Разработка теоретических основ совершенствования технологического оборудования кожевенно-мехового производств

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.

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% [1].

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 [1].

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

Одним из наиболее распространенных материалов при изготовлении обуви, одежды и галантерейных изделий является кожа, что объясняется ее совершенно специфическими свойствами, не имеющих себе аналогов, в том числе и при их воспроизведении в виде искусственных материалов. При этом качество изделий из кожи, как конечного продукта во всей технологической цепочке, в значительной степени зависит от качества самого материала, представляющего комбинацию большого числа, факторов совершенно независимых друг от друга. Они, во-первых, определяются видом сырья, а также его исходными характеристиками, совокупность которых известна [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 и мехового производств, связанная только с операциями механической обработки. Они обладают некоторой общностью с точки зрения методологии подхода к изучению процессов, и дают возможность формировать целую группу механических (физических) свойств готовой продукции. Например, прочность, толщина и разнотолщинность по площади, мягкость и эластичность, и прочие параметры качества кожи. Все эти условия заранее задаются в требованиях к готовой продукции и определяют возможности ее дальнейшего использования в виде сырья для обувной и галантерейной промышленности. Так, по назначению, кожи классифицируются для верха и низа обуви, подкладочные, галантерейные, шорно-седельные, технические, сыромятные, для одежды и головных уборов, для перчаток и рукавиц и проч. Кожи бывают как мягкие, так и жесткие, иногда даже с сохранением волосяного покрова. Они должны быть определенной толщины в стандартных точках установленных в нормативно-технической документации на соответствующий вид продукции [6−14].

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., Комиссаров А. И., Сторожев В. В., Бурмистров А. Г., Иванов В. А., Бескоро-вайный В.В., Каплин Л. А., Фридлянд А. А., Радченко О. Г., Парамонов В. С, Зу-рабян 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, 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 др.

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

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

Вопросы повышения качества кожи при механической обработке 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 и меховые предприятия легкой промышленности поступает нестандартное кожевенно-меховое сырье (натуральные кожи), его механическая обработка неизбежна и является актуальной.

Механическую обработку поверхности полуфабриката на предприятиях легкой промышленности проводят, как основную операцию технологического процесса, выполняемую с целью изменения геометрических размеров полуфабриката. В основе процесса лежит разрушение материала тем или иным способом [9,10,15−18].

Процессы взаимодействия рабочего органа оборудования с обрабатываемой поверхностью, на которых основаны все технологические операции 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.

Недостаток экспериментальных данных по определению величины и характера сил сопротивления материала в различных условиях удара, в различных скоростных режимах, а также недостаточная изученность механизма обработки кож ударом, приводит к тому, что в настоящее время отсутствует общетеоретические предпосылки, позволяющие назначать режимы обработки кож ударом и формулировать научно обоснованные исходные требования на проектирование технологического оборудования.

При создании новых и модернизации существующих кожевенных машин наметилась тенденция увеличения ширины рабочего прохода для обеспечения возможности обработки целых кож повышенных развесов. 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 [19].

Разрабатываемые в данной работе теоретические и экспериментальные основы создания и совершенствования оборудования для механической обработки по условиям повышения качества и эффективности кожевенно-обувного и мехового производств легкой промышленности особенно своевременны. В настоящее время эти производства характеризуются несовершенством оборудования для механической обработки, устаревшими формами организации производства 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 [7,20 — 24].

Одним из наиболее перспективных методов повышения износостойкости обрезиненных валов, на наш взгляд, является метод диффузионной поверхностной модификации, однако его применение для условий повышенной кислотности, влажности, агрессивности, которые создают обрабатываемые кожевенно-меховые материалы, еще не оценивалось.

Механическая обработка наиболее сложных материалов, применяемых в легкой промышленности — натуральных кож, меха, 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. При этом значительное улучшение технических характеристик и качества выполнения одним типом оборудования не позволяет решить главную задачу промышленности — удовлетворить потребность населения России в высококачественных предметах массового спроса. Поэтому необходимо разрабатывать теоретические и экспериментальные основы повышения качества механической обработки комплексно, выполняя анализ всех процессов и соответствующего оборудования.

К недостатку многих НИР и ОКР следует отнести, то, что зачастую они решают частные вопросы повышения эффективности и качества ограничиваясь каким-то одним типом оборудования, не затрагивая весь технологический цикл, что не позволяет достигать стабильно высокого качества конечного продукта. Вероятно, поэтому современная кожевенная промышленность в настоящее время практически не выпускает кожи первого сорта для производства обуви, а меховая обладает такими недостатками как: жесткость и ломкость дермы и пр.

