)

о

в

о

2

в

О

5

10 15

0

50

100

150 200 250

Рис.4

Это предположение оправдано, прежде всего, применительно к пачкам плотно слежавшихся листов. Для приближенного расчета деформаций пачки в окрестности плоскости уОх (рис. 2) была рассмотрена задача о плоском напряженном состоянии полубесконечного изотропного сплошного слоя с поправкой на конечность толщины пачки. Составлено приближенное выражение для расчета кривизны к сечения срединной поверхности прогнувшегося листа плоскостью хО:; при х = 0

где Е И V - осреднеиные значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона упругого материала, представляющего собой пачку листов кожкартона. Если усилие, действующее на пачку со стороны сдвигающего валика достаточно велико, для того чтобы касательные напряжения между слоями превысили значения то при качении валика сжатые и растянутые слои как бы наматываются на него (рис. 5, а). Принимая гипотезу прямых нормалей, можно рассматривать сечения срединных поверхностей листов как кривые Бертрана с общими нормалями, для которых справедливо равенство (рис. 5, б), где - дуговые координаты соседних кривых, вторая из которых расположена со стороны вогнутости первой Тогда с учетом (7) относительный СДВИГ СЛОЯ С- ттпптпэтгатпй ? ттпгттр. ттр.пр.мр.тттр.тгая ОСИ ВЭЛИКа На расстояние о равен АЪ^) = МЛ —---- , где /0 =—. Абсолютные сдвиги

V- Н ) я£НЬ

бесконечно тонких слоев, имеющих относительные координаты будут описываться формулой

В третьей главе приведены результаты экспериментов на макете по-

(7)

¿00) = /„(/? + !//?-2).

(8)

Рис.5

дающего устройства. Результаты экспериментов позволили определить коэффициент ц (от 0,002 до 0, 07 кг м/с) для разных видов сырья, имеющего разную степень увлажнения, и в основном подтвердили (после отбраковки слабо коррелированных результатов) справедливость выражения (5) и формулы (8), а также суждений о зависимости условия сдвига слоев от усилия () (рис. 6, где сплошными линиями изображены теоретические, а пунктирными - экспериментальные кривые). Проверена пригодность предлагаемых законов изменении вращающего момента и прижимного усилия, действующих со стороны сдвигающего валика на пачку листов кожкартона.

Рис.6

В четвертой главе приводятся результаты экспериментов по исследованию соотношений между нагрузками, прикладываемыми к образцам кож-картона, и деформациями этих образцов. При эгом характер диаграмм растяжения (рис. 7, б) полосок кожкартона можно объяснить волокнистой структурой образцов, характер диаграмм сжатия пачки (рис. 7, а) - рыхлостью пачки из-за коробления листов.

Вследствие предположения, что коробление листов соответствует цилиндрической поверхности, сечением которой является синусоида, удалось получить расчет величины, выступающей аналогом модуля Юнга при сжатии рыхлой пачки. Расчет достаточно хорошо подтверждается экспериментом.

Основные выводы по работе

1) Разработаны динамические и математические модели пакетов кожкарто-на, позволяющие для типичных пакетов, используемых в обувной промышленности для изготовления деталей низа обуви, рассчитывать параметры конструкции устройства, подающего листы кожкартона на вырубку.

2) Выполнено исследование математической модели пакета, состоящего из плоских листов кожкартона с сухим трением между листами. При этом получены рекомендации по управлению рабогой устройства, гарантирующие требуемое смещение подаваемого листа при практической неподвижности других листов.

3) Проведено исследование параметров движения листов в пакетах с вязко-пластическим взаимодействием между листами. При этом рассчитаны перемещения листов при задаваемых воздействиях на подаваемый лист фрикционного сдвигающего валика с неподвижной осью вращения. Разработаны рекомендации по выбору прижимного усилия валика и рабочего вращающего момента при различных механических свойствах пакета.

4) Найдено сдвигающее усилие, обеспечивающее заданное распределение скоростей слоев внутри пакета при установившемся их движении.

5) Найдена глубина распространения сдвигов слоев внутри пакета при установившемся движении.

6) Проведено численное и аналитическое исследование внутренних колебаний и сдвигов в пакетах покоробленных листов. При этом определены

условия возникновения дрейфовых деформаций пакета, обусловленных внутренними осцилляциями листов.

7) Исследован процесс накопления сдвигов листов при перемещении оси сдвигающего валика. На этой основе разработаны рекомендации по организации подачи листов путем прокатывания валика по поверхности пакета.

