автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование параметров валичных кожевенных машин

КОРОТЧЕНКО Юрий Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВАЛИЧНЫХ КОЖЕВЕННЫХ МАШИН

Специальность 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Шахты - 2007

003165201

Работа выполнена на кафедре «Прикладная механика» АНОО «Институт открытого образования»

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Дарда Игорь Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Карамышкин Вениамин Васильевич, ГОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологий»; кандидат технических наук, доцент, Малахов Валерий Николаевич, ГОУ СПО «Королевский техникум технологии дизайна и одежды».

Ведущая организация: ЗАО «Русская кожа» г. Рязань

Защита состоится 14 ноября 2007 г в 11 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 150 06 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет сервиса» по адресу 141220, Московская обл, Пушкинский р-н, пос Черкизово, ул Главная, 99

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный университет сервиса»

Автореферат разослан 12 октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 150 06

Буткевич М Н

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Разработанная Концепция развития легкой промышленности России определяет цели, задачи и приоритеты ее развития для удовлетворения спроса внутреннего рынка отечественными товарами бытового, специального и технического назначения, увеличения экспорта продукции отрасли и расширения производства современных конкурентоспособных товаров, которые могут быть достигнуты за счет решения целого ряда задач, в том числе при проведении технологической модернизации предприятий и обеспечения на этой основе стабильного инновационного развития отрасли

Одним из приоритетных направлений научных исследований и инновационных разработок является разработка и освоение технологий и оборудования для изготовления изделий из натуральных кож, обеспечивающих гибкость производства и экологичность продукции

Исследованиями, направленными на совершенствование технологических процессов и оборудования легкой промышленности, занимались большое количество авторов Фукин В А , Майзель М М, Лопандин Д В , Карамышкин В В , Сторожев В В , Бурмистров А Г , Иванов В А , Бескоровайный В В , Каплин Л А , Фридлянд А А , Радченко О Г , Парамонов В С, Зурабян К М, Жаворонков А И и др

Весомый вклад в разработку фундаментальных и прикладных научных исследований в данном направлении вносят ученые Московского государственного университета дизайна и технологий, Московского государственного университета сервиса, Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна, Центрального научно-исследовательского института кожевенно-обувной промышленности, Российского заочного института текстильной и легкой промышленности, Орловского научно-исследовательского института легкого машиностроения и многих др

Вопросы повышения качества кожи при механической обработке рассматриваются достаточно часто, но связаны они либо с определенными операциями, либо с конкретными предприятиями, что определяет частный характер этих разработок Процессы взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой поверхностью, на которых основаны все технологические операции и оборудование для механической обработки по-уфабриката, представляют собой процессы механического ориентированного азрушения поверхностных слоев кожи Эти процессы чрезвычайно многообразны,

3

что обусловлено различиями технологических операций и требований к ним, различием рабочих органов машин и характера их взаимодействия с материалом

Существующее в настоящее время производство кож характеризуется несовершенством оборудования для их механической обработай, поэтому разрабатываемые в данной работе теоретические и экспериментальные основы создания и совершенствования такого оборудования, ставят целью повышение качества и эффективности кожевенного производства

Одними из рабочих органов, наиболее влияющих на работоспособность технологического оборудования для механической обработки кожевенных материалов и их качество, являются обрезиненные валы, входящие в конструкции подавляющего большинства машин Изучение вопросов трения и износа при взаимодействии обрези-ненных валов с прижимными валами рассматривается в настоящей работе

Диссертационное исследование выполнялось в рамках научно-технической программы «Инновационная деятельность высшей школы» и подпрограммы 202 04 «Инновационные проекты в области сервиса» Министерства образования и науки РФ

Целью исследования является повышение эффективности производства и улучшение качества кожевенного полуфабриката при совершенствовании технологического оборудования

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• анализ современного оборудования и технологии механической обработки кожевенного производства,

• анализ технологических процессов и определение факторов, влияющих на качество кожевенного полуфабриката при выполнении операций механической обработки,

• разработка теоретических основ совершенствования валичных машин для механической обработки кожи с учетом условий динамики взаимодействия рабочих органов с полуфабрикатом,

• разработка обобщенной математической модели машин валичного типа и создание методов вибродинамических расчетов технологического оборудования кожевенного производства,

• исследование процесса изнашивания обрезиненных валов, а также влияние ее неоднородности и активных наполнителей на разрушение приповерхностных слоев резины,

4

• совершенствование метода поверхностной диффузионной модификации применительно к обрезиненным валам кожевенного оборудования

Методы исследования. В процессе выполнения работы использовались общие и специальные методы исследований, методы статики и динамики теории машин и механизмов, прикладной механики, теории упругости, математической статистики, сопротивления материалов, поверхностной диффузионной модификации материалов, экспериментальные исследования

Основные научные положения, выносимые на защиту:

• математические модели кожевенных машин (КМ) валичного типа в матричном виде,

• экспериментальные данные процесса изнашивания и температурного режима трения обрезиненных валов кожевенного оборудования,

• экспериментальные данные влияния структурной неоднородности резин на разрушение приповерхностных слоев обрезиненных валов в процессе их эксплуатации,

• закономерности влияния наполнителей резин и их структурной неоднородности на изменение физико-механических характеристик обрезиненных валов при их эксплуатации,

• состав модифицирующего раствора с учетом специфики среды работы машин кожевенного производства

Научная новизна:

1 Разработаны математические модели КМ валичного типа, учитывающие массо-инерционные характеристики оборудования, а также жесткости муфты, опор валов и двигателя, позволяющие определять рабочие усилия между ножевым и прижимным валами с учетом свойств обрабатываемого материала

2 Получены новые экспериментальные данные изменения износостойкости обрезиненных валов и температурного режима трения между валами и обрабатываемым материалом, а также выявлен факт периодического колебания температур при скоростях скольжения, превышающих 0,5 м/с, а также разработаны рекомендации по улучшению рабочих характеристик обрезиненных валов

3 Установлено влияние структурной неоднородности резин на разрушение

приповерхностных слоев обрезиненных валов в процессе их эксплуатации Показано

существование поверхностного слоя активных частиц наполнителей с оценкой его

5

толщины, а расчетными методами оценено изменение распределения напряжений при увеличении модуля упругости

4 Получены новые экспериментальные данные о влиянии наполнителей резин на их физико-механические характеристики Установлено, что активные наполнители способствуют повышению прочности, износостойкости, модуля упругости, сопротивления раздиру и влияют на эластические свойства резин

5 Используя полученные экспериментальные результаты, используя метод диффузной модификации с учетом специфики рабочей среды КМ, разработан состав модифицирующего раствора, обеспечивающий создание на поверхности обрези-ненных валов слоя заданной толщины повышенной износостойкости, твердости и прочности

Достоверность полученных данных подтверждается адекватностью математических моделей и лабораторных экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов (расхождение не более 18% при доверительной вероятности 0,9), использованием современных методов исследования, а также использованием современных апробированных методов исследования

Практическая значимость и реализация результатов работы. Научно-практические разработки, предложенные в диссертации, позволяют повысить эффективность работы и производительность оборудования для механической обработки натуральных кож

Предложенные в диссертационной работе методики расчета и рекомендации по совершенствованию оборудования внедрены в производство с суммарным годовым экономическим эффектом 241 503 руб в год

Результаты диссертации могут быть использованы в проектно-конструктор-ских, научно-исследовательских организациях, на предприятиях кожевенных производств при совершенствовании существующих технологических процессов производства натуральных кож и создании новых, при проектировании технологического оборудования, его рабочих органов с требуемыми техническими характеристиками, позволяющими повышать качество получаемой продукции, а также в вузах при подготовке студентов по специальностям 170700 «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности» и 281100 «Технология изделий из кожи»

Практическая значимость работы подтверждается эффективностью внедрения

ее результатов в производство ЗАО «Русская кожа» (г Рязань), на предприятиях ОАО «Рослегпром»

Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертации, докладывались и получили положительную оценку на ряде научно-технических конференций в Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса (г Шахты, 2005,2006 гг), Московском государственном университете дизайна и технологий (г Москва, 2005, 2006 гг), Московского института управления и сервиса (г Москва, 2004 - 2007 гг) и заседаниях научно-методических советов ЗАО «Русская кожа» (г Рязань, 2006, 2007 гг ), ОАО «Росбытсоюз», (г Москва, 2005 гг.), ОАО «Рослегпром» (г Москва, 2006,2007 гг) Публикации по работе.