Нуждаются в дополнительной разработке конструкции захватных устройств для перемещения кожевенно-меховых материалов, форсунок для нанесения рабочих растворов на поверхности изготавливаемых материалов, машин для обработки полуфабриката и измельчения отходов.

Использование полученных результатов диссертационного исследования позволяет ликвидировать «узкие места» в механизации производственных процессов механической обработки, повысить качество выпускаемой продукции и улучшить условия труда путем: снижения вибродинамических характеристик и уровня шума технологического оборудованиясоздания принципиально нового оборудования для мягчения кож ударомрациональной организации производства, использующего безотходные технологии.

Результаты комплексного исследования являются теоретическими и экспериментальными основами повышения качества механической обработки в ко-жевенно-обувном и меховом производствах и способны восполнить имеющиеся пробелы, а также внести определенный вклад в совершенствование оборудования для механической обработки материалов легкой промышленности и организацию производства.

Диссертационное исследование выполнялось в рамках научно-технической программы «Инновационная деятельность высшей школы» и подпрограммы 202.4 «Инновационные проекты в области сервиса» Министерства образования и науки РФ.

Работа выполнялась автором сначала (1980 — 1988 гг.) на кафедрах «Машины и аппараты легкой промышленности» и «Машины и оборудование стройиндустрии» Новочеркасского политехнического института (1988 — 2000 гг.) (ныне Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) и кафедрах «Прикладная механика» Московского государственного университета сервиса и Московского института управления и сервиса (2002 — 2004 гг.).

Целью исследования является повышение эффективности производства и улучшение качества кожевенно-мехового полуфабриката на базе развития теоретических основ совершенствования технологического оборудования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• анализ современного оборудования и технологии механической обработки кожевенного и мехового производств;

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

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

• разработка обобщенной математической модели машин валичного типа и создание методов вибродинамических расчетов технологического оборудования кожевенно-мехового производств;

• разработка новых охраноспособных конструкций машин и устройств для: нанесения технологических растворов на поверхности материалов, отжима, прямолинейного и фигурного резания, транспортированию полуфабриката и переработки отходов на уровне изобретений;

• создание методики планирования траекторий раскроя кожевенно-меховых материалов для устройства, разработанного на базе двухподвижного соединения;

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

• совершенствование метода поверхностной диффузионной модификации применительно к обрезиненным валам кожевенно-мехового оборудования;

• разработка рекомендаций по определению рациональной мощности кожевенно-меховых производств, повышающих их эффективность.

Идея работы заключается в учете адаптирующих свойств внешних связей при формировании воздействия рабочего органа технологической машины на обрабатываемый материал.

Методы исследования. В процессе выполнения работы использовались общие и специальные методы исследований, включая научное обобщение, 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:

• новые математические модели кожевенно-меховых машин валичного типа в матричном виде;

• методика расчета центробежных форсунок для охлаждения винтовых ножей кожевенно-меховых машин;

• методика планирования траектории движения при разрезании коже-венно-меховых материалов для разработанной конструкции нового устройства;

• экспериментальные данные процесса изнашивания и температурного режима трения обрезиненных валов кожевенно-мехового оборудования;

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

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

• разработанный состав модифицирующего раствора с учетом специфики среды работы машин кожевенно-мехового производства.

Научная новизна. Результаты исследований по совокупности составляют новое решение задачи по разработке теоретических основ проектирования и эксплуатации валичных кожевенно-меховых машин, обрабатывающих кожи и мех с широкой гаммой свойств, использования новых методов расчета с целью повышения эксплуатационных характеристик машин и оборудования и имеющей существенное значение для легкой промышленности:

1. Разработаны теоретические модели кожевенно-меховых машин валич-ного типа, учитывающие массо-инерционные характеристики оборудования, а также жесткости муфты, опор валов, двигателя, позволяющие определять рабочие усилия между ножевым и прижимным валами с учетом свойств обрабатываемого материала и, позволяющие выбирать оптимальные режимы его обработки с целью повышения качества.

2. Создана упрощенная графоаналитическая методика расчета центробежных форсунок для охлаждения винтовых ножей кожевенно-меховых машин, учитывающая угол распыла и перепад давления на форсунке и позволяющая повысить эффективность процесса охлаждения при уменьшении расхода охлаждающей жидкости (воды).

3. Создана новая методика планирования траектории движения при разрезании кожевенно-меховых материалов, основанная на решении обратной задачи кинематики для разработанных на уровне изобретений двухподвижных сочленений манипулятора.

