автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Научные основы совершенствования оборудования для механической обработки кожевенных и меховых материалов по условиям повышения качества продукции и эффективности производства

У /

ДОНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СЕРВИСА

На правах рукописи

КАП ЛИН ЛЕОНИД АЛЕКСАНДРОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОЖЕВЕННЫХ И МЕХОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО УСЛОВИЯМ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.02.13 "Машины и агрегаты" (легкая промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Президиум

(решение от" Л.' .¿1^1

присудил ученую степень ДОКТОРА

/Че^/сд/г^КиХ____наук ;

/начальник управления ВАК России !

МОСКВА-1999

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.............................................................................7

1 АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОЖИ И МЕХА ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ..........................20

1.1 Классификация и формирование показателей качества кожи.........20

1.2 Разработка методики управления качеством.............................23

1.2.1 Методика определения показателей качества

кожевенных материалов.........................................................................26

1.2.2 Управление качеством обработки продукции............................31

1.2.3 Анализ показателей качества механических

операций обработки кожи......................................................................34

1.3 Анализ конструкций современных валичных кожевенных

и меховых машин..........................................................................................38

1.3.1 Анализ конструкций валичных кожевенных машин.................39

1.3.2 Анализ конструкций меховых машин.........................................50

1.4 Исследование процесса взаимодействия рабочих

валов с кожевенным полуфабрикатом......................................................56

1.4.1 Основные факторы, влияющие на качество

готовой продукции.................................................................................56

1.4.2 Процесс резания кожи винтообразными ножами......................59

1.4.3 Анализ процесса резания винтообразными ножами..................62

1.4.4 Влияние стойкости ножей на эффективность

операции строгания................................................................................70

1.5 Выводы по главе...................................................................................71

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ВАЛИЧНЫХ КОЖЕВЕННЫХ МАШИН....................................73

2.1 Динамика машины как системы

«ножевой вал - корпус - фундамент»......................................................73

2.1.1 Выбор и обоснование динамической модели.............................73

2.1.2 Основные обозначения и расчетная схема..................................77

2.1.3 Дифференциальные уравнения движения..................................78

2.1.4 Определение коэффициентов влияния для ножевого вала.......80

2.1.5 Составление уравнений движения в матричной форме............82

2.1.6 Анализ результатов расчета..........................................................85

2.2 Динамика машины как системы

«ножевой вал - кожа - прижимной вал-корпус».....................................89

2.2.1 Определение коэффициентов влияния

статически неопределимой системы....................................................91

2.2.2 Определение коэффициентов влияния для вала, опирающегося на упруго - закрепленное основание..........................95

2.2.3 Определение коэффициентов влияния вала, закрепленного

в опорах с парными подшипниками.....................................................96

2.2.4 Анализ влияние конструктивных и технологических параметров на колебательный процесс машины по

результатам расчета на ПЭВМ............................................................102

2.3 Влияние неоднородности упругого поля опор на

динамику жесткого вала...........................................................................107

2.4 Теоретическое исследование движения рабочего вала..................116

2.4.1 Уравнение движения вала как твердого тела с

упруго закрепленными концами.........................................................116

2.4.2 Уравнения движения вала с учетом его взаимодействия

с обрабатываемым материалом...........................................................120

2.5 Выводы по главе.................................................................................126

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ДИНАМИКИ КОЖЕВЕННЫХ МАШИН....................................127

3.1 Экспериментальные исследования

виброакустических характеристик.........................................................127

3.1.1 Методика проведения экспериментальных исследований......127

3.1.2 Исследование виброакустических характеристик кожевенных машин...............................................................................137

3.1.3 Экспериментальные исследования вибраций и шума импортных кожевенных машин..........................................................144

3.2 Влияние физико-механических свойств кожи на

процесс обработки....................................................................................150

3.2.1 Деформационные свойства кожи при сжатии..........................150

3.2.2 Деформационные свойства кожи при растяжении..................155

3.2.3 Испытание кожевенных материалов в ударных режимах.......157

3.3 Влияние вибронагружения строгальных машин на

качество обработки полуфабриката........................................................164

3.4 Экспериментальное определение динамических нагрузок, передаваемых машинами на основание.................................................166

3.4.1 Методы и средства экспериментального определения............166

3.4.2 Силоизмерители с упругими элементами для определения динамических нагрузок, передаваемых оборудованием на основание...............................................................................................167

3.5 Выводы по главе.................................................................................177

4 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЯГЧЕНИЯ КОЖ УДАРОМ.................179

4.1 Теоретическое исследование процесса мягчения кож ударом......180

4.1.1 Теоретическое исследование процесса мягчения кож ударом в рамках классической теории удара.....................................................181

4.1.2 Оценка влияния массы ударяющей частицы на процесс мягчения кож в рамках классической теории удара.........................191

