Введение к работе
Актуальность темы. Изучение потребностей кожевенно-обувной и кожгалантерейной промышленности позволило сделать вывод о том, что в настоящее время они испытывают острый дефицит в кожах отечественного производства, обладающих повышенной эластичностью. Это связано с тем, что используемое оборудование для механических отделочных операций провалки и тяжки натуральных кож не обеспечивает получения обрабатываемым материалом необходимой тягучести и гибкости, т.е. эластичности. Существенными недостатками тянульных машин различного типа является их низкая производительность (обработка одной кожи осуществляется за 10-20 перемещений полуфабриката относительно рабочих органов) и неодинаковое силовое воздействие на обрабатываемый материал на различных топографических участках, приводящее иногда к разрыву полуфабриката, особенно его периферийных участков. Для предотвращения разрывов и отдушистости лицевой поверхности полуфабриката важное значение имеет его влажность (так, для кож хромового дубления оптимальная влажность составляет 28-32%). Более низкая влажность будет способствовать образованию отдушистости и обрывов при тяжке, более высокая сводит эффект тяжки к минимуму. Таким образом, постоянный контроль влажности и при необходимости доведение ее до оптимального значения перед каждым перемещением полуфабриката значительно снижает производительность оборудования. Перед первой тяжкой возникает необходимость проведения разбивки лап и краев кожи, которая связана с тем, что тянульные машины не всегда обеспечивают достаточное растягивание этих участков, что также увеличивает общее время процесса мягчения. Все вместе сказанное объясняет, почему процесс получения эластичных натуральных кож является малоэффективным, низко производительным, и поэтому он зачастую просто не используется на отечественных предприятиях.
Как показал анализ современного отечественного и импортного оборудования для механической обработки кож, выполняемой с целью повышения их эластичности, используемые рабочие органы (реверсные валы, эластичные ленты, резиновые шары и т.п.) имеют одинаковый принцип воздействия на обрабатываемый материал, основанный на деформациях растяжения и изгиба. Экспериментальным и теоретическим вопросам механической обработки натуральных кож, выполняемой традиционными рабочими органами, посвящено достаточно много НИР, которые для таких процессов и операций как мездрение,
сгонка волоса, двоение, отжим и разводка позволили достичь определенных результатов, однако для операции тяжки, указанных выше недостатков, устранить до сих пор не удалось.
Повышение эффективности оборудования может осуществляться двумя путями: либо за счет его модернизации и усовершенствования традиционных рабочих органов, либо за счет разработки принципиально иных рабочих органов, которые осуществляют новые, более эффективные процессы воздействия на обрабатываемый материал. Используемые технологии представляют собой интегрированный набор тех или иных машинных операций, реализуемых конкретным комплектом оборудования. Очевидно, наиболее эффективное, с точки зрения экономических показателей и конечного качества продукции, оборудование должно базироваться на наилучшем машинном процессе и реализовывать передовую технологию. Поэтому в диссертационной работе был реализован именно второй путь повышения эффективности оборудования для получения эластичных кож.
Большие возможности в повышении уровня механизации, производительности труда и улучшения качества механической обработки, выполняемой с целью повышения эластичности кожи, как показали проведенные исследования, имеет разработка и внедрение в кожевенно-обувную и кожгалантерейную промышленность оборудования, реализующего процесс ударной обработки. Рабочий инструмент в таком оборудовании представляет собой направленный поток твердых частиц (инденторов) и процесс мягчения осуществляется за счет их скоростного удара по поверхности кожи. При этом силовое воздействие на обрабатываемый материал кратковременно, равномерно и довольно легко регулируемо. Однако процесс ударного мягчения кож, несмотря на его достоинства, как в теоретическом, так и в практическом аспектах исследован недостаточно.
Операции тяжки предшествует подготовительная (вспомогательная) операция увлажнения полуфабриката. Следовательно, эффективность и качество процесса получения эластичных кож зависит также от длительности и качества гигро-термического воздействия. Эту операцию необходимо выполнять и для подготовки кож к ударному мягчению. Поэтому заслуживает внимание разработка вспомогательного оборудования для увлажнения полуфабриката, использующего новый способ воздействия сверхвысокочастотной (СВЧ) энергией.