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. Разработаны рекомендации по улучшению рабочих характеристик обрезиненных валов.

5. 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.

6. 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.

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), 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 и меха. На уровне изобретений и патентов.

РФ разработаны машины и оборудование (устройства для резки кожи и меха, шарниры манипулятора, механические и пневматические захватные устройства, форсунка для нанесения рабочих растворов на полуфабрикаты, смеситель) повышающие качество выпускаемой продукции.

Предложенные в диссертационные работе методики расчета и конструкции оборудования внедрены в производство с суммарным годовым экономическим эффектом 441 503 руб. в год.

Результаты диссертации могут быть использованы в проектно-конструк-торских, научно-исследовательских организациях, на предприятиях кожевенно-меховых производств при разработке: и совершенствовании существующих технологических процессов производства натуральных кож и меха и создании новыхнаучно-обоснованных исходных требований на проектирование технологического оборудования, его рабочих органов, технологической оснастки и приборовнового оборудования и оснастки с требуемыми техническими характеристиками, позволяющими повышать качество получаемой продукции, а также в вузах при подготовке студентов по специальностям 170 700 «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности» и 281 100 «Технология изделий из кожи».

Практическая значимость работы подтверждается эффективностью внедрения ее результатов в производство: ЗАО «Русская кожа» (г. Рязань), на предприятиях ОАО «Рослегпром», муниципальных предприятиях г. Шахты Ростовской области, а также использованием в учебном процессе в Шахтинском институте Южно-Российского государственного технического университета (НПИ).

Результаты исследований нашли отражение в учебном пособии «Экология на предприятиях стройиндустрии».

Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертации, докладывались и получили положительную оценку на ряде научно-технических конференций: Донской государственной академии сервиса (г. Шахты, 1990 — 1997 гг.), Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) (г. Новочеркасск, 1990 — 1997 гг.), Московского института управления и сервиса (г. Москва, 2002 — 2004 гг.) — III Всесоюзном совещании по робототехническим системам (г. Воронеж, 1984) — Всесоюзной научно-технических конференциях: «Гидравлика и гидропневмопривод машин, автоматов и промышленных роботов в машиностроении» (г. Киев, 1990 г.) — «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля» (г. Пенза, 1996) — ежегодных научных чтениях Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (г. Ростов-на-Дону, 1999 — 2002 гг.) — заседаниях научно-методических советов: ЗАО «Русская кожа» (г. Рязань, 2003 — 2004 гг.), ОАО «Росбытсоюз», (г. Москва, 2003 — 2004 гг.), ОАО «Рослегпром» (г. Москва, 2003 — 2004 гг.).

Разработанные образцы адаптивных захватных устройств экспонировались на Выставке достижений народного хозяйства СССР (1989 — 1992 гг.), а смесителя — на Ростовской областной выставке «Вторичные ресурсы и современные технологии» (г. Ростов-на-Дону, 1999 г.) и получили положительную оценку.

За внедрение результатов разработанных изобретений в промышленное производство, автор был удостоен звания «Изобретатель СССР» (1992 г.).

Публикации по работе.

По результатам работы автором (лично и в соавторстве) опубликовано 34 научных трудов, в том числе 3 монографии, 1 брошюра, 3 тезисов докладов на всесоюзных и отраслевых научно-технических конференциях, 1 учебное пособие, 14 статей в теоретических, научно-практических журналах и сборниках научных трудов, получено 12 авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретения.

5.5. Выводы по главе.

1. На основе анализа производственных процессов с использованием всех организационно-технических мероприятий по совершенствованию коже-венно-мехового оборудования, процессов и оснастки определена рациональная мощность соответствующих производств и предложена методика ее расчета.

2. Даны проекты производств малой мощности для предприятий различных форм собственности с использованием полученной методики. Приведены основные расчеты всего комплекса необходимого технологического оборудования, основные технико-экономические показатели. Расчетами показаны пути совершенствования производств.

3. Разработан ряд технических решений узлов машин для резки материала, позволяющие получить линию реза практически любой конфигурации и сложности, защищенные авторскими свидетельствами.

4. Для ликвидации недостатков оборудования, действующего в настоящее время, и его совершенствования, повышения качества выпускаемой продукции, для ликвидации ручного труда предложены технические решения по транспортировке обрабатываемого материала захватными устройствами, которые также выполнены на уровне изобретений и патентов.

5. Учитывая результаты и рекомендации теоретических исследований динамики кожевенного и мехового оборудования (см. гл. 1), для повышения качества выпускаемой продукции предложено техническое решение центрифуги с адаптивным приводом, позволяющее менять число оборотов вращения в зависимости от типа кожи и количества реагентов, находящихся внутри нее, новизна которой подтверждена патентом РФ на изобретение.