4.1.3 Теоретическое исследование процесса мягчения кож ударом в рамках волновой теории удара............................................................193

4.2 Разработка новой технологии мягчения кож ударом и соответствующего оборудования............................................................202

4.2.1 Технология и результаты ее экспериментальной апробации . 202

4.2.2 Оборудование для мягчения кож ударом..................................205

4.2.3 Повышение качества ударной обработки путем использования устройств с дополнительным разгоном, регулированием и

стабилизацией ударного импульса частиц в двухфазной струе......218

4.3 Выводы по главе.............................................................................226

5 РАЗРАБОТКА НОВЫХ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ, ОБОРУДОВАНИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ И ПРИБОРОВ...................228

5.1 Технические решения нового технологического оборудования... 228

5.1.1 Устройство для шлифования поверхности натуральных кож 228

5.1.2 Устройство для шлифования кож..............................................233

5.1.3 Устройство для интенсификации процесса шлифования поверхности натуральных кож............................................................237

5.1.4 Устройство для резки кож..........................................................239

5.1.5 Устройство для раскроя листовых материалов........................243

5.1.6 Устройство для обрезки краев кож............................................246

5.2 Разработка новых приборов и совершенствование существующих рабочих органов машин................................................251

5.2.1 Прибор для определения физико-механических

свойств кожи.........................................................................................251

5.2.2 Разработка рабочего органа тянульно-мягчильной машины.. 256

5.3 Разработка новой и совершенствование существующей технологической оснастки.......................................................................261

5.3.1 Разработка безызносной вырубочной плиты............................261

5.3.2 Вырубочная плита.......................................................................266

5.4 Выводы по главе.................................................................................270

6 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ КОЖЕВЕННО-ОБУВНЫХ И КОЖГАЛАНТЕРЕЙНЫХ ПРОИЗВОДСТВ................................272

6.1 Разработка оборудования для переработки отходов......................272

6.1.1 Конструкция измельчителя отходов (вариант 1).....................274

6.1.2 Конструкция измельчителя отходов (вариант 2).....................277

6.2 Разработка технологии переработки отходов..................................281

6.2.1 Разработка технологии получения теплозвукоизоляционных

и древесно-кожевенных плит (ДКП)..................................................286

6.2.2 Оценка эффективности оборудования для

измельчения отходов............................................................................288

6.3 Тиснение обувных и кожгалантерейных изделий из натуральных кож.......................................................................................290

6.4 Выводы по главе.................................................................................293

7 АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ КОЖЕВЕННО-МЕХОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ.............................295

7.1 Анализ основных процессов кожевенного и мехового производств...............................................................................................295

7.2 Определение рациональной мощности кожевенного и мехового производств...............................................................................................300

7.3 Проект производства кож хромового дубления с волосяным покровом из шкур крупного рогатого скота..........................................310

7.4 Выводы по главе.................................................................................320

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ О НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫХ

РЕЗУЛЬТАТАХ РАБОТЫ......................................................321

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.......................................325

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................350

ВВЕДЕНИЕ

Главная задача, решаемая легкой промышленностью, заключается в удовлетворении потребностей населения России в предметах массового спроса. В условиях развивающихся в стране рыночных отношений она неразрывно связана с улучшение качества выпускаемой продукции и конкурентоспособностью товаров, что достигается при существенном повышении уровня механизации и автоматизации производственных процессов. Сами процессы представляют собой интегрированный набор тех или иных машинных процессов, реализуемых конкретным комплектом технологического оборудования. Очевидно, наиболее эффективное, с точки зрения экономических показателей и качества продукции оборудование должно базироваться на наилучшем машинном процессе, то есть реализовывать передовую технологию. Улучшение технических характеристик всего парка технологического оборудования легкой промышленности, несомненно, достигается путем внедрения современных и научно-обоснованных конструкторских решений /1, 7, 23, 56, 155, 204, 224/.

Повышение качества изделий легкой промышленности во многом зависят от условий проведения операций механической обработки. Анализ готовой продукции показывает, что многие дефекты обработки, образующиеся на промежуточных технологических операциях, проявляются и на конечном качестве продукции, что ведет к снижению сортности, а, следовательно, и стоимости изделия.

Одним из наиболее распространенных материалов при изготовлении обуви, одежды и галантерейных изделий является кожа, что объясняется ее совершенно специфическими свойствами, не имеющих себе аналогов, в том числе и при их воспроизведении в виде искусственных материалов. При этом качество изделий из кожи, как конечного продукта во всей технологической цепочке, в значительной степени зависит от качества самого материала, представляющего комбинацию большого числа, факторов совершенно независимых друг от друга. Они, во-первых, определяются видом сырья, а также его исходными характеристиками, совокупность которых известна /29, 59, 60, 62, 79/ и весьма вели-

ка. Во-вторых, качественные показатели готовой продукции формируются последовательно в технологическом процессе обработки кожи, которая, вступая в этот цикл, носит название "шкуры" и только после большого числа операций приобретает необходимые для "кожи " признаки. В третьих, на каждой из операций технологического процесса имеется достаточно большой число управляемых, а также неуправляемых параметров, которые существенно отражаются на свойствах готовой продукции.