Итак, потребность легкой промышленности в высокоэластичных кожах для удовлетворения спроса населения на изделия кожевенно-обувной и кожга-лантерейной отраслей отечественного производства и невозможность их получения на применяемом оборудовании порождают научную проблему, суть ко-
торой заключается в разработке эффективного оборудования, реализующего принципиально иные машинные процессы, основанные на новых, выходящих за рамки достигнутых знаниях. Учитывая суть проблемной ситуации, тема диссертационной работы является актуальной и своевременной, и поэтому имеет экономическую и социальную значимость.
Объектом исследования данной НИР является процесс получения эластичных кож, включающий основную операцию механического воздействия на обрабатываемый полуфабрикат и вспомогательную операцию его увлажнения.
Предметом исследования является основное (механическое) и вспомогательное (гигротермическое) оборудование процесса получения эластичных кож, на разработку которого направлена диссертационная работа.
Целью работы является повышение эффективности и качества процесса получения эластичных кож за счет разработки оборудования, основанного на новых способах механического (ударного) и гигротермического (СВЧ) воздействия на обрабатываемый полуфабрикат.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследования:
провести анализ используемого оборудования для проведения механической операции тяжки натуральных кож с целью выявления недостатков этого оборудования, и показать возможность использования и перспективность ударнопміроцесса для получения эластичных кож; \
выполнить теоретическое исследование процесса ударного взаимодействия твердых тел с натуральной кожей для чего:
определить основные факторы машинного процесса, вызывающие повышение эластичности кожи в результате ее ударной обработки;
получить описание механизма разволокнеиия внутренней структуры кож;
провести экспериментальное исследование процесса ударного взаимодей
ствия твердых тел с натуральной кожей для чего:
разработать методы и методики исследований, позволяющие получить данные адекватные реальности, включающие описание экспериментального оборудования для проведения ударного мягчення и определения основных параметров процесса ударного взаимодействия;
определить влияние основных факторов процесса ударного мягчеиия на изменение степени развелокнення внутренней структуры кожи;
обсудить результаты экспериментальных и теоретических исследований;
разработать новый способ механической обработки, основанный на ударном процессе и позволяющий получать кожи высокой эластичности;
разработать, учитывая специфику ударного взаимодействия кожи с твердыми телами требования, которым должна удовлетворять установка для мягчения кож ударом, изготовить и провести апробацию технического решения, удовлетворяющего этим требованиям;
разработать новый способ гигротермического воздействия на кожевенный полуфабрикат, основанный на использовании СВЧ - энергии, с целью интенсификации процесса увлажнения и обосновать его преимущества;
разработать, учитывая специфику использования СВЧ - энергии требования, которым должна удовлетворять установка для увлажнения кожи, изготовить и провести апробацию технического решения, удовлетворяющего этим требованиям;
для установок ударного мягчения и увлажнения в СВЧ - поле кожевенного полуфабриката:
определить рациональные режимы обработки;
разработать рекомендации по внедрению и практическому использованию в производстве.
В диссертационной работе использованы такие методы исследования как эмпирический и теоретический, а также методы абстрагирования, анализа и синтеза, индукции и дедукции, моделирования. Также применены методы статики и динамики теоретической механики, методы теории упругости, методы математической статистики, программирования и логической алгоритмизации.
Достоверность полученных результатов исследования обеспечивается;
использованием в качестве теоретической и методологической базы диссертационного исследования фундаментальных трудов отечественных и зарубежных авторов по вопросам механической обработки натуральных кож и другим вопросам исследуемой проблемы;
использованием современных методов исследования, оборудования и приборов для подготовки и проведения экспериментов, применением ПЭВМ и пакета прикладных программ в программной оболочке Windows-95 для обработки полученных результатов;
апробацией теоретических выводов и методических рекомендаций на научных конференциях, а также в опубликованных работах.