6. Разработанная на уровне изобретения конструкция смесителя-растирателя позволяет эффективно смешивать различные перерабатываемые отходы рассматриваемых производств и использовать их при производстве искусственных материалов.

7. Предложена новая конструкция рабочего органа тянульно-мягчильной машины, позволяющая повысить эффективность работы, а также снизить количество брака за счет более равномерного растяжения поверхности кожи, обеспечиваемого формой конусов, вставляемыми в рабочие валы.

8. Приведены данные практической апробации результатов работы по кожевенно-меховым и иным предприятиям, показывающие повышение их эффективности. Соответствующие документы приведены в приложении Б. Суммарный годовой экономический эффект НИР по всем реализованным разработкам составил 441 503 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Результаты исследований представляют новое решение задачи по разработке теоретических основ проектирования и эксплуатации валичных машин, обрабатывающих натуральные кожи и мех с широкой гаммой свойств, использования новых методов расчета с целью повышения эксплуатационных характеристик машин и оборудования, имеющей существенное значение для легкой промышленности:

1. Установлено, что решение проблемы удовлетворения населения России в высококачественных товарах массового спроса из натуральной кожи и меха сдерживается отсутствием научно-технических основ создания и совершенствования оборудования для механической обработки кожевенных и меховых материалов. 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 длительных производственных наблюдений. В результате определено научно-техническое направление совершенствования оборудования для механической обработки натуральной кожи и меха, повышающего качество изделий и эффективность их производства.

2. Теоретическое исследование вибродинамических характеристик валичных кожевенно-меховых машин, позволило получить для волососгонно-чистильных, мездрильных машин и др. математическую модель — уравнения в матричном виде без учета влияния полуфабриката на колебания рабочих валовдля строгальных и шлифовальных машин — уравнения в матричном виде с учетом влияния физико-механических свойств объекта обработки на величину колебаний системы «рабочий вал — кожа — прижимной валкорпус». 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 кожевенно-мехового 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 и мехового оборудования.

6. Использование разработанной упрощенной графо-аналитической методики расчета центробежных форсунок для охлаждения винтовых ножей кожевенно-меховых машин с учетом угла распыла и перепада давления на форсунке, позволяет повысить эффективность процесса охлаждения при уменьшении расхода охлаждающей жидкости.

7. Для созданных на уровне изобретений двухподвижных сочленений манипулятора получены аналитические решения прямой и обратной задач кинематики, позволяющие установить зависимость между обобщенными и декартовыми прямоугольными координатами подвижного звена манипулятора. Предложена новая методика планирования траектории движения при разрезании кожевенно-меховых материалов, использующая решение обратной задачи кинематики, позволяющая получить значения углов отработки приводов и алгоритм очередности и скорости отработки приводов с целью оптимизации траекторий.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Аналитическое исследование ударного процесса, выполненное в рамках классической теории удара, позволило установить, что основными, при прочих равных условиях, являются такие факторы как скорость удара и скорость распространения звука в ударяемом теле, или их отношение, называемое числом Маха. Показано, что процесс мягчения кожи верха обуви типа «хромового выростка» наблюдается при числе Маха равном 0,258 — 0,447. Найдены ожидаемые режимы ударного воздействия для мягчения кож различного типа.

13. Аналитическое исследование процесса ударного мягчения кож, выполненное в рамках волновой теории удара, позволило раскрыть механизм мягчения кож. Установлено, что причиной, вызывающей разволокнение фибрилл коллагена, повышения пористости внутренней структуры кож, и как следствие, повышения ее эластичности (мягкости), является сам процесс протекания каждого единичного удара, который носит вибродинамический характер.

14. Экспериментальная апробация результатов аналитического исследования ударного процесса, выполненного в рамках классической теории удара, показала, что свойства материала в ударном процессе мягчения кож следует учитывать с помощью скорости распространения звука в ударяемом материале, а величину скорости ударяющих частиц определять соответствующим числом Маха по приведенной в работе методике.

15. На уровне изобретений РФ для повышения качества продукции и повышения эффективности ее производств, предложен ряд технических решений конструкций оборудования, технологической оснастки и приборов, повышающих качество выпускаемой продукции. В частности, оборудование для резки, отжима, нанесения растворов, транспортирования и т. п.

16. Суммарный годовой экономический эффект НИР по всем реализованным к настоящему времени разработкам, подтвержденный документально составляет 441 503 руб.