8) На действующем натурном макете вырубочного комплекса, разработанном и изготовленном при непосредственном участии автора диссертации, проведены экспериментальные исследования работы различных вариантов подающего устройства. Результаты экспериментов с практической точностью согласуются с результатами теоретических расчетов.

Основные положения диссертации отражены в работах:

1.Вальщиков Ю. Н., Усов А. Г. Основные функциональные зависимости технологического процесса подачи листового материала под вырубку при изготовлении деталей низа обуви // моделирование систем автоматизации и контроля технологических процессов текстильной и легкой промышленности. Межвуз. сб. науч. тр./ СПб.: Изд. С.-Т16ИТЛП, 1992. - С. 57 -60.

2. Усов А. Г. Об использовании вторичного эффекта сдвига слоев в деформированной пачке при автоматизации подачи листового материала под вырубочный пресс // Автоматизированное проектирование систем управления технологическими процессами текстильной и легкой промышленности: Межвуз. сб. научн. тр. / СПб.: Изд. СПГУТД, 1994. - С. 22 - 24.

3. Усов А. Г. Вибрационные механизмы деформирования слоистых пакетов // Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения: Труды V Международной конференции. СПб.: Изд. СПбТПУ, 2003. - С. 524 - 525.

4. Усов А. Г. Эвристические приемы оптимизации управления технологическим процессом вырубки деталей обуви // Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности (ПИК-ТЕЛ-2003): Сб. материалов 1 междун. научно-техн. конф. - Иваново: Изд. ИГТА, 2003. - С. 192-193.

5. Усов А. Г. Математическое моделирование процессов сдвиговых деформаций слоистых пакетов // там же. - С. 122 - 124.

6. Усов А. Г. Обучаемый автомат для вырубки деталей обуви // Компьютерное моделирование 2003: Труды IV Междунар. науч.-техн. конф. - СПб.: «Нестор», 2003. - С. 355 - 356.

7. Усов А. Г. Сдвиговые деформации слоистых пакетов // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности: Сб. научн. тр. Вып. 6. / СПб.: Изд. СПГУТД, 2004. - С. 124- 127.

8. Романов В. Е., Саакяи Р. Р, Чайкин В Л, Усов А. Г. Классификационно-ориентирующие базы данных для трудноформализуемых объектов // Междунар научная конф. «Интеллектуализация обработки информации» (ИОИ - 2004): Тезисы докл - Симферополь, 2004. - С. 139 — 140.

9. Романов В. Е., Чайкин В. А., Саакян Р. Р., Усов А. Г. Классификационно-ориентирутощие базы данных для трудноформализуемых объектов // Искусственный интеллект, 2.11ШИ, Национальная Академия наук Украины. Киев, 2004. - С. 380 - 384

10. Вальщиков Ю. Н., Усов А. Г. Прогрессивные способы изготовления деталей низа обуви на вырубочных прессах. Вестник СПГУТД, № 10 СПб: Изд. СПГУТД, 2004. - С. 70 - 73.

Издательская лицензия 000285 от 21.10.99 Оригинал подготовлен автором Подписано в печать г. Формат 60x84 1/16

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ

Отпечатано в типографии СПГУТД 191028, г. Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26

»2258»

РНБ Русский фонд

2005-4 23868

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ НИЗА ОБУВИ, А ТАКЖЕ ИНЫХ ДЕТАЛЕЙ

ИЗ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1 Л. Основные детали низа обуви и способы их изготовления

1.2. Технологическое оборудование, применяемое для выкраивания деталей низа обуви.

1.2.1. Вырубочные эксцентриковые прессы многократного действия.

1.2.2. Электрогидравлические прессы с вертикально перемещающейся траверсой.

1.2.3. Электрогидравлические прессы с траверсой, перемещающейся по вертикали и горизонтали.

1.2.4. Электрогидравлические прессы с передвижной кареткой.

1.2.5. Прессы - автоматы с вырубочной головкой и программным управлением (раскройные комплексы).

1.3. Технология вырубки деталей низа обуви.

1.3.1. Одноместная однослойная вырубка.

1.3.2. Многослойная одноместная вырубка.

1.3.3. Многоместная (однослойная и многослойная) вырубка

1.4. Способы отделения и подачи листового материала.

1.4.1. Пневматический способ листоотделения.

1.4.2. Фрикционный способ листоотделения.

1.5. Технология и оборудование для вырезания деталей из обувного картона.

1.5.1. Резание водяной струёй.

1.5.2. Лазерная резка листовых материалов.

