автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка оборудования для виброформования меховых головных уборов

; 4 я %

. МОСКОВСКИЙ ОРДШ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

Понетаев Евгений Иванович

РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНШ ДЛЯ ВИБРОФОРМОВАНИЯ МЕХОВЫХ ГОЛОВНЫХ УБОРОВ (С РЕШШВ1 ВОПРОСОВ ОХРАНЫ ТРУДА)

Специальность 05.02,13 "Машины и агрегаты легкой

пром ышл енности"

АВТОРЕФЕРАТ диосертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа! выполнена в Московском ордена Трудового Красного

: Знамени технологическом институте легкой промышленности

• т-

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор А.Г, Бурмистров, доктор технических наук, профессор В.А. Кревец.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.В. Карамышкин, кандидат технических наук Б.Г.Гойфман.

Ведуиее предприятие: Научно-производственное объединение "Легпроммеханизация"

Защита состоится

1992 г. в часов

на заседании специализированного Совета Д.053.32.02 при Московском ордена Трудового Краоного Знамени технологическом институте легкой промышленности по адресу: 113806, г. Москва, ул. Ооипенко, 33. к . /-Г<з

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского эдцена Трудового Красного Знамени технологического института иегкой промышленности.

Автореферат разослан

"/4 " 1992 г.

Ученый секретарь ;пециализированного Совета [.053.32.02, кандидат гех-

шческих наук, доцент , , • в.В. Гривик

ОБЫЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБО.Та

С последние годы образовался острый дефицит мехового сырья что привело к резкому снижению обеспечения населения России ме ховыми изделиями. Кроме того, упал спрос на меховые изделия от чественного производства на внешнем рынке в связи с их низки качеством. Таким образом, в современных условиях перехода к ра ночной экономике для меховой отрасли весьма актуальны задачи по рациональному использовании сырья, разработке новых техноли-гий и оборудования для изготовления меховых изделий.

Актуальность работы. Современный уровень технической оснащ! нносги мехового производства, существующий технологический процесс изготовления меховых головных уборов и условия труда работающих не соответствуют современным требованиям. Несмотря на в! сокий уровень специализации, на меховых предприятиях преобладав ет ручной труд, в котором доля машинного времени не превышает 40 - !>0 %, что сдерживает увеличение объемов выцуока и повышение качества меховых изделий. Исследования показали, что одни* из наиболее "узких мест" в скорняжном производстве являетоя ог.е рация ручной правки (формования)-меховых головных уборов на деревянных формах-колодках. Процесс характеризуется отсутствием специального оборудования, слабым использованием пластических свойств кожевой ткани, что приводит к нерациональному использованию дорогостоящего мехового полуфабриката, низкому качеству изделий и высокой трудоемкости их изготовления.

Анализ нетрадиционных методов формования и научные исследов лил, посвященные изучению формования материалов легкой промышле ности, вилолненные в МТИЛПе, показали высокую эффективность при >:-:иснт щбрации в операциях формования, которая заключается в ускорении релаксационных процессов, повышении формоуотойчивости

снижении расхода сырья и энергозатрат. Таким образом, задача разработки нового устройства для виброформования меховых головных уборов являетоя актуальной и позволяет решить как проблемы технологии производства, так и проблемы улучшения условий труда.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и исследование оредств для автоматизированного формования головных уборов из натурального меха с решением вопросов улучшения условия труда в скорняжно-соииючном производстве.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ состояния технологии, оборудования, условий труда при изготовлении меховых головных уборов;

- исследовать процесс виброформования меховых головных уборов с учетом физико-механических свойств кожевой ткани меха с целью оптимизации параметров процесса;

- разработать конструкцию и исследовать процесс работы виброустановки для формования меховых головных'уборов, с учетом вибро- и шумозадагы оператора;

- разработать структурную схему и рекомендации по созданию автоматической линии для виброформоваиия меховых головных уборов.