По результатам работы автором (лично и в соавторстве) опубликовано 7 научных трудов, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 работа

Личный вклад соискателя состоит в обосновании и формулировке целей и задач исследований При непосредственном участии автора проведены все экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях, разработан комплекс методических рекомендаций по результатам промышленных исследований и разработок и осуществлена их промышленная апробация

Непосредственно автором проведены аналитические исследования по разработке динамических моделей валичных КМ, проведена теоретико-аналитическая интерпретация результатов исследований, обобщены результаты работ и сформулированы выводы

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и библиографического списка Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, включая 8 таблиц, 28 рисунков и библиографический список литературы из 108 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, обозначены ее цели, задачи и ос-основные пути их решения, определены научная новизна и практическая значимость работы

В первой главе на основе анализа современного состояния техники и технологии в области механической обработки кожи установлены основные причины возникновения дефектов, имеющие место в технологическом процессе и способные

7

существенно влиять на качество готовой продукции Классифицированы и систематизированы факторы качества, полученные на основе длительных производственных наблюдений при обработке различных кожевенных материалов

Показано, что формирование качества готовой кожи осуществляется последовательно на всех операциях технологического процесса, среди которых важное место занимают механические операции, связанные с обработкой полуфабриката винтообразными и другими ножами На качество продукции наиболее существенное влияние оказывают операции строгания, шлифования и пр

Рабочие валы КМ являются основным источником вибраций и шума Их уровень оценивается как наиболее важный фактор в формировании качества продукции

Резание винтообразными ножами кожевенного полуфабриката представляет собой сложный физико-механический процесс вследствие вязкоупругих свойств объекта обработки и значительного разброса рабочих характеристик ножей На качество обработки помимо геометрии инструмента определяющее влияние оказывают вибрации самих валов Установлено, что действующие в настоящее время технологии и оборудование не позволяют значительно повысить качество мягчения кож

Показано, что качество механической обработки кожевенного полуфабриката формируется различными машинами валичного типа, которым свойственны высокие динамические нагрузки на рабочих органах, а дефекты кож, типа «порубы», «лестница» и пр обусловлены наличием вибрации рабочих валов, поэтому необходимо исследовать динамику машин валичного типа

Во второй главе разработана обобщенная расчетная схема оборудования, включающего систему «ножевой вал - электродвигатель — корпус», позволившая с достаточной для практических целей точностью качественно описать динамические процессы при ее работе и определить влияние ножевого вала на виброактивность машины

Разработана расчетная схема машины с установкой электродвигателя на корпусе машины и самого корпуса на основании с помощью упругих виброизолирующих опор (виброизоляторов) Корпуса машины и электродвигателя, в свою очередь, рассматриваются каждый как жесткое целое Муфта, связывающая ножевой вал с ротором электродвигателя, рассматривается как узел, обладающий поперечной и угловой 8

(в плоскости изгиба вала) податливостью Ротор электродвигателя принят как установленный в абсолютно жестких опорах, и дисбаланс ротора не учитывается Колебания системы рассматриваются только в продольной вертикальной плоскости

Для представленной системы составлены дифференциальные уравнения движения в матричной форме, в которых учтено, что все элементы динамической системы совершают гармонические колебания с той же частотой и фазой, что и круговая частота вращения вала, поэтому обобщенные ускорения пропорциональны квадрату частоты вращения вала и соответствующим обобщенным координатам

В результате расчета, получены зависимости от относительной жесткости опор (отношение жесткости опоры к жесткости вала) для следующих показателей КМ динамического прогиба вала уь, коэффициентов передачи силы со стороны вала на корпус и на основание (фундамент) К1 и К2, вибрации на левой и правой опорах вала VI и У2 (виброускорения)

Для машин ММГ-3200, МСГ-1500, МСГ-600 и МСГ-450 расчеты проведены с вариантами жесткого крепления корпуса к фундаменту и для сплошного вала, жесткого крепления корпуса к фундаменту и для полого вала с отношением внутреннего диаметра к внешнему С=0,7, упругого крепления корпуса к фундаменту

Установлено, что жесткость опор оказывает на динамический прогиб вала существенное влияние для машин ММГ-3200 и МСГ-1500 это влияние сказывается при О/Св < 10, а для машин МСГ-600 и МСГ-450 - при Со/Св < 5, где С - жесткость полуфабриката, Св - жесткость ножевого вала, С0 — жесткость опор корпуса

В зоне малых жесткостей опор прогиб вала существенно увеличивается с уменьшением жесткости опор Полый вал (при прочих равных условиях) позволяет уменьшить прогиб в 2 - 3 раза Влияние установки корпуса на виброизоляторах сказывается при малых жесткостях опор, при этом имеет место увеличение прогиба Для валов машин МСГ-1500, 600, 450 увеличение прогиба незначительное, а для машины ММГ-3200 существенное увеличение прогиба имеет место при Со/Св < 3 При 1<Со/Св<3 имеет место резонансный режим в случае установки корпуса машины на виброизоляторах

Составлена матрица коэффициентов влияния для статически неопределимых систем, которыми могут быть представлены валичные КМ как системы «ножевой вал - кожа - прижимной вал - корпус» (рис 1) Приведенная система имеет восемь

степеней свободы и трижды статически неопределима кроме вертикальных перемещений масс ножевого и прижимного валов в данном случае имеет место перемещение и поворот корпуса (остова) В качестве лишних связей приняты три пружины, имитирующие податливость обрабатываемого полуфабриката

Рисунок 1 - Расчетная динамическая модель КМ на виброизоляторах

Источником возмущения служит статический дисбаланс ножевого вала Матричное уравнение движения имеет вид

([/Е']-со2 [А*] [,М']) Ха =ш2(о2 -е

где [/ Е' ] - единичная матрица, ю - угловая скорость вращения ножевого вала, А* =[5*] + [5°] - сумма матриц, [5*] - матрица перемещение масс, [5°] - матрица коэффициентов податливости абсолютно жестко закрепленного основания, [7М7] -

диагональная матрица масс, Ха — вектор амплитуд возмущающих перемещений е -эксцентриситет второй массы, ш2 - вторая масса, Д2) - второй столбец матрицы коэффициентов влияния

В работе определены коэффициенты влияния вала, закрепленного в опорах с парными подшипниками, и получены зависимости от коэффициента жесткости опор ножевого вала Сь коэффициента жесткости кожевенного полуфабриката С, жесткости опор корпуса машины С0 для следующих вибрационных и динамических показателей машины динамического прогиба ножевого вала, вибрации на левой и правой опорах вала, динамических нагрузок, передаваемых на основание, распорных усилий между ножевым и прижимным валами, амплитуд перемещений рабочих валов и корпуса машины 10

В качестве примера приведена зависимость распорных усилий между ножевым и прижимным валами КМ от жесткости опор ножевого вала - рис 2, из которой следует, что увеличение жесткости опор на порядок позволяет уменьшить распорные усилия в 2 раза Здесь основными линиями показаны расчетные зависимости, пунктирными - полученные экспериментальным путем Виброускорения на опорах вала уменьшаются при этом в 3 - 4 раза Кривые 1-3 соответствуют максимальным значениям распорных динамических усилий между валами для трех участков, где

расположены дискретные массы Б х 10"3, Н ,, 80

60

40

20

о

0,24 2,4 24 240 С, х 107, Н/м

Рисунок 2 - Зависимость распорных усилий между ножевым и прижимным валами от жесткости опор ножевого вала

Вариант расчета на ЭВМ КМ с полым рабочим участком ножевого вала и уменьшением его массы в 2 раза, показывает на значительное улучшение всех вибрационных и динамических характеристик Увеличение угловой скорости вращения ножевого вала ведет к возрастанию виброускорений на опорах

С учетом взаимодействия ножевого вала КМ с обрабатываемым материалом, составлены уравнения его движения, имеющие вид