Исходя из последнего, представляется интересным и целесообразным проследить за возможностью управления технологическими параметрами операций обработки кожевенного полуфабриката с тем, чтобы гарантировано получить заданные характеристики готовой продукции.

В целом такая задача чрезвычайно обширна, чтобы решить ее в рамках одной работы. Поэтому выделена часть технологического процесса кожевенного и мехового производств, связанная только с операциями механической обработки. Они обладают некоторой общностью с точки зрения методологии подхода к изучению процессов, и дают возможность формировать целую группу механических (физических) свойств готовой продукции. Например, прочность, толщина и разнотолщинность по площади, мягкость и эластичность, и прочие параметры качества кожи. Все эти условия заранее задаются в требованиях к готовой продукции и определяют возможности ее дальнейшего использования в виде сырья для обувной и галантерейной промышленности. Так, по назначению, кожи классифицируются для верха и низа обуви, подкладочные, галантерейные, шорно-седельные, технические, сыромятные, для одежды и головных уборов, для перчаток и рукавиц и проч. Кожи бывают как мягкие, так и жесткие, иногда даже с сохранением волосяного покрова. Они должны быть определенной толщины в стандартных точках установленных в нормативно-технической документации на соответствующий вид продукции.

Исследованиями, направленными на совершенствование технологических процессов и оборудования легкой промышленности, занимались большое количество авторов /31, 62, 161, 194, 197, 214, 216, 225, 240/. Весомый вклад в

разработку фундаментальных и прикладных научных исследований в данном направлении вносят ученые Московской государственной академии легкой промышленности, Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна, Центрального научно-исследовательского института коже-венно-обувной промышленности, Российского заочного института текстильной и легкой промышленности, Орловского научно-исследовательского института легкого машиностроения и др.

Среди механических операций обработки кожевенного полуфабриката выделены: мездрение, строгание, разводка, мягчение, шлифование, которые формируют качество кожи. Следует обратить внимание на то, что отдельные параметры (в том числе и дефекты), проявляются и в готовом изделии. Имеют место ряд операций резания (обрезка, обрядка, чепракование), однако, они принадлежат к группе особых операций: разделению всей шкуры на отдельные топографические участки и в большинстве случаев они выполняются вручную, в связи с этим актуален вопрос их механизации.

Операции механической обработки кожевенного полуфабриката чаще всего связаны с резанием, обеспечивающим снятие определенного слоя материала по всей площади. Исключение составляет работа разводных машин, когда притушенные винтообразные ножи осуществляют деформирование (растяжение) полуфабриката. Также специфической является работа тянульно-мягчительных машин, которые обрабатывают кожу путем многократного деформирования, и тем не менее, требуемая степень эластичности не всегда достигается на этой операции, что в конечном итоге влияет на ее качество. Это свидетельствует о целесообразности поиска новых способов обработки кож, которые бы позволили достигать нужной эластичности (мягкости) и тем самым повысить качество кож.

Вопросы повышения качества кожи при механической обработке изложены в ряде работ /15, 25, 40, 64, 181/, но связаны они либо с определенными операциями, либо с конкретными предприятиями, что определяет частный характер этих разработок. Предлагаемые исследования имеют такую направленность, чтобы обобщить

уже существующие положения и полученные в настоящих исследованиях материалы по созданию технологического процесса механической обработки кожи, обеспечивающего стабильно высокое (для данного вида сырья) качество продукции. Ввиду того, что на кожевенные и меховые предприятия легкой промышленности поступает нестандартное кожевенно-меховое сырье (натуральные кожи), его механическая обработка неизбежна и является актуальной.

Механическую обработку поверхности полуфабриката на предприятиях легкой промышленности проводят, как основную операцию технологического процесса, выполняемую с целью изменения геометрических размеров полуфабриката. В основе процесса лежит разрушение материала тем или иным способом.

Процессы взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой поверхностью, на которых основаны все технологические операции и оборудование для механической обработки полуфабриката, представляют собой процессы механического ориентированного разрушения поверхностных слоев кожи. Эти процессы чрезвычайно многообразны, что обусловлено различиями технологических операций и требований к ним, различием рабочих органов машин и характера их взаимодействия с материалом.

Вопросы формирования микрорельефа при механической обработке освещены в работах /14, 17, 21, 57/. Равномерной шероховатости по всей обработанной поверхности за один проход ее рабочим органом можно достигнуть при постоянстве отношения скорости подачи детали к скорости резания, постоянстве давления на материал и постоянстве геометрических характеристик инструмента. Однако в р