Методы исследования. В работе проведены статистические исследован ил условий груда и оостояния оборудования в скорняжно-пошивочных цехах, лабораторные исследования физико-механических свойств ножевой ткани норки, экспериментальные исследования виб-роуотановки в лабораторных и полупроизводственных условиях. 3 работе использованы основные положения теории виброполэучести^

теории колебаний, физико-химии полимеров, методы математического моделирования, теории планирования эксперимента.

Научная новизна. В работе решены следующие задачи, определяющие научную новизну:

- выполнено исследование состояния технологии, оборудования и условий труда в'окорняжно-пошивочных цехах меховых фабрик;

- исследовано изменение вязко-упруго-пластичеоких свойств ко-жевой ткани в процессах увлажнения, формования и оушки, что позволило определить рациональные режимы втих операций, обес лечивающие максимальное использование сырья и наилучшую фор-моустойчивость изделия;

- построена математическая модель деформационного поведения кокевой ткани, позволяюдая рассчитать оптимальный резонансный режим виброобработки, подтвержденный экспериментально;

- выполнен теоретичеокий анализ и расчет пневматического вибро возбудителя, в результате чего определены его рациональные конструктивные размеры;

- на основе теоретического анализа и экспериментальных исследо ваний определены рациональные параметры виброустановки для формования меховых головных уборов.

Практическая ценность. В результате работы создан и испыта действующий макет установки для механизированного виброформова нкя головных уборов из дорогостоящих видов меха, получены исхо дние данные для разработки нового оборудования и предложены пути улучшения условий труда в окормжно-потивочном производстве. Установка защищена патентом.

Внздрение результатов и окономическая эффективность работы Гозультаты исследований используются НПО "Легпроммеханизация" и; п наработке серийного оборудования - автоматической линии

цля производства женских головных уборов из натурального меха по заказу концерна "Русский мех",- Экономический эффект от внедрения этого оборудования ожидается за счет повышения производительности труда в 5 раз, экономии площади шкурок, улучшения качеотва изделий и составляет около 56 тыс. руб. на единицу оборудования.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и полу-^или положительную оценку на:

- всесоюзной научно-технической конференции "Система машин для мехового производства" (г. Бельцы, 05.1990 г.);

- республиканской научно-технической конференции "Рациональное использование отходов производства о применением экологически чистых технологий в легкой промышленности" (г.Джамбул, 07.1990);

- заседаниях технических советов МЛШ "Труд", концерна "Русский мех", НПО "Легпроммеханизация" (г. Москва, 1991 г.);

- заоеданиях кафедры "Машины и аппараты легкой промышленности" МТИЛП (1989 - 1991 г.г.).

Публикации. Основное содеркание диосертации опубликовано а 4 печатных работах, в том числе имеется два положительных решения по заявкам на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 1етырех глав, выводов, опиока литературы и приложений. Работа пложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 50 ри->унков, 4 таблицы. Библиография включает 115 наименований. При-тожения представлены на 19 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной

работы, поставлена цель и сформулированы задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проводится анализ существующей материально-технической базы, технологии и условий труда мехового производства, в частности, производства меховых головных уборов. Показано, что основной парк составляет физически и морально устаревшее оборудование, а выпускаемые машины имеют низкий технический уровень и производятся в недостаточных объемах. Условия труда в скорняжном производстве характеризуются повышенной запыленностью, влажностью, температурой воздушной среды и большим количеством трудоемких ручных операций.

Процесс производства женских головных уборов включает последовательное выполнение операций раскроя, сборки, правки (формования), отделки изделия. Основной операцией является формование, состоящее из трех этапов: увлажнения и пролежки, соб^ ственно формования, сушки и охлаждения изделия. Все этапы операции выполняются вручную, характеризуются высокой трудоемкостью, низкой производительностью труда.

При массовом производстве меховых головных уборов простых фасонов (папка-ушанка, "Полуэскимоска", "Папаха") задачи механизации операций формования и сушки решены за счет применения агрегатов электроформ различных конструкций. Однако процесс производства меховых женских и мужских головных уборов улучшенного ассортимента или их изготовление из дорогостоящих видов меха (.песца, норки, лисицы) осуществляется только на деревянных формах-колодках вручную, затраты времени на изготовление одного изделия составляют 4-6 часов. При этом не полностью используются пластические свойства кожевой ткани меха, что приводят к нерациональному использованию дорогостоящего мехового

полуфабриката.