21 2 (к + 1с ) 2 1у 2 2 13у 2и 2

х = -а0 - —1- х - -¡-х - --,

т т т 3 т

( 4 к 21" 4 к1 5 с Л 8 15кхи у

и = - —5-Г" + -5-Г и--;-

^ 12ш2 312ш4 ) I со

где 1 -длина недеформированной пружины вала, ш - масса вала, о0- коэффициент влияния, к - коэффициент, характеризующий изгибную податливость вала, J - момент инерции вала, х - координата центра масс, у - угол поворота вала

Значительное влияние на качество обработки кожевенного полуфабриката оказывает уровень вибраций рабочих органов, поэтому для выбора режимов обработки, при котором строганый полуфабрикат по качеству соответствует установленным требованиям, необходимо знать закон его деформирования в целях определения механических характеристик полуфабриката. В частности, для исследования колебаний системы «ножевой вал - полуфабрикат - прижимной вал - корпус строгальной машины», необходимо предварительное определение его коэффициента жесткости на сжатие Процесс деформации кожевенного полуфабриката элементом винтового ножа был воспроизведен на универсальной машине типа «Инстрон» Нагружению подвергались образцы при влажности 55 - 60%, что соответствует влажности кожевенного полуфабриката перед операцией строгания

Установлено, что образцы большую часть деформации получают при относительно небольших нагрузках (рис 3, участок 1) При дальнейшем увеличении нагрузки величина деформации образца растет незначительно (участок 2) Зависимости деформации от приложенной нагрузки на участках 1 и 2 можно аппроксимировать линейными функциями. Следует отметить, что на границе участков 1 и 2 значительно возрастает жесткость образца.

На примере выростка и опойка хромового дубления, рассчитаны жесткости и деформации образцов, обрабатываемых на строгальной машине МСГ-1500-К Деформация выростка в зазоре между ножевыми валом и прижимным валом равна 2,7 х 106 Н/м2, а коэффициент жесткости - 1,20 х 106 Н/м, для опойка аналогичные параметры составляют 3,9 х 10б Н/м и 2,20 х 106 Н/м, соответственно Растяжению подвергались стандартные полоски полуфабриката (10 х 50 мм), вырубленные из чепрачной части выростка хромового дубления, подготовленные к строганию - табл 1

Таблица 1 - Механические свойства кожи при растяжении

Ь, мм в, мм Р, Н о, Н/м2 Относительное удлинение Е,% Скорость траверсы, мм/мин Вид кожи База тензометра

10 2,2 726 33 10 6 53,0 20 Выросток 25

10 1,8 630 33 10 6 45,0 20 Опоек 25

10 1,8 550 33 106 55,5 20 Опоек 25

Установлено, что как для выростка, так и для опенка хромового дубления, рост

удлинения сначала обгоняет рост нагрузки, а затем, с ростом нагрузки, кривые вы-12

прямляются Такая форма кривых связана со свободной ориентацией элементов волокнисто-сетчатой структуры кожи в процессе нагружения Кривая растяжения полуфабриката не подчиняется закону Гука, а имеет выпуклость в сторону оси удлинения

-А— опоек хромового дубленю -Ж— выростоь -■— полукожник

-экспериментальные, — графики линеиной аппроксимации

Рисунок 3- Кривые «удлинение — нагрузка» при одноосном сжатии

В третьей главе рассмотрены вопросы повышения износостойкости прижимных валов, которые выполняются в виде трубы, покрытой не менее чем двумя слоями резины, причем внутренний слой толщиной до 7 мм выполняется из жесткой резины и увеличивает прочность соединения резины с металлической поверхностью трубы, а наружный, толщиной 20-25 мм, - из мягкой резины Чем мягче резиновый слой, тем меньше изменяется давление на полуфабрикат при колебании его толщины Однако при слишком мягкой облицовке для получения заданного давления требуется большая деформация резины, которая может привести к быстрому износу покрытия Следовательно, наиболее целесообразно увеличить износостойкость именно поверхностного слоя резины

На основе теории Г М Бартенева изучены вопросы трения при взаимодействии резины с металлом при контакте прижимного и ножевого валов С целью исследо-

13

вания процесса изнашивания резин по гладким стальным поверхностям нами проанализирован температурный режим трения, который играет немаловажную роль и является одним из критериев оценки начального этапа процесса трения и последующего за ним процесса

Установлено, что усталостное разрушение в приповерхностной зоне связано с микроскопическими дефектами, концентрацией напряжений, структурными особенностями и ориентационными эффектами, а очаги перенапряжений и микроразрушений появляются одновременно во многих точках объема приповерхностной зоны

Изнашивание обрезиненных валов представляет собой процесс разрушения их поверхности в зоне контакта вследствие воздействия ряда факторов, в основе которых лежат физико-химические и механические явления Наибольший теоретический и практический интерес представляет усталостный износ, характеризующийся процессом накопления элементарных актов разрушения, приводящих к возникновению и разрастанию микротрещин Отмечено, что присутствие наполнителя в резине изменяет их физико-механические характеристики, а активные наполнители, к числу которых относятся различные сажи, аэросил, карбоксил и др , способствуют повышению прочности, износостойкости, модуля упругости, сопротивления раздиру, влияют на эластические свойства резин

Экспериментальная оценка толщины поверхностного слоя вокруг частицы наполнителя и ее зависимости от эффективного объема были проведены на полиизо-бутилене, используемом в качестве наружного слоя прижимных валов кожевенных машин, наполненном техническим углеродом и кремнеземом Смесь полиизобути-лена готовили на лабораторных вальцах и формовали из нее пластины в плоскопараллельной пресс-форме при температуре 200°С, после чего из нее вырезались образцы в виде полосок

На рис 4 представлены зависимости отношения эффективного объема к общему объему образцов от степени наполнения соответственно для композитов полиизо-бутилен + технический углерод (кривая 1) и полиизобутилен + кремнезем (кривая 2) Очевидно, что с увеличением содержания в резине наполнителя, эффективный объем уменьшается, причем последний всегда меньше расчетного (пунктирная линия), вычисленного путем простого вычитания объема, занимаемого наполнителем, из объема образца Исходя из этого, можно предположить и различную способность макро-14

молекул к ориентации внутри слоя под действием растягивающих усилий При этом макромолекулы внешней (диффузной) границы ориентируются практически так же, как макромолекулы каучуковой матрицы, тогда как макромолекулы внутренней границы слоя «каучук - наполнитель» практически лишены этого

0,8 0,6 0,4 0,2

0 10 20 30 40 С. % (по час«.)

Рисунок 4 - Зависимость отношения эффективного объёма к объему образцов

На основании полученных данных, обосновано применение метода диффузионной поверхностной модификации, заключающегося в создании на поверхности резины диффузного слоя заданной толщины повышенной износостойкости, твердости и прочности с измененными по глубине физико-механическими свойствами Данный результат достигается при обработке поверхности профилированной детали специальным сшивающим агентом, для модификации участка или всей поверхности резины, по которым происходит поперечное сшивание

Экспериментальными методами (для резин на основе СКН-каучука, использующегося в качестве материала для внешнего слоя обрезиненных валов) подобраны рецепты модифицирующих растворов - табл 2

Таблица 2 - Составы модифицирующих растворов

Ингредиенты На 100 масс ч растворителя

Раствор А Раствор Б

Каптакс 4-5 5

Сера 1-2 0,5-1,0

Тиомочевина 1 -2 -

Этиловый спирт 20 -

Образцы для экспериментальных исследований изготавливались в виде прямоугольников с размерами 10 х 10 х 30 мм из резин ИРП-1396 (I), ИРП-97-1М (II), 5421 (III) и 26-220 (IV) Образцы обезжиривались, сушились 3-4 часа при температуре 20 - 25°С и обрабатывались в модифицирующих растворах А и Б от 0,5 до 24 часов Зависимость твердости резины СКН на поверхности от времени обработки для резин I, П, Ш, IV, V и, прошедших модификацию в растворах А и В, приведена на рис. 5

5 4

« 90

и «

о ri

S 80 н

§70

о.