1.6. Сравнительный анализ способов раскроя деталей из листового материала

1.7. Сравнение способов подачи листового материала. Постановка задачи исследования работы подающего устройства

1.8. Анализ работ по исследованию валковой подачи.

1.9. Работы по исследованию деформаций слоистых оснований. Исследования высокочастотных вибраций при наличии сил сухого трения

1.10. Исследования механических свойств обувных картонов

1.11. Сравнительный анализ литературных источников, выводы и постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЛИСТОВ В ПАЧКЕ КОЖКАРТОНА И ДЕФОРМАЦИЙ ПАЧКИ ПРИ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ ПОДАЧИ ВЕРХНЕГО ЛИСТА В ЗАХВАТЫ

2.1. О проблеме поочередной подачи листов кожкартона из пачки.

2.2. Механические модели пачки листов кожкартона

2.3. Исследование подачи верхнего листа на основе модели № 1.

2.4. Исследование движения пачки на основе модели №

2.4.1. Основное дифференциальное уравнение движения слоев

2.4.2. Проблема исследования неустановившегося движения пакета

2.4.3. Определение глубины распространения сдвигов слоев в случае установившегося их движения

2.5. Исследование движения листов в пачке кожкартона на основе модели №

2.5.1. Построение механической и математической модели

2.5.2. Исследование движения одной массы

2.5.3. Исследование движения двухмассовой модели

2.5.4. Исследование движения системы п тел (силовое возбуждение вибраций)

2.6. Исследование деформации пачки при действии на нее подающего органа на основе модели №

2.7. ВЫВОДЫ по 2-й главе

ГЛАВА 3. МАКЕТ ПОДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА. РЕЗУЛЬТАТЫ

ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА МАКЕТЕ

3.1. Конструкция макета подающего устройства.

3.2. Результаты экспериментов со сдвигающим валиком

3.3. Результаты экспериментов со сдвигающей плитой

3.4. Результаты опытов по раскатке (расчесыванию) пачек листов кожкартона и бумаги

3.5. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОЖКАРТОНА

4.1. Исследование деформационных свойств листов и пачек кожкартона

4.1.1. Микроструктура листа кожкартона.

4.1.2. Размеры, плотность и форма листа

4.1.3. Упругие свойства листов кожкартона

4.2. Фрикционные свойства листов кожкартона

4.3. Выводы по 4-й главе

Процессы вырубки деталей низа обуви из листов кожкартона составляют значительную долю трудозатрат на обувных предприятиях, и совершенствование этих процессов происходит на основе их все более полной автоматизации, на основе создания автоматизированных вырубочных комплексов, обеспечивающих все более высокую производительность и достаточно комфортные условия труда обслуживающего персонала. При этом одной из основных проблем, требующих сложного и точного теоретического анализа, гарантирующего безаварийную работу оборудования, является проблема подачи листового материала из пачки листов в вырубочный пресс.

Создание механизмов подачи кожкартона потребует значительных исследований деформационных свойств отдельных листов и пакетов в целом, учета зависимости их деформаций и перемещений от действия рабочих органов конструируемых устройств. Важность и актуальность для обувного производства проблемы подачи листов кожкартона из пачки в вырубочный пресс определяет актуальность темы настоящей диссертации.

Целью данной работы является разработка и исследование механических и математических моделей пачек листов кожкартона и подающих устройств, экспериментальное исследование процессов подачи листового материала и определение перспективных направлений совершенствования подающих устройств. Научная новизна заключается в разработке моделей пачки листов кожкартона и математическом исследовании взаимодействия подающего органа с пачкой, в результате чего определена методика управления фрикционной подачей листового материала.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержащего общие выводы.

4.3. Выводы по 4-й главе

1. Материал листов кожкартона обнаруживает анизотропию упруго-пластических свойств. При этом соотношения между деформациями и напряжениями носят нелинейный характер.

2. Упругие деформации всегда сопровождаются пластическими, причем в этих деформациях проявляются вязкость и ползучесть. Диаграммы растяжения имеют выраженный участок почти чисто пластической деформации.

3. Кожкартон с повышенным содержанием целлюлозы при растяжении оказывается во влажном состоянии прочнее, чем в сухом. Кожкартон с повышенным содержанием кожи обнаруживает противоположное качество.

4. Предел прочности при растяжении вдоль волокон кожи в среднем в полтора - два раза выше, чем при растяжении поперек волокон.

5. При сжатии пачки листов преобладающей податливостью пачки является податливость, обусловленная разгибанием покоробленных участков листов.