Таким образом, очевидна необходимость в механизации операций формования меховых головных уборов, причем наиболее перспективным направлением является виброформование, позволяющее максимально интенсифицировать процесс.Для реализации нового опособа формования необходимо разработать специальное оборудование, не имеющее аналогов в меховой промышленности.

Вторая глава посвящена экспериментальным и теоретически!» исследованиям свойств кожевой ткани шкурок норки, а также процесса виброформования меховых головных уборов. При этом были поставлены и решены следующие задачи: ,

- созданы экспериментальные установки для исследования виброползучести кожевой ткани при одно и двухосном нагружении, для моделирования процесса, формования меховых головных уборов и виброформования меховых колпаков натуральной величины;

- определены оптимальные резонансные режимы виброформования меховых головных уборов;

- исследовано изменение вязко-упруго-пластических свойств кожевой ткани норки в процессах увлажнения, виброформования и сушки;

- построена математическая модель деформационного поведения кожевой ткани при виброформовании

Известно, что кожевая ткань обладает сложными деформационными свойствами, характер которых изменяется.в зависимости от вида нагружения образца. Поэтому были выполнены эксперименты как по одноосному, так и по двухосному нагружению кожевой ткани. Установлено, что максимальный эффект вибровоздействия (удлинение образца) достигается при резонансном режиме нагружеиия» Явление резонанса наблюдалось у плоских образцов при частоте

о

колебаний 30 Гц, у объемных - 15 Гц; при этом усилие формова ния снижалось в 2 - Ц раза (для плоского образца), ускорились релаксационные процессы, формоустойчивооть повышалась до

97 - 100 5?.

Выполнен полный факторннй эксперимент, позволивший уста новить рациональные режимы сушки изделия. Заключительным в де ной серии исследований явился эксперимент по определению опта мальных режимов формования меховых колпаков натуральной величины из норки. Эксперимент проводился на установке, собранное на базе вибростенда ВЭДС ■» 100 (рис. I).

Меховой колпак из норки закреплялся по периметру в жеот-кое игольчатое кольцо, которое фиксировалось на жесткой рам* ке, установленной на штоке бочки вибратора. Внутрь колпака вкладывали полую дюралевую форму-колодку 58 размера и сверху устанавливали груз с наклеенным мерным клином. Затем включал» вибровозбудитель и при постоянной амплитуде плавно изменяли частоту колебаний а диапазоне от 10 до Ю Гц. Трехкратное ув< личение амплитуды колебаний мехового' колпака наблюдалось пр1 частоте около 15 Гц. Эксперимент проводился с различными амплитудами колебаний.

Полученные технологические параметры явились исходными данными при разработке установки для виброформования меховых женоких головных уборов из шкурки норки.

Разработка нового оборудования, интенсифицирующего процес формования, требует глубокого изучения физико-механичеоких свойств кожевой ткани норки. Для описания деформационного поведения кожевой ткани использовалась пяти параметрическая модель (рис.' 2), представляющая полную деформацию, состоящую и: ншомшой упругой ( €лу ), виоокоэдйотнческой ( ¿аз )>И илчсг-й'накой дефортции (<б ):

Ríe, I. Схспй установки для определения оптимальных ренинов виброфошотшш меховых колпаков (а) и их амплитудио-частотаая характеристика (й)

£

¿о

} £<*> <5»л .

Рис.2. Питипараметрическая модель (а) и график деформации, кожевой тйани (б)

300Ю!йй!>ЯПП .'V Li.ini

Г;!с,'). Лпплн'гудно-чаототная; характеристика .чолсйдсс/л.ио»; оксгеш

е.* ТаЬ>

где ¿у - модуль мгновенной упругости; В^ - модуль высо-козластичнооги; ~ постоянные времени

релакоации, индекоы I и 2 соответствуют быотрой и медленной составляющей упругого последвйотвия (релах-сации); - коэффициенты высокоэластической вязкости; - коэффициент пластической вязкости.