и и Н

50

0 4 8 12 16 20 24

Время обработки, час

Рисунок 5 - Зависимость твердости на поверхности резины от времени обработки для резин III (1), IV (2), II (3), I (4), обработанных раствором А, на основе СКФ (5), для резин III (l1), IV (21), II (З1), I (41), обработанных раствором В

Испытания на трение и износ проводились на машине трения СМТ-1 со специальной обоймой (V=0,75 м/с, р=12 х 10 Па, L=628 м, контртело - сталь 45, шлифование) Контроль глубины модификации осуществлялся с помощью авторадиографии, контроль твердости на поверхности - по ТМ-2, по глубине - прибором МТИ-2М (ИМАШ), микрофотометром ИФО-451 Проведенные испытания показали повышение твердости поверхностного слоя модифицированной резины на 24% при сохранении требуемой эластичности и упругости покрытия

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1 На основе анализа современного состояния техники и технологии в области механической обработки кожи определены основные причины, способные существенно влиять на качество готовой продукции Классифицированы и систематизиро-16

ваны факторы качества, полученные на основе длительных производственных наблюдений В результате определено научно-техническое направление совершенствования оборудования для механической обработки натуральной кожи, повышающего качество изделий и эффективность производства

2 Теоретическое исследование вибродинамических характеристик валичных кожевенных машин, позволило получить математическую модель - уравнения в матричном виде без учета влияния полуфабриката на колебания рабочих валов, для строгальных и шлифовальных машин - уравнения в матричном виде с учетом влияния физико-механических свойств объекта обработки на величину колебаний системы «рабочий вал - кожа - прижимной вал - корпус» Полученные модели позволяют проводить научно-обоснованную модернизацию оборудования, путем уменьшения вибродинамических нагрузок, что, в конечном итоге, ведет к повышению качества обработки кожевенных материалов на операциях «мездрение», «строгание», «мягчение», «шлифование» и других

3 Экспериментально получены значения вибродинамических характеристик кожевенного оборудования валичного типа при различных режимах его работы Основной причиной вибрации при работе машин является неуравновешенность рабочих валов Колебания на левых и правых опорах часто имеют противоположные фазы, что объясняет возбуждение поворотных колебаний корпуса машины относительно горизонтальной оси симметрии

4 Показано, что увеличение нагрузки на рабочий орган вызывает повышение амплитуды их вибрации, что приводит к ухудшению качества обработки, вызывая появление дефектов типа «лестница»

5 Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных величин по таким параметрам, как прогиб валов, виброускорения в опорах, нагрузки на фундамент и пр , показал их достаточную сходимость (расхождение не более 18% при доверительной вероятности 0,9), поэтому теоретические модели можно рекомендовать для инженерных расчетов при совершенствовании и создании кожевенного оборудования

6 Получены новые экспериментальные данные изменения износостойкости обрезиненных валов и температурного режима трения, а также выявлен факт периодического колебания температур при скоростях скольжения, превышающих 0,5 м/с Установлено, что наполнитель изменяет физико-механические характеристики резин, а активные наполнители, к числу которых относятся различные сажи, кар-

17

боксил и другие компоненты, способствуют повышению прочности, износостойкости, модуля упругости, сопротивлению раздиру и влияют на эластические свойства резин

7 Расчетно-экспериментальными методами показано существование поверхностного слоя активных частиц наполнителя с оценкой его толщины, а расчетными методами оценено изменение распределения напряжений при увеличении модуля упругости Установлено влияние структурной неоднородности резин на разрушение приповерхностных слоев обрезиненных валов в процессе их эксплуатации

8 Получены новые экспериментальные данные о влиянии наполнителя резин на их физико-механические характеристики Установлено, что активные наполнители способствуют повышению прочности, износостойкости, модуля упругости, сопротивления раздиру и влияют на эластические свойства резин

9 Используя полученные экспериментальные результаты, с использованием метода диффузной модификации разработан состав модифицирующего раствора с учетом специфики рабочей среды машин кожевенного производства, обеспечивающий создание на поверхности обрезиненных валов слоя заданной толщины повышенной износостойкости, твердости и прочности

10 Суммарный годовой экономический эффект внедренных в производство предложений и рекомендаций составляет 241 503 руб

Основное содержание работы опубликовано в следующих работах:

1 Дарда И В , Коротченко Ю Н Динамическая модель валичных кожевенных машин // Изв вузов Сев -Кавк регион Техн науки - 2004 - Приложение №9 - С 240 - 246

2 Коротченко Ю Н, Баталов Р А Влияние технологических параметров оборудования на качество полуфабриката при производстве кожевенных материалов // Экономические и технологические аспекты развития промышленной и социальной сфер Межвуз сб науч тр / Институт открытого образования - Новочеркасск ЮРГТУ, 2007 - С 177 - 183

3 Коротченко Ю Н, Баталов РАК анализу процесса резания кожи винтообразными ножами // Экономические и технологические аспекты развития промышленной и социальной сфер Межвуз сб науч тр / Институт открытого образования - Новочеркасск ЮРГТУ, 2007. - С 187 - 193

4. Коротченко Ю H, Баталов РАО выборе режимов поверхностной модификации обрезиненных валов кожевенных машин // Экономические и технологические аспекты развития промышленной и социальной сфер Межвуз сб науч тр / Институт открытого образования -Новочеркасск ЮРГТУ, 2007 - С 205-211

5 Коротченко Ю H Исследование процессов переработки отходов кожевенно-обувного производства и создание технологического оборудования / Моек ин-т управл. и сервиса -М, 2007 - 158 с // Деп в ВИНИТИ 20 08 07, № 1643-В2007

6. Коротченко Ю H, Дарда И В. Природа и механизм трения каучукоподобных полимеров в валах кожевенных машин Тез докл всерос совещ // Проблемы совершенствования технологий и оборудования кожевенного производства - M, 2005 -С.14-18

7 Коротченко Ю H Виброакустические параметры кожевенных машин // Современные методы синтеза машин-автоматов и систем Тез докл всерос совещ -M,2005.-С 79-80

Отпечатано с готового оригинала Подписано в печать 09 10 2007 Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетная Печать оперативная Печ л 1,0 Уч-издл 1,0 Тираж 100 экз Заказ № 165

Типография ИПБОЮЛ «Бурыхин Б М » Лицензия РЛД №65-186 от 10 01 2004 г Адрес типографии 346500 г Шахты, ул Шевченко, 143

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОЖИ

1.1. Анализ основных процессов кожевенного производства

1.2. Формирование показателей качества кожи и технология производства

1.3. Анализ конструкций современных валичных кожевенных машин

1.4. Исследование процесса взаимодействия рабочих валов с кожевенным полуфабрикатом

1.4.1. Основные факторы, влияющие на качество готовой продукции

1.4.2. Анализ процесса резания кожи винтообразными ножами

1.5. Выводы по главе 40 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ВАЛИЧНЫХ МАШИН И ОБРАБОТКИ КОЖИ

2.1. Динамика машины как системы «ножевой вал - корпус фундамент»

2.1.1. Выбор и обоснование динамической модели

2.1.2. Разработка дифференциальных уравнений движения

2.1.3. Составление уравнений движения в матричной форме

2.2 Динамика машины как системы «ножевой вал - материал прижимной вал - корпус»

2.2.1. Определение коэффициентов влияния статически неопределимой системы

2.2.2. Определение коэффициентов влияния вала, закрепленного в опорах с парными подшипниками

2.2.3. Оценка адекватности аналитических зависимостей и результатов экспериментальных исследований

2.3. Исследование и разработка технологии для мягчения кож

2.3.1. Влияние физико-механических свойств кожи на процесс обработки

2.3.2. Деформационные свойства кожи при растяжении

2.3.3. Испытание кожевенных материалов в ударных режимах

2.4. Выводы по главе 84 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗНАШИВАНИЯ ОБРЕЗИНЕННЫХ ВАЛОВ КОЖЕВЕННЫХ МАШИН

3.1. Резина как конструкционный материал

3.2. Трение и изнашивание обрезиненных валов

3.2.1. Трение резин

3.2.2. Изнашивание резин

3.2.3. Разрушение приповерхностного слоя в процессе изнашивания обрезиненных валов

3.3. Использование метода диффузно-поверхностной модификации для обрезиненных валов

3.4. Выбор вида резины и отработка режимов поверхностной модификации обрезиненных валов

3.5. Выводы по главе

Легкая промышленность относится к обрабатывающим отраслям, технология глубокой переработки сырья и материалов в которой включена в перечень критических технологий, утвержденный Президентом Российской Федерации В.В. Путиным по результатам совместного заседания Совета Безопасности Российской Федерации, Президиума Государственного совета Российской Федерации и Совета при Президенте Российской Федерации по науке и высоким технологиям (протокол от 30 марта 2002 г. № Пр-578.).