Научная новизна заключается в том, что:
показано на основании реологического моделирования деформационного поведения кожи, что остаточная деформация, получаемая на оборудовании для операции тяжки, возрастает с увеличением количества проходов полуфабриката относительно рабочих органов;
проведено теоретическое исследование процесса ударного взаимодействия тел с натуральной кожей с целью разработки технологических основ нового способа воздействия на полуфабрикат повышающего его эластичность и определены основные факторы этого процесса;
показана возможность использования различных моделей удара и процесса передачи энергии для объяснения механизма повышения пористости натуральных кож, оцениваемого степенью разволокнения их внутренней структуры, т.е. описан механизм повышения эластичности кож в результате их ударной обработки;
обоснован способ гигротермического воздействия СВЧ - полем с целью интенсификации процесса увлажнения кожевенного полуфабриката, как подготовительной операции ударного мягчения, и показаны его преимущества;
предложены наиболее рациональные режимы ударного мягчения и увлажнения полуфабриката в СВЧ установке для различных кожевенных материалов; Технологическая новизна работы заключается в разработке:
нового способа механического воздействия на натуральную кожу с целью повышения ее эластичности, основанного на ударном процессе (защищен патентом РФ);
нового способа увлажнения кожевенного материала в СВЧ - поле, позволяющего подготовить полуфабрикат к ударному мягчению (защищен авторским свидетельством СССР).
Конструкторская и практическая ценность работы заключается в том, что:
разработаны научно-обоснованные технические требования, учитывающие специфику процессов, которым должны соответствовать оборудование для ударного мягчения и увлажнения кожевенного полуфабриката;
разработаны, согласно техническим требованиям, конструкторские решеїшя оборудования для ударного мягчения (защищена патентом РФ) и увлажнения;
разработаны рекомендации по внедрению и практическому использованию в производство установок для ударного мягчения и увлажнения полуфабриката в СВЧ - поле;
результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе вузами легкой промышленности и группы сервиса. Наиболее полно они отражены в монографии «Разработка и исследование новой технологии и оборудования для мягчения кож ударом».
Результаты диссертации могут быть использованы в проектно-конструкторских, научно-исследовательских организациях и на предприятиях кожевенно-обувной и кожгалантерейной промышленности при:
разработке и совершенствовании существующих процессов механической обработки натуральных кож и создании новых;
разработке научно-обоснованных исходных требований на проектирование нового оборудования для мягчения кож ударом, технологической оснастки и приборов, позволяющих повышать качество получаемой продукции.
Практическая значимость работы подтверждается эффективностью внедрения ее результатов в производство на Краснодарском и Таганрогском кожевенных заводах. Суммарный годовой эффект НИР по всем реализованным к настоящему времени разработкам составляет 654,4 тыс. руб. Документы, подтверждающие внедрение и практическое использование теоретических положений, выводов и рекомендаций, представлены в приложении 2 диссертации.
Аппобвния паботы и публикации. Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на ряде научно-технических конференциях ЮРГУЭС (г. Шахты - 1994-99гг); на Республиканском научно-практическом семинаре «Перспективы развития производства товаров народного потребления и сферы услуг» (г. Хмельницк, 1990г); на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и пер-спектниные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс 99) в Ивановской академии текстильной промышленности (г, Иваново - 1999г),
По материалам диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе патент №2102488 «Способ обработки кож л уетройетао для его реализации» и авторское свидетельство № 1425889 «Способ увлажнения заготовок верха обуви».
Ойьем и стпуктувя лиссептянии (структура НИР показана на рис, 1), Диссертационная работа изложена на 168 страницах, из которых 145 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 8 таблиц, состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, содержащего 112 наименований, и 2 приложений. Приложение' 1 (9 страниц) включает 7 рнеункев, 2 таблицы,
з^^ Введение ^^>
Научная и технологическая новизна,
практическая и конструкторская значимость,
достоверность и апробация результатов
:хи ~ _ _ _
Глава 4
Основная часть диссертационной работы ^ Глава I ^ -^ Глава 2 ^ ^ Глава 3 ^ <,
Глава 3
Заключение
Практические предложения
Обобщенная итоговая оценка
НИР
«Выводное» знание
-SJ
Библиографический список
^
| Приложение 1 f<^7 Приложения ^^>f Приложение2"] Рис. 1 - Структура диссертационной работы