Определение основных показателей деформации проводилось на автоматизированной установке для испытания кожи, разработанной а МТИЛПе под руководством проф. Бурмиотрова А.Г, Установка ооединена о ЭВМ, диоплеем и принтером, и позволяет сразу получать вое необходимые характеристики ложевой ткани и даже готового изделия без вырубания образцов. На установке регистрируется кривая упругого последействия (релаксации) образца при двухосном его растяжении, на основе анализа процесса релакоации выделяются три составлявших деформации и раосчитнвратся все параметры деформационных свойотв:

& > ^; *'т*£*> лв€^'

где аЬ - длительность нагруженш образца.

Исследованы реологические свойства кожевой ткани норки на следующих этапах формования мехового колпака: I - до увлажнения, 2 - пооле увлажнения, 3 - после ьиброформования, 4 - после оушки (рис. 4 ), Анализ диаграмм показывает, что после виброфор-кования О этап) кожевая ткань имеет наибольшую податливость, и наименьшую пластичность. После оуики ( 4 зтап) значительно возрастают силы внутреннего трения и упругость материала, определявшие вые о куя формоустойчивосгь мехового колпака.

¿4

гик

е.о

5а ¿,0 ¿о ¿0 1С-

2

3

МПа СО-

ЛЗ

АО

зо-

го

0

2

4

т, база-

40 10

¡о

1

4

- Л.

МПй-с

е<о

Я) '4г 30

го /о

А

МЛск

4 3 ' £ (

4

Рис. 4. Диаграмм« изменения основных показателей деформации коревой ткани норки по этапам формования МГУ : 1-до увлажнения, 2-после увлажнения, 3-после виброформования, '»-после сушки.

4

Построена математическая модель процесса вибрационного формования. Зависимость между деформацией <£ и напряжением СГ в пятипараметрической модели деформации кожевой ткани описывается уравнением:

С3 £ * сл <5 * Сг£ - Се & + С^в + с 2 )

где С = С ~-с,{т,* гг); с - с, г; гг ;

Частное решение уравнения (2) ищется в виде:

£*- +6 «гй*«.'/, (3)

где А ' 6о Л»* V « 8 ^ -5' К С * )

У - угол сдвига фазы колебаний между деформацией £ и напряжением (ЕГ.

В результате преобразований получим:

1 V- й— /С.С^У (С, -С,иг)ГС4 - Г, (ог)} /

Подстановкой в эту формулу основных показателей деформационных сиойотв кожевой ткани и частоты, колебаний / получена зависимость от ^ , имеющая экстремум прт «15 Гц, что совпадает с экспериментальными данными.

Общее решение уравнения ( 2 ) было получено на ПЭВМ ШМРС-АТ/гЮ о помощью программы , позволяющей получить и АЧХ колебательной сиотемы (рис,3 ), которая подтверждает наличие резонаноной частоты в района 15 Гц.

Третья глава лоовящена разработке установки для виброформования меховых головных уборов.

Кинематическая охема предложенной установки показала на

рис. 5. Её основными элементами являются: полая перфорированная форма-колодка I, установленная на корпусе вибровозбудителя 2, который укреплен на штоке пневмоцилиндра 3; для фиксации по периметру к рея колпака служат восемь клещей Ч, укрепленных на коромыслах 5, которые через толкатели 6 и диск 8 соединены о пневмоцкливдром 9, служащим для привода механизма загиба края колпака.

Рациональные режимы работы установки: частота и амплитуда колебаний, скорость перемещения формы-холодки, а также мощность приводов и траектория движения клещей были определены в результате теоретических и экспериментальных исследований процеоса виброформования. Частота колебаний формующего органа является одним из основных параметров процесса. Были испытаны эксцентриковый к пневматический вибровозбудители, показано преимущество последнего. Выполнен теоретический анализ и расчет пневматического шарикового вибровозбудителя, что позволило определить его рациональные конструктивные параметры (рис. 6 ).