Разработанная в связи с этим Концепция развития легкой промышленности России определяет цели, задачи и приоритеты ее развития для удовлетворения спроса внутреннего рынка отечественными товарами бытового, специального и технического назначения, увеличения экспорта продукции отрасли и рассчитана на период до 2010 г. [48]

Условия, обеспечивающие развитие отечественной легкой промышленности, а также повышение эффективности производства современных конкурентоспособных товаров, могут быть достигнуты за счет решения целого ряда задач, в том числе:

- проведения технологической модернизации предприятий и обеспечение на этой основе стабильного инновационного развития отрасли;

- обеспечения глубокой переработки отечественного сырья: натуральных кожи и меха;

- снижения материалоемкости и энергоемкости выпускаемой продукции и повышение рентабельности производства.

Состояние основных производственных фондов отрасли не позволяет производить высококачественную, сравнимую с зарубежными аналогами продукцию. По состоянию на конец 2000 г степень их износа составила 54,2%, коэффициент обновления и коэффициент выбытия составили в сопоставимых ценах соответственно - 0,5 и 2,1. По оценке НИИ статистики на начало 2000 г. доля оборудования, эксплуатируемого до 5 лет, составила 1,4%, 6-10 лет -21,2%, 11-20 лет-57,3%, более 20 лет-20,1% [45].

Продукция легкой промышленности удерживается сейчас на российском рынке во многом благодаря сдерживанию цен производителями при растущих затратах. Таким образом, предприятия легкой промышленности находятся в трудном положении из-за недостатка оборотных средств, высокого износа технологического оборудования, снижения рентабельности в связи с ростом затрат и сдерживанием цен производителями, низкой конкурентоспособности продукции.

Повышение конкурентоспособности продукции легкой промышленности должно быть достигнуто путем технологической модернизации предприятий, минимизации непроизводственных затрат, применения государственных стандартов, обязательной и добровольной сертификации продукции на уровне международных требований, повышения уровня научно-технического и кадрового обеспечения отрасли.

Приоритетными направлениями научных исследований и инновационных разработок являются:

- разработка и освоение ресурсосберегающих, экологически чистых технологий текстильного производства;

- разработка и освоение технологий изготовления изделий из натуральных кож и меха, обеспечивающих гибкость производства и экологичность продукции.

Основой развития легкой промышленности являются результаты фундаментальных и прикладных исследований и разработок новых машин и оборудования, материалов, образцов продукции, технологий, направленных на повышение потребительских свойств товаров, обеспечение требований к ним по безопасности и экологичности.

Для повышения конкурентоспособности продукции легкой промышленности должны быть решены общие задачи технологического обновления отрасли, пополнения оборотных средств предприятий, организационного реформирования предприятий, повышения эффективности научно-технического обеспечения производства, а также задачи отраслей, обусловленные их спецификой. Наиболее актуальной и финансовоемкой является задача технологического обновления отрасли.

В результате реализации Концепции объем выпуска продукции легкой промышленности к 2010 г. увеличится в 2 раза. Это соответствует среднегодовому индексу физического объема производства 107 %. В этом случае доля отечественной продукции на внутреннем рынке составит не менее 55%. Экспортный потенциал отрасли к 2010 г. увеличится до уровня, превышающего импорт товаров легкой промышленности [45].

Успешность инновации на предприятиях легкой промышленности во многом зависит от уровня новизны предлагаемых технологий и разработок технологического оборудования. В технических областях значительный вклад в конкурентоспособность предлагаемых решений приходит на этап концептуального проектирования, определяющую эффективность разрабатываемого оборудования и создаваемой продукции.

Повышение качества изделий 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 [2-5] и весьма велика. 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 производства, 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 разно-толщинность 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: Фукин В.А., Майзель М.М., Лопандин Д.В., Карамышкин В.В., Сторожев В.В., Бурмистров А.Г., Иванов В.А., Бескоровайный В.В., Кап-лин Л.А., Фридлянд A.A., Радченко О.Г., Парамонов В.С, Зурабян K.M., Жаворонков А.И., Дарда И.В. и др.

Весомый вклад в разработку фундаментальных и прикладных научных исследований в данном направлении вносят ученые Московского государственного университета дизайна и технологий, Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна, Центрального научно-исследовательского института кожевенно-обувной промышленности, Российского заочного института текстильной и легкой промышленности, Орловского научно-исследовательского института легкого машиностроения, Московского государственного университета сервиса и др.

Среди механических операций обработки кожевенного материала 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 притуплённые винтообразные ножи осуществляют деформирование (растяжение) полуфабриката. Также специфической является работа тянульно-мягчительных машин, которые обрабатывают кожевенный материал 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 кожевенного материала, которые бы позволили достигать нужной эластичности (мягкости) и тем самым повысить качество кож.

Вопросы повышения качества кожи при механической обработке рассматриваются достаточно часто, 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 предприятия поступает нестандартное кожевенное сырье (натуральные кожи), его механическая обработка неизбежна и является актуальной.

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.

В реальных процессах скорость подачи детали непостоянна, непостоянно также давление зерен и граней на деталь. Это происходит вследствие засаливания рабочей поверхности инструмента, затупления режущих кромок и выкрашивания абразивных зерен, неравномерности толщины и физико-механических свойств различных топографических участков кожи и др., поэтому для достижения требуемого качества, кожи приходится обрабатывать инструментом неоднократно, повторяя процесс.

В настоящее время при создании новых и модернизации существующих кожевенных машин наметилась тенденция увеличения ширины рабочего прохода для обеспечения возможности обработки целых кож повышенных разве-сов. Однако это ведет к значительному увеличению длины и массы вращающихся валов, их динамической нагруженности, что вызывает повышение уровня вибраций рабочих валов, преждевременный износ деталей, а также отрицательно сказывается на качестве обработки кожевенных материалов.

Отсутствие в распоряжении конструкторов и эксплуатационников необходимых теоретических и экспериментальных исследований по вопросам снижения виброактивности кожевенных машин, нередко приводит к необоснованным конструктивным решениям.

Разрабатываемые в данной работе теоретические и экспериментальные основы создания и совершенствования оборудования для механической обработки кожевенного материала по условиям повышения качества и эффективности кожевенного производства особенно своевременны. В настоящее время эти производства характеризуются несовершенством оборудования для механической обработки, и, вероятно, поэтому они находятся в условиях хронического кризиса, зачастую нерентабельны, а спрос населения покрывается путем импорта.

Одним из наиболее важных рабочих органов, влияющих на работоспособность технологического оборудования для механической обработки кожевенно-меховых материалов и их качество, являются обрезиненные валы, входящие в конструкции подавляющего большинства машин. Изучение вопросов трения и износа при взаимодействии обрезиненных валов с прижимными валами является основополагающим при оценке эффективности работы оборудования в целом.

На наш взгляд, наиболее перспективным методом повышения износостойкости обрезиненных валов, является метод диффузионной поверхностной модификации, однако его применение для условий повышенной кислотности, влажности, агрессивности, которые создают обрабатываемые кожевенные материалы, еще не оценивалось.

Механическая обработка кожи характеризуется наличием большого количества процессов (волососгонно-чистильными, мездрильными, отжимными, строгальными, разводными, тянульно-мягчильными, шлифовальными и проч.), что влечет за собой необходимость использования целой гаммы соответствующего оборудования, поэтому необходимо разрабатывать теоретические и экспериментальные основы повышения качества механической обработки комплексно, выполняя анализ всех процессов и соответствующего оборудования. Определяя значимость факторов качества на каждой операции, их влияние на конечный продукт и лишь потом принимать решения для модернизации, или замене того, или иного процесса (оборудования, оснастки).

Диссертационное исследование выполнялось в рамках научно-технической программы «Инновационная деятельность высшей школы» и подпрограммы «Инновационные проекты в области сервиса» Министерства образования РФ.