6. Коэффициент трения листов друг о друга уменьшается при их увлажнении. Коэффициент трения при страгивании зависит от времени предварительного контакта листов и от силового режима в окрестности момента страгивания.

Заключение

По результатам работы можно сделать следующие выводы. Разработаны механические и математические модели пакетов кожкартона, позволяющие для типичных пакетов, используемых в обувной промышленности для изготовления деталей низа обуви, рассчитывать параметры конструкции устройства, подающего листы кожкартона на вырубку.

Дано точное исследование математической модели пакета, состоящего из плоских листов кожкартона с сухим трением между листами. При этом получены рекомендации по управлению работой устройства, гарантирующие требуемое смещение подаваемого листа при практической неподвижности других листов.

Проведено исследование параметров движения листов в пакетах с вяз-копластическим взаимодействием между листами. При этом рассчитаны перемещения листов при задаваемых воздействиях на подаваемый лист фрикционного сдвигающего валика с неподвижной осью вращения. Разработаны рекомендации по выбору прижимного усилия валика и рабочего вращающего момента при различных механических свойствах пакета.

Выполнено численное и аналитическое исследование внутренних колебаний и сдвигов в пакетах покоробленных листов. При этом определены условия возникновения дрейфовых деформаций пакета, обусловленных внутренними осцилляциями листов.

Исследован процесс накопления сдвигов листов при перемещении оси сдвигающего валика. На этой основе разработаны рекомендации по организации подачи листов путем прокатывания валика по поверхности пакета.

На действующем натурном макете вырубочного комплекса, изготовленного в СПГУТД при участии автора диссертации, проведены экспериментальные исследования работы различных вариантов подающего устройства. Результаты экспериментов удовлетворительно согласуются с результатами теоретических расчетов. Теоретические и экспериментальные результаты работы послужили основой для создания системы управления, обеспечившей надежную работу автоматизированного вырубочного комплекса, изготовленного по заказу ПО "Скороход".

1. Колосков В.И., Колясин Б.П. Оборудование и механизация обувного производства. М.: «Легкая индустрия», 1979. - 320 с.

2. Вибрации в технике: Справочник: В 6-ти т. — М: «Машиностроение», 1970 1981. Т.6,1981. Защита от вибраций и ударов. - с. 313.

3. А.С. 576146 СССР, МКИ В21 D43/08. Устройство для продольной резки полосового и листового материала и подачи отрезанной полосы в рабочую зону обрабатывающей машины. Матвеев И.А. Приоритет 22.04.76. Опубл. 20.10.77, ИЗР, №3,1981.

4. Тюрин А.А., Бирбаер.Е.Г. Элементы расчета и проектирования листопитающих устройств. М., изд-во МПИ, 1979. - 66 с.

5. Ефимов М.В., Толстой Г.Д. Автоматизация технологических процессов полиграфии. М., «Книга», 1989. - 511 с.

6. Варданянц В.А. Разработка систем отделения и подачи листов в самонакладах печатных машин: Автореф. дис.канд. техн. наук. М., МПИ, 1986.-21 с.

7. Стрижев Ю.Н., Голубев М.И., Налетов С.В. Гидрорезы для раскроя обувных материалов// Кожа и обувь.2003, № 4. с. 26 — 27.

8. Патент США 4966059, МКИ В26 D1/24. Устройство и способ резания эластичного листового материала посредством высокоскоростной водяной струи. First Brands Corporation. Приор. 02.09.87, опубл. 30.10.90, ИСМ, № 35 1992.

9. Бушунов В.Т. Фрикционные и пневматические самонаклады. Мо137сква Ленинград: Гос. научно - технич. изд-во текстильной, легкой и полиграфической промышленности. 1947. - 76 с.

10. Дамаскин Б.И. Некоторые вопросы теории расчета и проектирования вытяжного прибора прядильной машины: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1954.

11. Голотко А.Л., Пискорский Г.А. Механизация подачи настилов к вырубочным прессам: М., ЦНИИТЭИ легкой пром-ти. 1973. 24 с.

12. Голотко А.Л., Пискорский Г.А. Исследование закономерности распределения деформаций и сдвигов в многослойном настиле при сжатии его валиками// Изв. ВУЗ «Технология легкой промышленности», №№ 3, 4, 5. М„ 1974.

13. Альперин И. Г. Задача о бесконечно длинной балке на упугой полуплоскости // Прикладная математика и механика. Т. II, вып. 3. Москва -Ленинград, 1939. С. 287-316.

14. Никишин B.C., Шапиро Г.С. Задачи теории упругости для многослойных сред. М.: «Наука», 1973. 131 с.