Динамический расчет вибровозбудителя выполнен по этапам движения шара. Движение шара в цилиндрическом канале (стакане)

вверх под действием воздуха описывается уравнением: + + %

где ГЛ « масса шара, С - жесткооть пружины, - начальное сжатие пружины, р - давление в пневмосети, ^ -площадь сечения шара. Из уравнения получено время движения вара и его скорость:

¿,-\/? К- ¿07?);

г,

где 3 - ход шара в стакане.

Рис.5, Кинематическая схема установки для виброформования МГ'У

V,M/c

it

JjaLL_1

6

Рис. б. Схема расчета шарикового зибровозбудителя (а), зависимость сияй сжатия пружины от величина ее перемещения (б) и зависну■'!?(> V ~j'(t) timf f;)

Движение шара вверх после выхода из стакана. Кинетическая энергия шара переходит в потенциальную энергию пружины:

Е = Л-^Вйэ*—Хг >

где /> = = % * С^+Лг).

Получим уравнение энергетического баланса:

Откуда .

^ " И,

Движение шара вниз под дейотвием пружины (до входа в стакан) описывается уравнением: ¡г,

т^фг * сжА - а =

Откуда получено: _г-

4 88 Т/г 'ьъссо* ОК* яп '/тЪ ■

После входа в стакан движение шара начинает замедляться до пол-, ной остановки, уравнение движения шара имеет вид:

0тсюда е&С^а* -Я

Л7

При равнозамедленком движении получено:

/ ./¿£ _ ПШп.I

¿4а

В зависимости от соотношения силовых параметров пружины и воздуха шар или ударяется о "седло", или останавливается над ним без контакта, что предпочтительнее. Длина стакана 3 определя-

ется из условия безударной посадки шара на "седло":

В случае, если шар ударяется о "седло", т.е. не выполняется условие последнего неравенства, необходимо увеличить 2 и повторить весь расчет сначала. Рассчитав время движения шара на каждом этапе, можно определить период одного колебания

'А» н частоту колебаний, создаваемую вибровоз-

будителем: 1/Т . Указанная методике расчета позволяет с достаточной точностью рассчитать конструктивные параметры вибровозбудителя, .

На основании полученных данных была изготовлена экспериментальная установка для виброформования меховых головных уборов, защищенная патентом.

Выполнен расчет амортизаторов, обеспечивших необходимую виброизоляцию установки. Снижение уровня шума пневматического вибровозбудителя достигалось за счет выпуска отработанного воздуха внутрь полой формы-колодки, обтянутой меховым колпаком. Как показали замеры, при работе установки с пневматическим вибровозбудителем уровень шума достигает 77-14) дБ, а с эксцентриковым - 8590 дБ, при санитарных нормах 80 дЬ. Указанные мероприятия позволили обеспечить комфортные условия труда оператору.

В четвертой главе приведены результаты исследований работы установки в процессе виброформования лехогах головных уборов из норки. При этом поставлены и решена следующие задачи: проверена достоверность ранее полученных технологических параметров процесса формования меховых колпаков; определена сила сопротивления кожевой ткани колпака движению рабочего инструмента; проведено сравнение качества меховых колпаков, полученных методами ручно-

го и вибрационного формования; исследовано распределение деформации и прироста площади колпаков после виброформования; разработана структурная схема и рекомендации по созданию автоматической лиши.

Виброформование меховых головных уборов натуральной величины (5Вразмера) на экспериментальной установке показало принципиального возможность механизации сложной и трудоемкой операции ручной правки, подтвердило достоверность принятых технологических параметров процесса. Определение силы сопротивления формованию выполнено как экспериментально, так и теоретически, после определения упругих характеристик кокевой ткани на автоматизированной установке, при этом получено хорошее совпадение результатов. Минимальная величина силы сопротивления (до 200.Н) отмечены при резонансном режиме формования меховых колпаков.

Показано, что виброформование меховых колпаков способствует повышению их качества за счет увеличения прочности кожевой ткани и возрастания формоустойчивости до 97 - 100 а также приращения площади колпака до 33 5?.