Целью исследования является совершенствование конструктивных параметров технологического оборудования кожевенного производства и его практическое использование при:

• разработке новых и совершенствовании действующих технологий;

• совершенствовании имеющегося технологического оборудования;

• разработке новых технологических процессов получения кожи и переработки отходов кожевенного производства.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• анализ современного состояния оборудования и технологии механической обработки кожевенного производства;

• разработка теоретических основ создания оборудования для механической обработки кожи с учетом условий динамики взаимодействия рабочих органов машин с полуфабрикатом;

• разработка обобщенной математической модели машин валичного типа и создание методов вибродинамических расчетов технологического оборудования кожевенного производства;

• повышение износостойкости обрезиненных валов путем создания на их поверхности диффузного слоя заданной толщины, твердости и прочности; разработка состава модифицирующего раствора с учетом специфики агрессивной среды работы машин кожевенно-мехового производства.

В диссертации использованы теоретико-экспериментальный подход, позволяющий получить адекватные результаты; методы статики и динамики теории машин и механизмов; методы теории упругости; методы математической статистики, метод поверхностной диффузионной модификации материалов.

Научная новизна работы, которую автор выносит на защиту, состоит в следующем:

• установлены основные причины дефектов, возникающих при механической обработке различных кожевенных материалов;

• предложены теоретические модели кожевенных машин валичного типа, которые позволили на стадии проектирования определять распорные усилия между ножевым и прижимным валами, с учетом жесткости опор и обрабатываемого материала;

• исследован процесс изнашивания обрезиненных валов кожевенного оборудования и проанализирован температурный режим трения;

• установлено положительное влияние наполнителя резин на изменение физико-механических характеристик обрезиненных валов, а также повышение их механических свойств (прочность, износостойкость, модуль упругости и эластичность);

• расчетно-экспериментальными методами показано существование слоя вокруг активных частиц наполнителя с оценкой его толщины и оценено изменение распределения напряжений при увеличении модуля упругости;

• разработан состав модифицирующего раствора с учетом специфики агрессивной среды работы машин кожевенного производства, обеспечивающий создание на поверхности обрезиненных валов диффузного слоя заданной толщины повышенной износостойкости, твердости и прочности.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Научно-практические разработки, предложенные в диссертации, позволяют решать задачи повышения качества и производительности механической обработки натуральной кожи.

Предложенные методики расчета и конструкции оборудования внедрены в производство с суммарным годовым экономическим эффектом 241503 руб.

Результаты диссертации могут быть использованы в проектно-кон-структорских, научно-исследовательских организациях и на предприятиях кожевенных производств при разработке:

• и совершенствовании существующих технологических процессов производства натуральных кож и создании новых;

• нового оборудования и оснастки с требуемыми техническими характеристиками, позволяющими повышать качество получаемой продукции; а также

• повышении степени износа обрезиненных валов и улучшении их физико-механических характеристик.

Практическая значимость работы подтверждается эффективностью внедрения ее результатов в производство: ЗАО «Русская кожа» (г. Рязань), на предприятиях ОАО «Рослегпром».

Апробация работы и публикации.

Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на ряде научно-технических конференций: Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса (г.Шахты, 2005, 2006 гг.), Московском государственном университете дизайна и технологий (г. Москва, 2005,

2006 гг.), Московского института управления и сервиса (г. Москва, 2005 - 2007 гг.), Института открытого образования (г.Шахты, 2006, 2007 гг.) и заседаниях научно-методических советов: ЗАО «Русская кожа» (г. Рязань, 2006, 2007 гг.), ОАО «Росбытсоюз», (г. Москва, 2005 гг.), ОАО «Рослегпром» (г. Москва, 2006,

2007 гг.).

Работа выполнена на кафедре «Прикладная механика» АНОО «Институт открытого образования» (2004 - 2007 гг.).

По результатам работы автором (лично и в соавторстве) опубликовано 7 научных трудов, в том числе 1 монография.

3.5. Выводы по главе

1. Исследован процесс изнашивания резин по гладким стальным поверхностям, в частности прижимным валам строгальных и мездрильных машин кожевенного оборудования, проанализирован температурный режим трения, который играет немаловажную роль и является одним из главных критериев оценки начального этапа трения и следующего за ним процесса обработки кожевенных полуфабрикатов.

2. Приведены результаты исследований температурного режима в зоне контакта пары резина-металл. Исследовались образцы на основе бутадиен-нитрильных каучуков с чистотой поверхности контртела Ra = 0,8 мкм. Скорость скольжения составила 0,5 - 2,1 м/с, а величина удельного давления - 0,4 МПа.

3. Установлено, что наполнитель изменяет физико-механические характеристики резин, а активные наполнители, к числу которых относятся различные сажи, карбоксил и другие компоненты, способствуют повышению прочности, износостойкости, модуля упругости, сопротивления раздиру и влияют на эластические свойства резин.

4. Предложена технология диффузионной поверхностной модификации обрезиненных валов оборудования кожевенно-мехового производства, заключающаяся в создании на их поверхности диффузного слоя заданной толщины повышенной износостойкости, твердости и прочности с измененными по глубине физико-механическими свойствами.

5. Разработан состав модифицирующего раствора с учетом специфики агрессивной среды работы машин кожевенно-мехового производства. Отработаны режимы поверхностной модификации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований валичных машин, обрабатывающих натуральные кожи и мех, с целью повышения эксплуатационных характеристик машин и оборудования, можно сделать следующие выводы:

1. На основе анализа современного состояния техники и технологии в области механической обработки кожи и меха определены основные причины, способные существенно влиять на качество готовой продукции. Классифицированы и систематизированы факторы качества, полученные на основе производственных наблюдений.

2. Теоретическое исследование вибродинамических характеристик валичных кожевенно-меховых машин, позволило получить для валичных машин математическую модель - уравнения в матричном виде без учета влияния полуфабриката на колебания рабочих валов; для строгальных и шлифовальных машин - уравнения в матричном виде с учетом влияния физико-механических свойств объекта обработки на величину колебаний системы «рабочий вал - кожа - прижимной вал - корпус».

3. Экспериментально получены значения вибродинамических характеристик кожевенно-мехового оборудования валичного типа при различных режимах его работы. Основной причиной вибрации при работе машин является неуравновешенность рабочих валов.

Показано, что увеличение нагрузки на рабочий орган вызывает повышение амплитуды их вибрации, что приводит к ухудшению качества обработки, вызывая появление дефектов типа «лестница».

Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных величин по таким параметрам, как: прогиб валов, виброускорения в опорах, нагрузки на фундамент и пр., показал их достаточную сходимость (расхождение не более 18% при доверительной вероятности 0,9), поэтому теоретические модели можно рекомендовать для инженерных расчетов при совершенствовании и создании кожевенного и мехового оборудования.

4. Получены новые экспериментальные данные изменения износостойкости обрезиненных валов и температурного режима трения, а также выявлен факт периодического колебания температур при скоростях скольжения, превышающих 0,5 м/с. Установлено, что наполнитель изменяет физико-механические характеристики резин, а активные наполнители, к числу которых относятся различные сажи, карбоксил и другие компоненты, способствуют повышению прочности, износостойкости, модуля упругости, сопротивления раздиру и влияют на эластические свойства резин.

5. Косвенными расчетно-экспериментальными методами показано существование поверхностного слоя активных частиц наполнителя с оценкой его толщины, а расчетными методами оценено изменение распределения напряжений при увеличении модуля упругости. Установлено влияние на разрушение приповерхностных слоев обрезиненных валов в процесс их эксплуатации структурной неоднородности резин.

6. Получены новые экспериментальные данные о влиянии наполнителя резин на их физико-механические характеристики. Установлено, что активные наполнители способствуют повышению прочности, износостойкости, модуля упругости, сопротивления раздиру и влияют на эластические свойства резин.

7. Используя полученные экспериментальные результаты, разработан состав модифицирующего раствора с учетом специфики рабочей среды машин кожевенно-мехового производства, обеспечивающий создание на поверхности обрезиненных валов слоя заданной толщины повышенной износостойкости, твердости и прочности с использованием метода диффузной модификации.

1. Анцупов Ю.А., Лукасик В.А., Субботин В.Е., Ульянкин В.А. Усредненная мера неоднородной деформации и эластомерных композитов // Химия и технология переработки полимеров: Сб. науч. тр. JL, 1985. - С. 46.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., 1965. - 776с.

3. Архипов H.H., Карпочев П.С., Майзель М.М., Полевако H.A. Основы конструирования и расчета типовых машин и аппаратов легкой промышленности. М.: Машгиз, 1963. - 600 с.

4. Афанасьев В.В. Современные направления в конструировании машин для обработки кож. М.: Легкая индустрия, 1979. - 84 с.