15. Bjarnehed Н. Contact loading on stressed orthotropic half-plain. Goteborg: Chalmer's univ. of technology, 1991.

16. Зволинский H.B., Шхинек K.H. Континуальная модель слоистой упругой среды. М.: ИПМ, 1980. - 56 с.

17. Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. М.: «Машиностроение», 1980. - 375 с.

18. Моссаковский В.И. и др. Контактные задачи математической теории упругости. Киев: 1985. - 382 с.

19. Приварников А.К. Граничные задачи теории упругости для многослойных оснований простой и сложной структуры: Автореферат дис. . д. физ.-мат. наук. М.: 1982. -41 с.

20. Никишин B.C., Китороагэ T.B. Плоские контактные задачи теории упругости для многослойных сред. М.: ВЦ АН СССР, 1990. - 68 с.

21. Ильман В.М. Некоторые контактные задачи для многослойных сред: Автореферат дис. . к. физ.-мат. наук. Донецк, 1972. - 16 с.

22. Ламзюк В.Д., Приварников А.К. Плоская задача о неполном контакте полосы с основанием / В сборнике «Вопросы прочности и пластичности». Днепропетровск, 1971.

23. Блехман И.И. Вибрационная механика. -М.: «Физматлит», 1994. -400 с.

24. Пальмов В.А. Описание высокочастотной вибрации сложных динамических систем методами теории теплопроводности / Сб. «Избранные проблемы прикладной механики». М.: «Наука», 1974. С. 532 - 542.

25. Жирнов Б.М. Исследование сложных фрикционных автоколебательных систем: Автореферат дис.к. физ.-мат. наук. Киев, 1974. - 16 с.

26. Сташкевичюс Ю.-А. Ю. Исследование ориентации волокон обувных картонов: Авторф. дис. . канд. техн. наук. Каунас, изд-во КГЩ, 1968.

27. Волокитина H.A. Исследование зависимости прочности картонов от связи волокнистых элементов их структуры: Автореферат дис. к. техн. наук. М., 1952.- 18 с.

28. Лифшиц И.Д. Изучение свойств заменителей кожи типа картонов во влажном состоянии: Автореферат дис. к. техн. наук. -М., 1953. 13 с.

29. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Госуд. изд-во технико-теоретической литературы, 1957. - 784 с.

30. Усов А.Г. Сдвиговые деформации слоистых пакетов // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности: Сб. научн. тр. Вып. 6. / СПГУТД. -Спб., 2004.-с. 124-127.

31. Усов А.Г. Вибрационные механизмы деформирования слоистых пакетов // Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения: 5-я Международная конференция / С.-Пб., «Нестор», 2003. с. 524 - 525.

32. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупруго-сти.-М., 1980.-303 с.

33. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М., «Наука», 1966. - 724 с.

34. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. М., «Наука», 1973. - 736 с.

35. Г.Корн и Т.Корн. Справочник по математике для научных работ140ников и инженеров. М., Наука, 1974. - 832 с.

36. Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний. Учебное пособие для ВТУЗов. М., «Высшая школа», 1972. - С. 287 - 293.

37. Коткин Г.Л., Сербо В.Г. Сб. задач по классической механике. М., «Наука», 1977. с. 214.

38. Бабаков И.М. Теория колебанй. М., 1958. с. 78-81.

39. Фаддеев Д.К., Соминский И.С. Сб. задач по высшей алгебре.- М., «Наука», 1964. 304с.

40. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: «Высшая школа», 1961.-е. 279 - 284.

41. Торп Дж. Начальные главы дифференциальной геометрии. М.: «Мир», 1982. - 360 с.

42. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: «Наука», 1988. - 712 с.

43. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. 4-е изд. - Москва -Ленинград, ОГИЗ, 1945. с. 218-221.

44. Усов А.Г. Обучаемый автомат для вырубки деталей обуви // Труды 4-й Международной науч.-техн. конф. «Компьютерное моделирование 2003» /изд-во СПГПУ, С.-Пб, 2003. с. 355 - 356.

45. Романов В.Е., Чайкин В.А., Саакян P.P., Усов А.Г. Классифика-ционно-ориентирующие базы данных для трудноформализуемых объектов И Искусственный интеллект, 2.1 П Ш I, Национальная Академия наук Украины. Киев, 2004, С. 380 - 384.

46. Гумен В.Ф., Калинская Т.В. Следящий шаговый электропривод. -Ленинград, «Энергия», 1980. 168 с.