Разработаны рекомендации по созданию автоматической линии для изготовления меховых головных уборов.

0Б1ЙЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

I. Анализ состояния оборудования, технологии и условий труда в меховом производстве показал, что они не соответствует современным требованиям. Выявлено, что одним из "узких мест" в скорняжном производстве является операция ручной правки (формования) меховых головных уборов на деревянных формах-колодках. Предложен наиболее перспективный способ формования меховых головных уборов-

вибрационный, внедрение которого требует разработки специального оборудован не имеющего аналогов в меховой промышленности.

2. Разработанная методика исследования виброползучести коже-вой ткани меха, как при одно- и двухосном растяжении, так и при формовании меховых колпаков, позволила определить амплитудно-частотные характеристики образцов, время и усилие их формования.

3. Установлено, что наибольший эффект вибровоздействия достигается при резонансном режиме нагружения, что выражается в максимальном использовании пластичности ножевой ткани меха.

4. В результате полного факторного эксперимента установлены рациональные режимы конвективной сушки изделия: внешний обдув колпака о ^ = ЦОсС, внутренний - со стороны кожсвой ткани

о ¿ = 60°С, время сушки 10 минут.

5. Натурное моделирование процесса виброформования меховых головных уборов позволило экспериментально определить рациональные технологические режимы, которые использованы в качестве походных данных при разработке установки для виброформования.

6. Установлено, что при виброформовании меховых колпаков на резонансной частоте происходит резкое уменьшение коэффициента внутреннего трения кожевой ткани, что позволяет интенсифицировать процесс формования, полнее реализотть пластические свойства кожевой ткани и выравнивать напряжения по площади изделия.

7. Разработанная математическая модель процесса формования, вклвчапщая свойства материала, описавается неоднородным ди^ ференциальным уравнением третьего порядка, она позволяет априори определить резонансную частоту колебаний кожевой ткани.

8. Выполненный теоретический анализ и расчет пневматического вибровозбудителя позволяет определить его конструктивные параметры, Разработанная экспериментальная уотановка для виброформования меховых головных уборов защищена патентом.

9. Замера уровней шума установки, работающей с различными видами вибровозбудителей показали преимущество пневматического парикового вибровозбудителя. Применение соответствующих средств вибро- и вумозащиты установки позволяв? обеспечить условия труда оператора, соответствующие нормативным требованиям.

10. Испытания установки показали возможность механизации основных операций формования меховых головных уборов, при этом производительность труда.возрастает в 5 и более раз.

11. Разработана структурная схема и рекомендации по созданию автоматической линии для производства меховых головных уборов, производительность линии составит ориентировочно 20 шт/час, ожидаемый экономический эффект - около 56 тыс. рублей на единицу оборудования. Рекомендации используются НПО "Легпроммеха-низация" для разработки автоматической линии.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РА.Б0ТИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЙ

I. Понетаев Е.Й., Кравец В,А. Пути улучшения условий труда в окордажно-поаивочкнх цехах мехового производства. Научные труди. ИТИЛП, 1991 г.

2-, Понегаев Б. И., Рыкова Н.Б., Лопасова Л.В., Меликов Е.Х. Экспериментальные исследования вибровоздействия на кожевую ткань норки. КОП £ 3, 1991 г.

3. Понетаев Е.И,, Рыкова Н.Б., Бурмистров А,Г., Кравец В. А. Устройство для виброформовакия меховых головных уборов. Решение

о ввдаче авторского свидетельства от 20.12.91 г. по заявке » 4921854/12 от 25.03.91 г., МКИ А 42 с 1/02 - 1/04.

4. Понетаев Е.И., Бурмистров А.Г. Устройство для контроля качества волосяного покрова мехов.- Решение о выдаче авторского свидетельства от 25.03.91 г. по заявке * 4718464/12 (095115), МКИ & 01 L 5/00.

Г с '*'

Ротапринт ¡ЛТИЛП

S 235. Тт.:л - 90'экз.