5. Афанасьев В.В., Виницкий Д.Б., Парамонов B.C., Тонина Л.Л. Основные направления развития конструкций современных строгальных машин. М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1975. - 41 с.

6. Баблоян В.П., Балберова H.A. и др. Справочник кожевенника. М.: Легпромбытиздат, 1987.-256 с.

7. Балагуров И.А. Увеличение межремонтного ресурса рабочих органов строгальных машин с целью стабилизации качества обработки кожевенных материалов: Дис. канд. техн. наук. М., 2001. - 165 с.

8. Бартенев Г.М. О законе трения высокоэластических материалов по твердым гладким поверхностям // ДАН СССР. 1955. - Т.103. - №6. - С. 107.

9. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984.-280 с.

10. Бартенев Г.М. Структура и релаксация свойств полимеров. М.: Химия, 1979.-288 с.

11. Бартенев Г.М., Баглюк C.B., Тулинова Б.Б. Релаксационные переходы в ПБАН выше температуры стеклования // Высокомолекулярные соединения, 1988. Т.30. №4. - С. 821 - 826.

12. Бартенев Г.М., Елькин А.И. Природа и механизм трения каучуко-подобных полимеров в различных физических состояниях // Механика полимеров. 1967. - №1. - С. 123 -135.

13. Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. Д.: Химия, 1972.-240 с.

14. Бартенев Г.М., Шут Н.И., Дущенко В.П., Лазоренко М.В. // Высокомолекулярные соединения. 1986. - Т.28. - №3. - С. 463 - 467.

15. Бидерман В. В. Теория механических колебаний. М.: Высшая школа. 1980.-408 с.

16. Брох Е.Т. Применение измерительных систем фирмы «Брюль и Кьер» для измерения механических колебаний и ударов. СЕБОРГ, 1973. -195 с.

17. Бурмистров А.Г. Основы проектирования и совершенствование конструкций машин мехового производства: Дис. . докт. техн. наук. М.: МТИЛП, 1990.-374 с.

18. Владыкин Н. Г., Иванов В. А., Каплин Л. А., Шуметов В. Г. Динамическая модель кожевенных машин с роторным рабочим органом // Исследование и проектирование оборудования для легкой промышленности. М.: ВНИИЛтекмаш, 1982. - С.55 - 61.

19. Гебель Г.Ф. Теория машин кожевенного производства: Дисс. . канд. техн. наук. -М., 1941. 186 с.

20. ГОСТ 338-81. Кожа хромовая для верха обуви. Сортировка. М.: Изд. станд., 1981. - 8 с.

21. ГОСТ 938. 11-69. Кожа. Метод подготовки образцов к физико-механическим испытаниям. М.: Изд. станд., 1980. - 11 с.

22. ГОСТ 938. 15-70. Кожа. Метод определения толщины образцов и толщины кож в стандартной точке. М.: Изд. станд., 1980. - 9 с.

23. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. -М.: Мир, 1970.-306 с.

24. Дарда И.В. Разработка теоретических основ совершенствования технологического оборудования кожевенного и мехового производств: Монография. Ростов н/Д: Ред. ж. «Изв вузов. Сев-Кавк. регион», 2004 . - 128 с.

25. Дарда И.В., Коротченко Ю.Н. Динамическая модель валичных кожевенных машин // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. -Приложение №9. - С. 240 - 246.

26. Дарков A.B., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов: Учеб. для вуз. М.: Высш. шк., 1989. - 429 с.

27. Деулин Б.Л. Научные основы процесса ультразвуковой сварки швейных изделий и принципы создания оборудования: Дис. . докт. техн. наук. Иваново, 1998. - 344 с.

28. Зурабян K.M. Материаловедение изделий из кожи: Учеб. для вузов. М.: Легпромбытиздат, 1988. - 416 с.

29. Зыбин Ю.П., Авилов Ю.М., Чернов Н.В. Материаловедение изделий из кожи: Учеб. для вузов. М.: Легкая индустрия, 1968. - 380с.

30. Зыбин Ю.П., Ключникова В.М., Кочеткова Т.С., Фукин В.А. Конструирование изделий из кожи: Учеб. для вузов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 264 с.

31. Иванов В.А. Совершенствование оборудования легкой промышленности на основе анализа условий динамики взаимодействия рабочих органов с объектом обработки: Дис. . докт. техн. наук. М.: МТИЛП, 1988. - 386 с.

32. Иванов В. А., Карамышкин В. В., Каплин Л. А. Виброакустические параметры кожевенных машин при рабочем и холостом режимах // Современные методы синтеза машин-автоматов и систем: Тез. докл. всесоюз. со-вещ.-Тамбов, 1981.-С. 79-80.

33. Иванов В.А., Карамышкин В.В., Каплин Л.А., Студенников В.П. Экспериментальные исследования виброакустических параметров мездрильных машин // Исследование и проектирование оборудования для легкой промышленности. М.: ВНИИЛтекмаш, 1982. - С. 62 - 67.

34. Иванов В.А., Каплин Л.А., Карамышкин В.В. К вопросу об улучшении качества обработки полуфабриката на строгальных и мездрильных машинах. М., МТИЛП: 1984. - 5 с. - Деп. в ЦНИИТЭИлегпром 09. 02. 84, № 927 лп - Д84.

35. Каплин JT.А. Снижение виброактивности и совершенствование конструкции строгальных кожевенных машин: Дис. . канд. техн. наук. М.: МТИЛП, 1985. - 145 с.

36. Каплин Л.А. Современное оборудование для выделки кож // Экспресс-информация: Бытовое обслуживание населения: Изготовление и ремонт обуви и кожгалантерейных изделий по заказам населения. ЦБНТИ Минбыта РСФСР. Часть 2 (обзор). М., 1990. - 102 с.

37. Каплин Л.А., Владыкин Н.Г., Карамышкин В.В. Влияние параметров жесткости строгальной машины на ее вибронагруженность // Известия вузов. Технология легкой промышленности. 1985. - №3. - С. 122 - 123.

38. Каплин Л.А., Галаев В.Н., Карамышкин В.В. Колебания механической системы, моделирующей процесс взаимодействия винтового ножа вала строгальной машины с полуфабрикатом // Известия вузов. Технология легкой промышленности. 1985. - №5. - С. 109-113.

39. Каплин Л.А., Дарда И.В., Руденко H.H. Исследование процессов переработки отходов кожевенно-обувного производства и создание технологического оборудования / Моск. ин-т управл. и серв. М., 2004. - 158 с. // Деп. в ВИНИТИ 20.10.04, № 1643-В2004.

40. Каплин Л.А. Иванов В.А. Экспериментальное исследование опорных реакций строгальных машин // Совершенствование техники и технологии и улучшение качества изделий легкой промышленности: Сб. научн. тр. МТИЛП.-М, 1986.-С.135- 136.

41. Каплин Л.А., Карамышкин В.В., Иванов В.А., Шуметов В.Г. Влияние вибронагружения строгальных машин на качество обработки полуфабриката // Химия и технология производств кожи и меха. М.: МТИЛП, 1984. -С. 84-87.

42. Каплин Л.А., Федоров Н.С., Токарев М.В., Иванов В.А. Снижение виброактивности машин методами динамической балансировки рабочих валов // Инф. карта ЦБНТИ Минбыта РСФСР, № 183-90. М.: МТИЛП, 1990. -С. 12.

43. Карамышкин В. В., Галаев В. И. Аналитическое исследование вибраций винтовых ножей валов строгальных машин // Известия вузов. Технология легкой промышленности. 1984. - № 2. - С. 84 - 89.

44. Карамышкин В.В., Галаев В.И. Динамические характеристики системы «ножевой вал полуфабрикат - прижимной вал» // Известие вузов. Технология легкой промышленности. Т. 30. - Киев, 1987. - С. 128 - 131.

45. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физикохимии полимеров. М.: Химия, 1967. - 232 с.

46. Кельзон A.C., Журавлев Ю.Н., Январев Н.В. Расчет и конструирование роторных машин Л.: Машиностроение, 1977. - 288 с.

47. Концепция развития легкой промышленности России до 2010 года // www.legprominfo.ru / prom/010047.html.

48. Коротченко Ю.Н. Виброакустические параметры кожевенных машин // Современные методы синтеза машин-автоматов и систем: Тез. докл. всерос. совещ. -М., 2005. С. 79-80.

49. Коротченко Ю.Н., Дарда И.В. Природа и механизм трения каучу-коподобных полимеров в валах кожевенных машин: Тез. докл. всерос. совещ. // Проблемы совершенствования технологий и оборудования кожевенного производства. М., 2005. - С. 14-18.

50. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

51. Красильников М.К., Лежнев В.В. Свойства минеральных наполнителей. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980.-45 с.

52. Левинин C.B. Факторы, влияющие на стойкость резин и прорезиненных тканей к действия нефтепродуктов. М.: Химия, 1986. - 126 с.

53. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. Киев: Наук. Думка, 1980.-260 с.

54. Липатова Т.Э. Минеральные наполнители и их роль в процессе формирования полимеров. Киев: Наук. Думка, 1980. - 146 с.

55. Лопандин И.В. Исследование систем и средств промышленного производства одежды: Дис. . докт. техн. наук. М.: МТИЛП, 1982. - 346 с.

56. Маврина P.M., Ангерт Л.Г. Повышение озоно- и атмосферостойко-сти резиновых изделий с помощью защитных восков. М.: ЦНИИТЭнефте-маш, 1983.-48 с.

57. Магрита И., Гачински Р. Применение моделей для исследования структур вулканизаторов // Межд. конф. по каучуку и резине. Доклад А52. -М., 1984.-С. 265-266.

58. Майзель М. М., Кляткевеч И. Г., Пин JI. Г. Машины и аппараты кожевенного и мехового производства. М.: Гизлегпром, 1950. - 590 с.

59. Марихин Б.А., Мясникова Л.П. Надмолекулярная структура полимеров. М.: Химия, 1977. - 212 с.

60. Маслов Г. С. Расчеты колебаний валов. М.: Машиностроение, 1968.-271 с.

61. Минеральные наполнители резиновых смесей / Под ред. P.A. Горелик. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - 56 с.

62. Моисеев В.В., Зайков Г.Е. Химическая стойкость полимеров в агрессивных средах. -М.: Химия, 1979. 287 с.

63. Мошев В.В., Евлампиева С.Е. Некоторые особенности микронапряженного состояния высоконаполненных эластомеров // Механика эластомеров. 1980. - Т.З. - С. 65 - 67.

64. Мошев В.В., Макарова Л.Е. Исследования на моделях появления развития микроповреждений в высоконаполненных эластомерных композитах // Механика эластомеров. 1983. - Т. 1. - С. 4 - 8.

65. Мур Д. Трение и смазка полимеров. М.: Химия, 1977. - 261 с.

66. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 208 с.

67. Новицкая С.П., Нудельман З.Н., Донцов A.A. Фторэластомеры. -М.: Химия, 1987.-240 с.

68. Нудельман З.Н., Каплун М.Г., Балаков Л.А., Донцов A.A. К механизму вулканизации каучука марки СКФ-32 салицилалиминатом меди // Каучук и резина. 1987. - №3. - С. 35 - 36.

69. Огневская Т.Р. Повышение атмосферостойкости резин за счет введения озоностойких полимеров. М.: ЦНИИТЭнефтемаш, 1972. - 58 с.

70. Огрель A.M., Кирюхин H.H., Коблов В.Ф. Исследование структурной обусловленности возникновения микротрещин в эластомерах, находящихся в напряженном состоянии // Механика полимеров, 1976. №4. - С. 731 -732.

71. Орехов С.В., Руденко В.А. Технический углерод. М.: ЦНИИТЭ-нефтехим, 1980.-45 с.

72. Отделка кож / Под ред. И.П. Страхова. М.: Легкая индустрия, 1976.-376 с.

73. Печковская К.А. Сажа как усилитель каучука. - М.: Химия, 1968. -276 с.

74. Письмо № МС-10-23/3695 от 12.08.2002 г. Государственного комитета РФ по статистике // www.businesspravo.ru/DocumID29622.html.

75. Поляков П.В. Явления в контакте резинометаллических пар при трении в экстремальных условиях: Тез. докл. научн.-практ. конф. «Молодые ученые и специалисты ускорению социально-экономического развития». -Волгоград, май 1986. - С. 4-5.

76. Поляков П.В., Анцупов Ю.А. Роль структурной неоднородности в процессе разрушения резиновых поверхностей при трении по металлам // Машиноведение. №6. - 1987. - С. 39 - 41.

77. Потураев В.Н. Дырда В.И. Резиновые изделия машин. М.: Машиностроение, 1977.-216 с.

78. Применение резиновых технических изделий в народном хозяйстве / Под ред. Д.Л. Федюкина. М.: Химия, 1986. - 240 с.

79. Радченко О. Г. Оборудование и механизация кожевенных заводов. -М.: Легкая индустрия, 1977.-392 с.

80. Разумовский С.Д., Зайков Г.Е. Озон и его реакция с органическими соединениями. М.: Наука, 1974. - 322 с.

81. Скотт Дж. Р. Физические испытания каучука и резины. М.: Химия, 1968.-316 с.

82. Справочник конструктора-инструментальщика / Под ред. H.A. Гре-чишникова. М.: Машиностроение, 2006. - 544 с.

83. Спицын В.И., Бартенев Г.А., Синицына Г.М. Релаксационная спектрометрия и активность наполнителей в эластомерах // ДАН СССР. 1984. -Т.275. -№1. - С. 130- 134.

84. Степанов В.А., Песчанская H.H., Шпейзман В.В. Прочность и релаксационные явления в твердых телах. Л.: Наука, 1984. - 246 с.

85. Страхов И.Т. Химическая технология производства кожи и меха. -М.: Легкая индустрия, 1975. 465 с.

86. Страхов И. Т., Аронина Ю. Н., Гайдаров Л. П. Химия и технология кожи и меха. М.: Легкая индустрия, 1970. - 632 с.

87. Сункуев Б.С. Некоторые вопросы анализа и синтеза регулируемых рычажных механизмов технологических машин легкой промышленности: Дис. .канд. техн. наук. -М.: МТИЛП, 1966. 189 с.

88. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. - 575 с.

89. Токарев М.В. Совершенствование параметров кожевенных машин / Межвуз. науч.-техн. конф. М.: МТИЛП, 1987. - С.76-81.

90. Токарев М.В. Совершенствование параметров строгальных машин с целью повышения качества кожевенных материалов: Дис. . канд. техн. наук. М.: МТИЛП, 1989. - 117 с.

91. Толмачев A.B. Исследование работы ножевых валов кожевенных машин и разработка условий их совершенствования: Дис. канд. техн. наук. -М., 2001.- 138 с.

92. Требоганова В.М. Применение техуглерода в промышленности РТИ. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979. - 84 с.

93. Трение и износ материалов на основе полимеров. Минск: Наука и техника, 1976.-431 с.

94. Трение, изнашивание и смазка: Справ: В 2-х кн. Кн.2 / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1979. - 258 с.

95. Усиление эластомеров / Под ред. Дж. Крауса. М.: Химия, 1968.483 с.

96. Факторович Ю.Д. Оборудование промышленности искусственных кож и пленочных материалов: Справочник. М.: Легпромбытиздат, 1986. -248 с.

97. Ю2.Фукин В.А., Калита А.Н. Технология изделий из кожи. 4.1: Учеб. для вуз. М.: Легпромиздат, 1988. - 272 с.

98. ЮЗ.Каттег H.W. Unified theory of rubber and tier friction. Eng. res. bulletin B-94. - The Pennsylvaniy State University, July 1966. - P.6 - 7.

99. Kammer H.W. Theory of rubber and tier friction. Eng. res. bulletin B-94. - The Pennsylvaniy State University, July 1968. - P.8 - 9.

100. Ludwig A. Random Dynamical Systems. Springer Monographs in Mathematics Series. Springer-Verlag Telos, 1998. - P. 123-127.

101. Shallamach A. Friction and abrasion of rubber. Vear. Vol. 1, 1957 -1958.-P. 301-312.

102. Shallamach A. The load dependens of rubber friction. Proc. phys. soc. - Vol. 65, 1962.-P. 647-661.

103. Shallamach A. Dependens of rubber friction. Proc. phys. soc. - Vol. 65,1964.-P. 667-681.